一种磷酸钙基骨修复支架及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸钙基骨修复支架及其制备方法。本发明专利技术采用磷酸钙骨水泥作为原料，结合3D打印技术获得具有连通大孔的磷酸钙骨水泥支架，并采用多巴胺溶液对支架表面进行改性处理，多巴胺在碱性条件下通过自氧化在支架表面形成聚多巴胺层，聚多巴胺具有良好的黏性和生物相容性，能够作为BMP‑2的黏附涂层，提高了固定BMP‑2的含量，促进细胞粘附和增殖；支架中负载的BMP‑2也能有效促进骨髓间充质干细胞的增殖和成骨分化。本发明专利技术制备的磷酸钙基骨修复支架具有连通大孔，满足松质骨的力学强度要求，具有优异的生物相容性，能够有效促进骨组织再生，在骨组织修复领域具有潜在应用价值。

A calcium phosphate-based bone repair scaffold and its preparation method

The invention discloses a calcium phosphate-based bone repair scaffold and a preparation method thereof. The invention uses calcium phosphate cement as raw material, combines with 3D printing technology to obtain calcium phosphate cement scaffold with connected macropore, and uses dopamine solution to modify the surface of the scaffold. Dopamine forms a polydopamine layer on the surface of the scaffold through autoxidation under alkaline conditions. Polydopamine has good adhesion and biocompatibility, and can be used as an adhesive coating of BMP_2. Fixed BMP_2 content was increased and cell adhesion and proliferation were promoted. BMP_2 loaded in scaffolds could also effectively promote the proliferation and osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells. The calcium phosphate-based bone repair scaffold prepared by the invention has the advantages of connecting large holes, meeting the mechanical strength requirements of cancellous bone, excellent biocompatibility, effectively promoting bone tissue regeneration, and has potential application value in the field of bone tissue repair.

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸钙基骨修复支架及其制备方法
本专利技术涉及骨修复材料
，具体涉及一种磷酸钙基骨修复支架及其制备方法。
技术介绍
骨骼作为人体重要的组织，虽然具有骨再生和自修复能力，但是对于肿瘤、外伤、骨异常生长所造成的骨缺损，在单纯依靠骨自修复无法愈合的情况下，需要借助植入材料辅助破损组织的修复和痊愈。从骨组织自愈合的角度来看，理想的骨修复支架需要具有良好的生物相容性、生物降解性、三维立体多孔结构及与缺损部位相匹配的复杂外形。多孔骨修复支架具有较高的比表面积和空间，利于活性因子的负载、细胞粘附生长、细胞外基质沉积、营养和氧气进入以及代谢产物排出，血管的长入。此外，由于支架需为新生组织提供支撑直至新生组织具有自身生物力学特性，因此，良好的可塑性和力学强度也是衡量骨组织支架性能优劣的一大重要指标。