机械性能和生物活性良好的仿生骨修复材料结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种机械性能和生物活性良好的仿生骨修复材料结构，包括三维支架以及填充在三维支架的间隙内的填充材料，间隙的孔径大小为100～1500μm，三维支架包括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；本实用新型专利技术产品结合了快速成型技术和生物修饰技术，构建出一种具有良好机械性能和生物活性的仿生骨修复材料AP-Col-PCL，运用于骨缺损的研究和临床治疗中。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于仿生复合材料
，特别是一种机械性能和生物活性良好的仿生骨修复材料结构。
技术介绍
骨是人体最易损伤和缺损的组织之一。目前对于大段骨缺损治疗的方法包括：自体骨移植，同种异体及异种骨移植，基于生物材料的骨缺损修材料等。目前有天然或人工合成聚合物、生物陶瓷、以及他们的复合物等，作为一种骨替代材料运用于骨组织缺损的治疗和研究中。其中PCL已被FDA批准作为骨缺损的修复材料运用于颅颌面骨组织缺损治疗。但先前的研究发现，单纯PCL具有较强的疏水性能，细胞接种和培养时，细胞不易粘附，从而影响细胞培养和增殖；同时，单纯三维PCL生物活性有限，体内植入后，容易引起机体的异物反应，导致纤维组织在PCL支架孔洞内部和支架周围增生与包绕，影响骨组织再生和修复效果。因此探究一种简单有效的新方法，针对三维PCL支架进行改良，以提高其生物学活性，显得尤为必要。有研究者试图通过共混杂化的方法，将一定比例的无机材料(如：β-TCP)与PCL混合，后经三维打印(threedimensionalprinting，3DP)成型，制备出有机—无机两相复合β-TCP-PCL支架材料，以提高PCL支架活性的目的。然而，该法制备的复合支架材料存在以下几个问题：(1)混料过程复杂，混料时纳米级的无机β-TCP颗粒在与有机大分子PCL在混合过程中容易发生团聚，导致分散不均；(2)FDM成型后的β-TCP-PCL复合支架中，绝大多数无机β-TCP颗粒被有机PCL包裹在内部，β-TCP不能均匀分布于支架材料内，对PCL支架生物活性提高有限。技术内容本技术所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种机械性能和生物活性良好的仿生骨修复材料结构，本专利技术产品结合了快速成型技术和生物修饰技术，构建出一种具有良好机械性能和生物活性的仿生骨修复材料AP-Col-PCL，运用于骨缺损的研究和临床治疗中。为了解决以上技术问题，本技术提供一种机械性能和生物活性良好的仿生骨修复材料结构，包括三维支架以及填充在三维支架的间隙内的填充材料，间隙的孔径大小为100～1500μm，三维支架包括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。本技术进一步限定的技术方案是：优选地，三维支架为PCL材质，间隙的孔径大小为1000μm。优选地，填充材料为多孔结构。优选地，多孔结构为海绵状胶原。PCL具有熔点温度低(60℃)、室温下具有一定弹性、易于加工等特点，利用3DP技术构建出的个体化PCL骨组织工程支架具有可调控的孔洞结构和机械性能，适合于作为骨移植材料运用到骨组织缺损治疗，但单纯PCL三维支架具有较强的疏水性能，体外细胞接种和培养时，细胞不易粘附，从而影响细胞培养和增殖；同时，单纯三维PCL支架生物活性有限，体内植入后，容易引起机体的异物反应，导致纤维组织在PCL支架孔洞内部和支架周围增生与包绕，影响骨组织再生和修复效果。本专利技术结合了快速成型技术和生物修饰技术，利用快速成型技术制备出个体化多孔PCL三维骨修复支架材料，该PCL支架材料具有良好的机械性能和良好的生物相容性，但生物活性有限；因此，我们利用具有较好生物活性的ECM——胶原(collagen，Col)对其进行三维活化，制备出仿生的复合Col-PCL支架，Col-PCL支架具备PCL机械性能和Col的生物活性；为了更进一步模拟自然骨组织中成分：无机-有机复合物，利用生物矿化的方法，对Col-PCL进行表面矿化，使得在温和的条件下，不影响Col-PCL各项性能的情况下，获得骨组织中的无机成分：羟基磷灰石(hydroxyapatite，AP)；从而构建出一种具有良好机械性能和生物活性的仿生骨修复材料AP-Col-PCL，运用于骨缺损的研究和临床治疗。