機(jī)械性能和生物活性良好的仿生骨修復(fù)材料結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于仿生復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種機(jī)械性能和生物活性良好的仿生骨修復(fù)材料結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]骨是人體最易損傷和缺損的組織之一。目前對(duì)于大段骨缺損治療的方法包括:自體骨移植，同種異體及異種骨移植，基于生物材料的骨缺損修材料等。
[0003]目前有天然或人工合成聚合物、生物陶瓷、以及他們的復(fù)合物等，作為一種骨替代材料運(yùn)用于骨組織缺損的治療和研究中。其中PCL已被FDA批準(zhǔn)作為骨缺損的修復(fù)材料運(yùn)用于顱頌面骨組織缺損治療。但先前的研究發(fā)現(xiàn)，單純PCL具有較強(qiáng)的疏水性能，細(xì)胞接種和培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞不易粘附，從而影響細(xì)胞培養(yǎng)和增殖；同時(shí)，單純?nèi)SPCL生物活性有限，體內(nèi)植入后，容易引起機(jī)體的異物反應(yīng)，導(dǎo)致纖維組織在PCL支架孔洞內(nèi)部和支架周圍增生與包繞，影響骨組織再生和修復(fù)效果。
[0004]因此探究一種簡(jiǎn)單有效的新方法，針對(duì)三維PCL支架進(jìn)行改良，以提高其生物學(xué)活性，顯得尤為必要。有研究者試圖通過共混雜化的方法，將一定比例的無機(jī)材料(如:β-TCP)與PCL混合，后經(jīng)三維打印(three dimens1nal printing，3DP)成型，制備出有機(jī)一無機(jī)兩相復(fù)合β-TCP-PCL支架材料，以提高PCL支架活性的目的。然而，該法制備的復(fù)合支架材料存在以下幾個(gè)問題:(I)混料過程復(fù)雜，混料時(shí)納米級(jí)的無機(jī)β-TCP顆粒在與有機(jī)大分子PCL在混合過程中容易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致分散不均；(2)Π)Μ成型后的β-TCP-PCL復(fù)合支架中，絕大多數(shù)無機(jī)β-TCP顆粒被有機(jī)PCL包裹在內(nèi)部，β-TCP不能均勻分布于支架材料內(nèi)，對(duì)PCL支架生物活性提高有限。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種機(jī)械性能和生物活性良好的仿生骨修復(fù)材料結(jié)構(gòu)，本發(fā)明產(chǎn)品結(jié)合了快速成型技術(shù)和生物修飾技術(shù)，構(gòu)建出一種具有良好機(jī)械性能和生物活性的仿生骨修復(fù)材料AP-Col-PCL，運(yùn)用于骨缺損的研究和臨床治療中。
[0006]為了解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種機(jī)械性能和生物活性良好的仿生骨修復(fù)材料結(jié)構(gòu)，包括三維支架以及填充在三維支架的間隙內(nèi)的填充材料，間隙的孔徑大小為100?1500μπι，三維支架包括X向支架、Y向支架和Z向支架，X向支架、Y向支架和Z向支架按照角度0°、60°和120°排列。
[0007]本實(shí)用新型進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是:
[0008]優(yōu)選地，三維支架為PCL材質(zhì)，間隙的孔徑大小為ΙΟΟΟμπι。
[0009]優(yōu)選地，填充材料為多孔結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選地，多孔結(jié)構(gòu)為海綿狀膠原。
[0011]PCL具有熔點(diǎn)溫度低(60°C)、室溫下具有一定彈性、易于加工等特點(diǎn)，利用3DP技術(shù)構(gòu)建出的個(gè)體化PCL骨組織工程支架具有可調(diào)控的孔洞結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能，適合于作為骨移植材料運(yùn)用到骨組織缺損治療，但單純PCL三維支架具有較強(qiáng)的疏水性能，體外細(xì)胞接種和培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞不易粘附，從而影響細(xì)胞培養(yǎng)和增殖；同時(shí)，單純?nèi)SPCL支架生物活性有限，體內(nèi)植入后，容易引起機(jī)體的異物反應(yīng)，導(dǎo)致纖維組織在PCL支架孔洞內(nèi)部和支架周圍增生與包繞，影響骨組織再生和修復(fù)效果。
