[发明专利]一种3D打印定制程序化特异生物功能促进骨组织修复再生支架材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种3D打印定制程序化特异生物功能促进骨组织修复再生支架材料及其制备方法，由骨诱导性的磷酸钙做为基体材料，海藻酸钠和甲基丙烯酸酰化明胶分别通过离子交联和光交联的方式形成互穿聚合物网络的交联结构后做为复合材料体系，最终通过同轴打印方式在夹心结构外层负载抗菌性药物，在夹心结构内层负载促骨修复药物，使得支架在植入初期起到抗菌抗炎功效，在植入后期发挥促骨修复的潜能；抗菌性药物为黄连素，促骨修复药物为淫羊藿苷；支架为具有宏观打印大孔以及内部毛细微纳孔结构，具有3D打印定制程序化特异生物功能促进骨组织修复再生材料。本发明起到促进骨组织修复再生并具有特异生物功能的功效。

技术领域

本发明属于生物医学材料技术领域，特别是涉及一种3D打印定制程序化特异生物功能促进骨组织修复再生支架材料及其制备方法。

背景技术

骨组织工程研究领域旨在设计出优于自体骨和同种异体骨的材料。总的目标是准备材料，可以植入骨缺损部位，然后由接受者的病人自己的细胞重塑。骨组织工程材料(如金属、陶瓷、高分子或其复合材料)可以应用于各种形式，如薄膜和三维(3D)支架。这些材料通常以支架的形式组装，支架作为细胞附着和矿化基质沉积的支持结构，通过提供力学支撑和适当的环境，促进细胞附着、增殖和分化，暂时发挥细胞外基质(ECM)在组织再生中的作用。根据缺陷部位和患者的健康状况，需要不同的结构和功能材料特性，以确保所选策略的实用性。骨组织工程材料的设计也是由对其功能至关重要的健康骨组织的特性决定的，例如有利于细胞和血管浸润的多孔结构以及骨基质的多尺度组织和层次结构。还必须考虑如何将生物材料引入骨缺损位点(即传递策略)。传统骨支架材料虽然强度高，但是可塑性和表面性能差，而3D打印技术基于逐层累加原理，依靠程序控制，在打印结构复杂的构件上具有巨大优势。例如，打印细丝相对于中间孔隙的空间排列可以精确地定义，这导致支架具有优越的孔互连性，并且相对于其他制造方法产生的支架具有更好的力学强度。因此用其成型骨组织工程支架具有先天技术优势。骨组织具有典型的三维多孔结构，特别适合使用3D打印技术制造，3D打印的骨组织工程支架已经应用于临床，但是仍然存在一些不足，如支架植入后成骨性能不佳导致骨组织愈合缓慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为：如何提供一种3D打印定制程序化特异生物功能促进骨组织修复再生支架材料及其制备方法，以起到促进骨组织修复再生并具有特异生物功能的功效。

本发明所采用的技术方案是：

一种3D打印定制程序化特异生物功能促进骨组织修复再生支架材料，由骨诱导性的磷酸钙做为基体材料，海藻酸钠和甲基丙烯酸酰化明胶分别通过离子交联和光交联的方式形成互穿聚合物网络的交联结构后做为复合材料体系，最终通过同轴打印方式在夹心结构外层负载抗菌性药物，在夹心结构内层负载促骨修复药物，使得支架在植入初期起到抗菌抗炎功效，在植入后期发挥促骨修复的潜能；

抗菌性药物为黄连素，促骨修复药物为淫羊藿苷；

支架为具有宏观打印大孔以及内部毛细微纳孔结构，具有3D打印定制程序化特异生物功能促进骨组织修复再生材料。

进一步地，所述的磷酸钙、海藻酸钠、甲基丙烯酸酰化明胶和黄连素或淫羊藿苷的质量比例为20-25：2-6：3-10：0.025-0.2或0.04-0.16。

进一步地，所述的磷酸钙材料为磷酸三钙、羟基磷灰石、磷酸四钙、磷酸二氢钙中一种或多种混合物。

进一步地，骨组织工程支架材料具有孔径为200μm-800μm的宏观大孔，且彼此交互贯通。

本发明还提供了一种3D打印定制程序化特异生物功能促进骨组织修复再生支架材料的制备方法，包括以下步骤：

a)将海藻酸钠溶于去离子水中，配制浓度为20mg/mL-60mg/mL的海藻酸钠溶液；