本技术的有益效果是：本专利技术公开的制备方法的优势在于：1、构建具有力学支撑的大孔PCL框架：利用三维打印技术构建一种具有多孔结构的具有适合力学稳定性的大孔PCL框架；2、PCL支架三维功能化：利用具有微米级多孔的胶原对大孔三维PCL框架进行三维修饰，实现支架材料的活化和功能化；3、利用仿生矿化技术进，模拟自然骨组织成分，进一步增强该支架生物活性；4、利用3DP技术，构建具出可定制化的、具有自由形状的骨组织缺损修复材料运用到骨缺损修复研究中。本专利技术中采用3DP制备的多孔PCL骨修复支架材料，具有生物可降解性，具有良好的机械性能和完全的空隙连通率，有利于新生组织长入；利用胶原对PCL支架进行三维功能活化，不破坏PCL支架原来的机械性能和孔径结构，增加材料与组织的接触面积，能大大提高PCL支架的生物学活性，有利于为组织的再生提供更好的微环境；利用仿生矿化技术，在Col表面沉积出与骨组织中相似的纳米羟基磷灰石(AP)，进一步提高支架材料的骨修复活性；本专利技术设计方案中的修饰方法均在温和反应条件下进行，操作简便，同时不破坏原来材料的性能，具有经济有效的优点。附图说明图1为本技术的结构示意图；其中，1-X向支架，2-Y向支架，3-Z向支架，4-填充材料。具体实施方式实施例1本实施例提供一种机械性能和生物活性良好的仿生骨修复材料结构，如图1所示，包括三维支架以及填充在三维支架的间隙内的填充材料4，间隙的孔径大小为1000μm，三维支架包括X向支架1、Y向支架2和Z向支架3，X向支架1、Y向支架2和Z向支架3按照角度0°、60°和120°排列。前述三维支架为PCL材质，填充材料4为多孔结构，多孔结构为海绵状胶原。PCL具有熔点温度低(60℃)、室温下具有一定弹性、易于加工等特点，利用3DP技术构建出的个体化PCL骨组织工程支架具有可调控的孔洞结构和机械性能，适合于作为骨移植材料运用到骨组织缺损治疗，但单纯PCL三维支架具有较强的疏水性能，体外细胞接种和培养时，细胞不易粘附，从而影响细胞培养和增殖；同时，单纯三维PCL支架生物活性有限，体内植入后，容易引起机体的异物反应，导致纤维组织在PCL支架孔洞内部和支架周围增生与包绕，影响骨组织再生和修复效果。本专利技术结合了快速成型技术和生物修饰技术，利用快速成型技术制备出个体化多孔PCL三维骨修复支架材料，该PCL支架材料具有良好的机械性能和良好的生物相容性，但生物活性有限；因此，我们利用具有较好生物活性的ECM——胶原(collagen，Col)对其进行三维活化，制备出仿生的复合Col-PCL支架，Col-PCL支架具备PCL机械性能和Col的生物活性；为了更进一步模拟自然骨组织中成分：无机-有机复合物，利用生物矿化的方法，对Col-PCL进行表面矿化，使得在温和的条件下，不影响Col-PCL各项性能的情况下，获得骨组织中的无机成分：羟基磷灰石(hydroxyapatite，AP)；从而构建出一种具有良好机械性能和生物活性的仿生骨修复材料AP-Col-PCL，运用于骨缺损的研究和临床治疗。以上实施例仅为说明本技术的技术思想，不能以此限定本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械性能和生物活性良好的仿生骨修复材料结构，其特征在于，包括三维支架以及填充在所述三维支架的间隙内的填充材料(4)，所述间隙的孔径大小为100～1500μm，所述三维支架包括X向支架(1)、Y向支架(2)和Z向支架(3)，所述X向支架(1)、Y向支架(2)和Z向支架(3)按照角度0°、60°和120°排列。

【技术特征摘要】
1.一种机械性能和生物活性良好的仿生骨修复材料结构，其特征在于，包括三维支架以及填充在所述三维支架的间隙内的填充材料(4)，所述间隙的孔径大小为100～1500μm，所述三维支架包括X向支架(1)、Y向支架(2)和Z向支架(3)，所述X向支架(1)、Y向支架(2)和Z向支架(3)按照角度0°、60°和120°排列。
2.根据权利要求1所述的机械性能...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智勇，王进兵，
申请(专利权)人：张智勇，
类型：新型
国别省市：江苏;32