[0012]本發(fā)明結(jié)合了快速成型技術(shù)和生物修飾技術(shù)，利用快速成型技術(shù)制備出個(gè)體化多孔PCL三維骨修復(fù)支架材料，該P(yáng)CL支架材料具有良好的機(jī)械性能和良好的生物相容性，但生物活性有限；因此，我們利用具有較好生物活性的ECM—一膠原(c0llagen，C0l)對(duì)其進(jìn)行三維活化，制備出仿生的復(fù)合Col-PCL支架，Col-PCL支架具備PCL機(jī)械性能和Col的生物活性;為了更進(jìn)一步模擬自然骨組織中成分:無機(jī)-有機(jī)復(fù)合物，利用生物礦化的方法，對(duì)Col-PCL進(jìn)行表面礦化，使得在溫和的條件下，不影響Col-PCL各項(xiàng)性能的情況下，獲得骨組織中的無機(jī)成分:輕基磷灰石(hydroxyapatite，AP);從而構(gòu)建出一種具有良好機(jī)械性能和生物活性的仿生骨修復(fù)材料AP-Col-PCL，運(yùn)用于骨缺損的研究和臨床治療。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0014]本發(fā)明公開的制備方法的優(yōu)勢(shì)在于:1、構(gòu)建具有力學(xué)支撐的大孔PCL框架:利用三維打印技術(shù)構(gòu)建一種具有多孔結(jié)構(gòu)的具有適合力學(xué)穩(wěn)定性的大孔PCL框架;2、PCL支架三維功能化:利用具有微米級(jí)多孔的膠原對(duì)大孔三維PCL框架進(jìn)行三維修飾，實(shí)現(xiàn)支架材料的活化和功能化;3、利用仿生礦化技術(shù)進(jìn)，模擬自然骨組織成分，進(jìn)一步增強(qiáng)該支架生物活性；
4、利用3DP技術(shù)，構(gòu)建具出可定制化的、具有自由形狀的骨組織缺損修復(fù)材料運(yùn)用到骨缺損修復(fù)研究中。
[0015]本發(fā)明中采用3DP制備的多孔PCL骨修復(fù)支架材料，具有生物可降解性，具有良好的機(jī)械性能和完全的空隙連通率，有利于新生組織長(zhǎng)入;利用膠原對(duì)PCL支架進(jìn)行三維功能活化，不破壞PCL支架原來的機(jī)械性能和孔徑結(jié)構(gòu)，增加材料與組織的接觸面積，能大大提高PCL支架的生物學(xué)活性，有利于為組織的再生提供更好的微環(huán)境;利用仿生礦化技術(shù)，在Col表面沉積出與骨組織中相似的納米羥基磷灰石(AP)，進(jìn)一步提高支架材料的骨修復(fù)活性;本發(fā)明設(shè)計(jì)方案中的修飾方法均在溫和反應(yīng)條件下進(jìn)行，操作簡(jiǎn)便，同時(shí)不破壞原來材料的性能，具有經(jīng)濟(jì)有效的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0017]其中，1-X向支架，2-Y向支架，3-Z向支架，4-填充材料。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
[0019]本實(shí)施例提供一種機(jī)械性能和生物活性良好的仿生骨修復(fù)材料結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括三維支架以及填充在三維支架的間隙內(nèi)的填充材料4，間隙的孔徑大小為ΙΟΟΟμπι，三維支架包括X向支架1、Υ向支架2和Z向支架3，Χ向支架1、Υ向支架2和Z向支架3按照角度0°、60°和120。排列。
[0020]前述三維支架為PCL材質(zhì)，填充材料4為多孔結(jié)構(gòu)，多孔結(jié)構(gòu)為海綿狀膠原。
