[发明专利]一种硅酸锌复合磷酸三钙陶瓷支架及其制备方法与应用

说明书

本发明属于骨损伤修复医用材料领域，公开了一种硅酸锌复合磷酸三钙陶瓷支架及其制备方法和应用。本发明将固相粉体和增稠剂混合均匀后，加入聚乙烯醇水溶液调和，得到打印浆料；所述固相粉体包括硅酸锌粉体、β‑磷酸三钙粉体；将打印浆料进行3D打印，得到支架坯体，支架坯体经过梯度干燥和烧结，得到所述硅酸锌复合磷酸三钙陶瓷支架。本发明制得的硅酸锌/磷酸三钙陶瓷支架纤维保形性好、三维连通程度高，具有良好的力学性能、成骨和成血管性能，使得磷酸三钙陶瓷具有更广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于骨缺损再生修复生物医用陶瓷支架领域，具体涉及一种硅酸锌复合磷酸三钙陶瓷支架及其制备方法与应用。

背景技术

骨作为人体中的坚硬器官，具有支撑机体各种复杂运动、保护内脏器官、贮存身体所需的各种矿物质等重要作用。当骨缺损大于一定尺寸时，骨的自愈合能力有限，需要植入器械进行治疗。磷酸三钙(β-TCP)陶瓷因其组成相似于骨的无机成分，能与骨组织、软组织进行化学结合，具有良好的生物相容性、骨传导性，被广泛应用于口腔、骨科、载药等领域。其中，多孔磷酸钙陶瓷支架更是显示出了应用于骨修复领域的巨大潜能，但从临床实际看，其还存在许多不足，如孔隙率与强度之间的平衡问题、促血管化和促成骨的效果不够理想等。此外，孔的三维连通性对气体交换、营养物质的传输、代谢废物的排出、支架的降解、细胞的调控、血管和骨组织的长入都有着重要影响。传统的支架制备方法有冷冻干燥法、造孔剂法、发泡法、水凝胶技术、模板法、挤出成型法、静电纺丝技术等。这些方法虽然操作简单、经济性强，但难以调控孔径大小、孔径分布、孔的形状、孔的连通性，很难满足个性化定制-精准医疗这一需求。相较于传统的支架制备方法，3D打印技术不仅能针对复杂规则或不规则的内部孔结构进行仿生，还能够针对骨缺损部位的特征进行个性化定制，具有可控性好、加工速度快、自动化程度高、可重复性好等特点。3D打印技术中的三维纤维沉积(3DF)是将料筒中具有粘连性的高分子溶液或无机粉体与粘结剂混合而成的浆料通过针头沉积纤维，利用三维模型的分层数据逐层进行打印。溶剂会在挤出成型的过程中逐渐挥发，使沉积纤维成半湿状态互相粘连。3DF在支架制备过程中无需移除多余材料、无需激光致熔和加热熔融，避免了三维印刷技术对粘结剂与粉体之间相互作用实验参数的研究，是一种高精度、高连通率、低能耗、简便快捷的支架制备方法。但目前，该方法制备的多孔磷酸钙陶瓷支架仍存在挤出纤维保形性不佳、支架侧向孔不明显、三维连通度不佳等不足。

针对多孔磷酸钙生物陶瓷生物学性能方面的不足，引入功能性离子不仅可以诱导缺损区细胞分泌成骨、成血管相关的蛋白和细胞因子，进而促进骨缺损区域的原位自修复，还具有低成本、更长保质期、低监管负担和低风险等优势。同时，不同功能性离子的结合具有协同效应，如改变降解动力学、协同增强材料成骨、成血管性能等。硅是人体健康所必须的微量元素之一，存在于人的结缔组织和骨组织中，在骨骼的生长和修复中起重要作用。锌具有维持骨骼的正常生长发育、参与蛋白质和核酸的形成与代谢、参与免疫过程和细胞间的信号传导、维持细胞膜的稳定性、增强成骨细胞活性、抑制破骨细胞活性，促进成骨细胞骨钙素分泌从而使得骨基质更加成熟等作用。硅酸锌(ZS)是一种耐高温的硅酸盐，最早应用于介电发光材料。Jindal等制备的孔尺寸为2～3nm、比表面积为292.06m²/g的介孔硅酸锌，最低抑菌浓度为0.15mg/mL，最低杀菌浓度为0.9mg/mL，具有生物相容性、吸附染料的特性，可以应用于涂层、骨填充材料、骨水泥、载药等领域，但该研究未深入研究其成骨分化性能(A.Jindal,S.Juneja,M.Bakshi,P.Chaudhuri,J.Bhattacharya.Mesoporous zincsilicate bio-composite:Preparation,characterization and in vitroevaluation.Microporous and Mesoporous Materials,2019,277:124-131.)。综上，研究出一种三维连通程度高、力学性能良好、生物学性能良好的复合钙磷陶瓷支架具有重要意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种硅酸锌复合磷酸三钙陶瓷支架的制备方法。