传统多孔支架材料的制备方法为人工操作，重复性差；添加的制孔剂存在潜在的毒副作用，孔连通性较差，或者无法控制孔径大小，更无法制造具有复杂外形的骨修复支架。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种磷酸钙基骨修复支架及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种磷酸钙基骨修复支架的制备方法，包括以下步骤：(1)将磷酸钙骨水泥固相粉末和固化液混合，搅拌均匀后得到磷酸钙骨水泥浆料；(2)将磷酸钙骨水泥浆料通过3D打印技术打印获得磷酸钙骨水泥支架；(3)将磷酸钙骨水泥支架置于温度为30℃～40℃，相对湿度为95％～100％的环境中水化1～4天后，在30℃～40℃干燥，得到固化后的磷酸钙骨水泥支架；(4)将固化后的磷酸钙骨水泥支架置于pH值为8～9的多巴胺碱性水溶液中，在30℃～40℃干燥后，获得聚多巴胺修饰的磷酸钙骨水泥支架；(5)将聚多巴胺修饰的磷酸钙骨水泥支架浸入BMP-2溶液中，静置2～4h后，经冷冻干燥得到所述的磷酸钙基骨修复支架。本专利技术采用3D打印技术获得具有连通大孔的磷酸钙骨水泥支架，采用多巴胺溶液对支架表面进行改性处理，多巴胺在碱性条件下通过自氧化在支架表面形成聚多巴胺层，聚多巴胺有利于增强支架的力学强度，且聚多巴胺具有良好的黏性和生物相容性，能够作为BMP-2的黏附涂层，聚多巴胺的修饰，不仅提高了固定BMP-2的含量，同时还促进细胞粘附和增殖；另一方面，支架中负载的BMP-2也能有效促进骨髓间充质干细胞的增殖和成骨分化。本专利技术制备的磷酸钙基骨修复支架具有连通大孔，具有优异的生物相容性，能够有效促进骨组织再生，在骨组织修复领域具有潜在应用价值。作为本专利技术所述的磷酸钙基骨修复支架的制备方法的优选实施方式，所述固相粉末包括聚乙二醇、磷酸四钙、β-磷酸三钙、α-磷酸三钙、碳酸钙、磷酸氢钙、磷酸二氢钙、磷酸八钙、无定型磷酸钙中的至少一种。作为本专利技术所述的磷酸钙基骨修复支架的制备方法的优选实施方式，所述固相粉末包括聚乙二醇、α-磷酸三钙、掺锶磷酸八钙和/或掺锶无定形磷酸钙；所述固相粉末中，锶和钙的摩尔比为：锶：钙＝0.1～1.6：1；所述钙和锶之和与磷的摩尔比为：钙+锶：磷＝1.1～1.4:1。骨水泥中锶离子的掺入有助于促进骨水泥水化反应，增强支架的力学强度；且骨水泥中能够稳定地释放出锶离子，通过促进细胞增殖和成骨细胞分化来促进新骨形成。作为本专利技术所述的磷酸钙基骨修复支架的制备方法的优选实施方式，所述固相粉末中聚乙二醇的质量分数为0.5％～0.8％。在固相粉末中加入聚乙二醇能够有效改善浆料的成型性，避免在打印过程中出现固液分离。作为本专利技术所述的磷酸钙基骨修复支架的制备方法的优选实施方式，所述固化液包括羟丙基甲基纤维素和羧甲基壳聚糖，所述固化液中羟丙基甲基纤维素的质量分数为0.2％～0.5％；所述固化液中羧甲基壳聚糖的质量分数为0.1％～1％。在固化液中采用羟丙基甲基纤维素和羧甲基壳聚糖复配，并控制二者的含量，能够增加浆料的粘度，提高浆料的成型性，避免出现固液分离或支架变形坍塌的现象；另一方面羟丙基甲基纤维素和羧甲基壳聚糖两种多糖之间复配，容易在骨水泥中形成三维网络结构，增强骨水泥力学性能。作为本专利技术所述的磷酸钙基骨修复支架的制备方法的优选实施方式，所述固化液中羟丙基甲基纤维素和羧甲基壳聚糖的质量比为1:2。作为本专利技术所述的磷酸钙基骨修复支架的制备方法的优选实施方式，所述多巴胺碱性水溶液中多巴胺的质量分数为5％～15％，多巴胺碱性水溶液的pH为8.5；所述BMP-2溶液中BMP-2的浓度为2～6mg/mL。作为本专利技术所述的磷酸钙基骨修复支架的制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，设定打印参数为：挤出气压：0.25MPa；打印速度：3mm/s；针头尺寸内径：500μm；平台温度：室温；料筒温度为37℃；设定3D打印支架的参数：纤维直径：500μm；纤维间距：400μm。通过设定以上打印参数制备的磷酸钙骨水泥支架具有均匀分布的连通孔，孔道大小分别为300～400μm，层间排布均匀，结合良好，无分裂及塌陷现象。作为本专利技术所述的磷酸钙基骨修复支架的制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)中，磷酸钙骨水泥固相粉末和固化液的固液比为1g:0.45～0.6mL。