[0021]PCL具有熔點(diǎn)溫度低(60°C)、室溫下具有一定彈性、易于加工等特點(diǎn)，利用3DP技術(shù)構(gòu)建出的個(gè)體化PCL骨組織工程支架具有可調(diào)控的孔洞結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能，適合于作為骨移植材料運(yùn)用到骨組織缺損治療，但單純PCL三維支架具有較強(qiáng)的疏水性能，體外細(xì)胞接種和培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞不易粘附，從而影響細(xì)胞培養(yǎng)和增殖；同時(shí)，單純?nèi)SPCL支架生物活性有限，體內(nèi)植入后，容易引起機(jī)體的異物反應(yīng)，導(dǎo)致纖維組織在PCL支架孔洞內(nèi)部和支架周圍增生與包繞，影響骨組織再生和修復(fù)效果。
[0022]本發(fā)明結(jié)合了快速成型技術(shù)和生物修飾技術(shù)，利用快速成型技術(shù)制備出個(gè)體化多孔PCL三維骨修復(fù)支架材料，該P(yáng)CL支架材料具有良好的機(jī)械性能和良好的生物相容性，但生物活性有限；因此，我們利用具有較好生物活性的ECM—一膠原(c0llagen，C0l)對(duì)其進(jìn)行三維活化，制備出仿生的復(fù)合Col-PCL支架，Col-PCL支架具備PCL機(jī)械性能和Col的生物活性；為了更進(jìn)一步模擬自然骨組織中成分:無機(jī)-有機(jī)復(fù)合物，利用生物礦化的方法，對(duì)Col-PCL進(jìn)行表面礦化，使得在溫和的條件下，不影響Col-PCL各項(xiàng)性能的情況下，獲得骨組織中的無機(jī)成分:輕基磷灰石(hydroxyapatite，AP);從而構(gòu)建出一種具有良好機(jī)械性能和生物活性的仿生骨修復(fù)材料AP-Col-PCL，運(yùn)用于骨缺損的研究和臨床治療。
[0023]以上實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種機(jī)械性能和生物活性良好的仿生骨修復(fù)材料結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括三維支架以及填充在所述三維支架的間隙內(nèi)的填充材料(4)，所述間隙的孔徑大小為100?1500μπι，所述三維支架包括X向支架(I)、Υ向支架(2)和Z向支架(3)，所述X向支架(I)、Υ向支架(2)和Z向支架(3)按照角度0°、60°和120°排列。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械性能和生物活性良好的仿生骨修復(fù)材料結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述三維支架為PCL材質(zhì)，所述間隙的孔徑大小為ΙΟΟΟμπι。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械性能和生物活性良好的仿生骨修復(fù)材料結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述填充材料(4)為多孔結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械性能和生物活性良好的仿生骨修復(fù)材料結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多孔結(jié)構(gòu)為海綿狀膠原。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種機(jī)械性能和生物活性良好的仿生骨修復(fù)材料結(jié)構(gòu)，包括三維支架以及填充在三維支架的間隙內(nèi)的填充材料，間隙的孔徑大小為100～1500μm，三維支架包括X向支架、Y向支架和Z向支架，X向支架、Y向支架和Z向支架按照角度0°、60°和120°排列；本實(shí)用新型產(chǎn)品結(jié)合了快速成型技術(shù)和生物修飾技術(shù)，構(gòu)建出一種具有良好機(jī)械性能和生物活性的仿生骨修復(fù)材料AP-Col-PCL，運(yùn)用于骨缺損的研究和臨床治療中。
【IPC分類】A61L27/56, A61L27/32, A61L27/18, A61L27/54, A61L27/50, A61L27/24
【公開號(hào)】CN205252143
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520856216
【發(fā)明人】張智勇, 王進(jìn)兵
【申請(qǐng)人】張智勇
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2015年10月29日