专利技术人经过反复试验发现，磷酸钙骨水泥固相粉末和固化液的固液比过大，会导致浆料容易堵塞针头；固液比过小容易导致支架难以成型或者造成支架发生坍塌变形，固液比控制为1g:0.45～0.6mL，通过3D打印获得的支架磷酸钙骨水泥支架的成型性较好。本专利技术还提供了一种根据上述方法制备得到的磷酸钙基骨修复支架。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术采用磷酸钙骨水泥作为原料，结合3D打印技术获得具有连通大孔的磷酸钙骨水泥支架，并采用多巴胺溶液对支架表面进行改性处理，多巴胺在碱性条件下通过自氧化在支架表面形成聚多巴胺层，聚多巴胺具有良好的黏性和生物相容性，能够作为BMP-2的黏附涂层，提高了支架上BMP-2的负载量，促进细胞粘附和增殖，有助于新骨生成；支架中负载的BMP-2也能有效促进骨髓间充质干细胞的增殖和成骨分化。本专利技术制备的磷酸钙基骨修复支架具有连通大孔，满足松质骨的力学强度要求，具有优异的生物相容性，能够有效促进骨组织再生，在骨组织修复领域具有潜在应用价值。附图说明图1为实施例3～5、实施例8和对比例1～3的细胞增殖结果图。图2为实施例3～5、实施例8和对比例1～3的ALP活性图。具体实施方式为更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1一种磷酸钙基骨修复支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将磷酸钙骨水泥固相粉末和固化液混合，磷酸钙骨水泥固相粉末和固化液的固液比为1g:0.45mL，搅拌均匀后得到磷酸钙骨水泥浆料，其中，所述固相粉末包括聚乙二醇、α-磷酸三钙、掺锶磷酸八钙和/或掺锶无定形磷酸钙；所述固相粉末中，锶和钙的摩尔比为：锶：钙＝0.1：1；所述钙和锶之和与磷的摩尔比为：钙+锶：磷＝1.1:1；所述固相粉末中聚乙二醇的质量分数为0.5％；将羟丙基甲基纤维素和羧甲基壳聚糖溶于0.5mol/L的柠本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸钙基骨修复支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将磷酸钙骨水泥固相粉末和固化液混合，搅拌均匀后得到磷酸钙骨水泥浆料；(2)将磷酸钙骨水泥浆料通过3D打印技术打印获得磷酸钙骨水泥支架；(3)将磷酸钙骨水泥支架置于温度为30℃～40℃，相对湿度为95％～100％的环境中水化1～4天后，在30℃～40℃干燥，得到固化后的磷酸钙骨水泥支架；(4)将固化后的磷酸钙骨水泥支架置于pH值为8～9的多巴胺碱性水溶液中，在30℃～40℃干燥后，获得聚多巴胺修饰的磷酸钙骨水泥支架；(5)将聚多巴胺修饰的磷酸钙骨水泥支架浸入BMP‑2溶液中，静置2～4h后，经冷冻干燥得到所述的磷酸钙基骨修复支架。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸钙基骨修复支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将磷酸钙骨水泥固相粉末和固化液混合，搅拌均匀后得到磷酸钙骨水泥浆料；(2)将磷酸钙骨水泥浆料通过3D打印技术打印获得磷酸钙骨水泥支架；(3)将磷酸钙骨水泥支架置于温度为30℃～40℃，相对湿度为95％～100％的环境中水化1～4天后，在30℃～40℃干燥，得到固化后的磷酸钙骨水泥支架；(4)将固化后的磷酸钙骨水泥支架置于pH值为8～9的多巴胺碱性水溶液中，在30℃～40℃干燥后，获得聚多巴胺修饰的磷酸钙骨水泥支架；(5)将聚多巴胺修饰的磷酸钙骨水泥支架浸入BMP-2溶液中，静置2～4h后，经冷冻干燥得到所述的磷酸钙基骨修复支架。2.根据权利要求1所述的磷酸钙基骨修复支架的制备方法，其特征在于，所述固相粉末包括聚乙二醇、磷酸四钙、β-磷酸三钙、α-磷酸三钙、碳酸钙、磷酸氢钙、磷酸二氢钙、磷酸八钙、无定型磷酸钙中的至少一种。3.根据权利要求1所述的磷酸钙基骨修复支架的制备方法，其特征在于，所述固相粉末包括聚乙二醇、α-磷酸三钙、掺锶磷酸八钙和/或掺锶无定形磷酸钙；所述固相粉末中，锶和钙的摩尔比为：锶：钙＝0.1～1.6：1；所述钙和锶之和与磷的摩尔比为：钙+锶：磷＝1.1～1.4:1。4.根据权利要求2所述的磷酸钙基骨修复支架的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：车七石，
申请(专利权)人：广州润虹医药科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44