一种引导牙周硬软组织再生梯度材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种引导牙周硬软组织再生梯度材料及其制备方法，本发明专利技术所述梯度材料通过静电纺丝技术与生物3D打印技术结合构建而得，由于静电纺丝纤维膜的微孔结构可防止牙龈成纤维细胞向根面迁移从而起到机械屏障作用，同时利于营养和代谢物质的传输；因3D打印支架层的结构、形状的高度可设计性可根据临床需要实现牙槽骨个性化修复。所述方法制备工艺简单、稳定，集牙周引导组织再生膜与牙槽骨修复支架材料一体化，且具有实现临床定制化治疗的潜能。所述梯度材料具有良好的体内引导硬软组织修复效果，能更好的应用于牙槽骨及牙周组织同步再生、修复。

A gradient material for guiding periodontal hard and soft tissue regeneration and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种引导牙周硬软组织再生梯度材料及其制备方法
本专利技术属于生物医用材料
，具体涉及一种引导牙周硬软组织再生梯度材料及其制备方法。
技术介绍
引导骨再生(GuidedBoneRegeneration,GBR)技术是利用屏障膜阻止牙龈上皮向根表面迁移，从而为受损牙槽骨的重建和再生创造足够空间。引导组织再生技术为辅助治疗牙周疾病、促进骨组织再生提供了新策略。传统的不可降解GBR膜需要通过二次手术去除，会增加感染风险及患者痛苦，因而逐渐被淘汰；胶原基可降解膜由于其胶原成分大多来源于哺乳动物组织，因而存在疾病传播的风险，且存在降解过快的问题；生物合成高分子基可降解膜存在生物相容性不佳的问题。同时，临床上使用GBR膜时需在种植体周围结合使用骨粉以增强骨性结合及修复效果，但对于较大的牙槽骨缺损，植入的骨粉容易移位。基于此，本专利技术构建了一种集引导组织再生膜和骨充填双重作用一体化的梯度复合材料。理想的组织修复材料既能从成分、结构上模拟天然组织的局部微环境且具有特定的生物学功能。静电纺丝技术作为一种操作简单、经济有效的制备超细纤维的方法，能制备微纳米级的纤维，纤维结构很好的模拟了细胞外基质结构，且所制备的纤维膜具有比表面积大、孔隙率高等特点，因而广泛应用于生物医学材料领域。3D打印作为一种极具发展前景的打印技术，可以产生具有良好互联性的高孔隙结构，可打印具有特定、复杂形状的组织工程支架材料，其工艺简单，制备的材料结构稳定、可控。目前，常用于静电纺丝或生物3D打印的生物高分子材料包括左旋聚乳酸、聚己内酯、聚乳酸-羟基乙酸、壳聚糖、聚氨酯等。但是单一的高分子纤维往往由于力学性能较低或生物相容性较差而不能满足临床应用的需求。近年来，研究者通过对高分子纤维改性以期望获得性能优良的组织工程支架材料，并取得了一系列突破性进展。现有技术中有一种壳聚糖与钙磷盐复合的引导组织再生膜的制备方法，该膜结构为致密层和疏松多孔层，具有良好的促成骨活性，但是壳聚糖基的生物材料存在力学性能较差的缺点。现有技术还有一种基于羟基磷灰石接枝聚丙交酯/聚乳酸共聚羟基乙酸电纺纤维膜的制备方法，构建了一种新的可生物降解的引导组织再生膜，复合膜展示出更好的力学性能，但该复合膜体系缺乏生物活性好的天然成分，如胶原蛋白、明胶等。Brown等人通过静电纺丝制备了I型胶原改性聚乳酸-羟基乙酸的复合纤维膜，但胶原来源于鼠尾。目前临床使用商业化的胶原基引导组织再生膜(Bio-Gide，Bio-Mend等)也存在缺陷：(1)由于其快速降解行为而丧失维持空间的能力；(2)胶原大多来源于哺乳动物器官或组织，如猪皮、牛跟腱等，存在潜在疾病传播的风险以及宗教限制等问题。QingqiangYao等人以PCL为基体接枝氨基酸后通过3D打印制备了支架材料用于软硬骨一体化修复，但是用于牙周硬软组织再生修复材料也应具有一定的机械屏障作用，防止牙龈上皮细胞向根面迁移，因此支架材料应具有较致密的结构层发挥物理屏障作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：基于上述研究现状和缺陷，本专利技术将传统的静电纺丝技术与新兴的生物3D打印技术相结合制备出能够同时引导牙周硬软组织再生的一体化修复梯度材料。本专利技术采用的技术方案如下：一种引导牙周硬软组织再生梯度材料，包括3D打印支架层和静电纺丝纤维膜层，所述3D打印支架层中羟基磷灰石含量高于静电纺丝纤维膜层，所述3D打印支架层的孔径大于静电纺丝纤维膜层，所述3D打印支架层的孔径大小为100-1000μm，所述静电纺丝纤维膜层的纤维直径大小为300-5000nm，所述静电纺丝纤维膜层的结构为无规分布或取向排列或网格状结构，静电纺丝纤维膜层厚度为0.08-1mm。孔结构梯度变化，从纤维膜300-10000nm变化到支架的几百微米；成分的梯度变化，纤维膜中磷灰石含量较低，而3D支架中磷灰石含量较高：鱼胶原在纤维膜中含量较高，在多孔支架中较少，甚至可以不加。由此体现出，纤维膜与多孔支架在孔结构方面和成分含量方面的梯度变化。鱼胶原可促进来源于软组织的细胞黏附、生长；高的磷灰石含量的支架可促进成骨性细胞的成骨分化。梯度材料可为静电纺丝纤维膜与生物3D打印支架复合而得，具体复合方式可为纤维膜-3D打印支架形成的ABAB结构，该结构在三维方向上重复交替，孔结构及孔隙率呈重复交替式。梯度材料可为静电纺丝纤维膜包裹在生物3D打印支架表面，形成硬-软梯度结构，促进支架材料与宿主组织的界面结合。梯度材料可为静电纺丝纤维膜剪切成碎片后填充于3D打印支架孔结构中形成的复合支架材料。梯度材料上层由孔隙率较小的静电纺丝纤维膜组成，能够有效阻止牙龈上皮细胞和牙龈结缔组织细胞向根面迁移，下层由具有较大孔隙率的3D打印支架组成。梯度材料具有优异的力学性能、可调控的降解速率、低免疫原性以及良好的体内生物活性，且在结构和成分上均可成梯度变化。上述引导牙周硬软组织再生梯度材料的制备方法，包括以下步骤：S1.将纳米羟基磷灰石分散于溶剂，超声分散1-2h，再加入鱼胶原和聚乳酸-羟基乙酸，震荡摇匀1.5-3h，再超声0.5-1h，得到纺丝液；其中超声分散方法为两步超声法；S2.搅拌步骤S1中所得纺丝液使溶剂挥发，得到3D打印墨水；其中溶剂部分挥发，得到所需浓度的3D打印墨水；S3.将步骤S1所得纺丝液通过静电纺丝法制备得到静电纺丝纤维膜层；S4.将步骤S3得到的静电纺丝纤维膜层置于生物3D打印机平台上，使用步骤S2所得3D打印墨水通过生物3D打印机在静电纺丝纤维膜层上打印，构建静电纺丝纤维膜层与3D打印支架层复合的梯度材料。上述制备方法中，也可先用3D打印墨水通过生物3D打印机打印3D打印支架层，然后在3D打印支架层上通过静电纺丝法制备静电纺丝纤维膜层，从而构建静电纺丝纤维膜层与3D打印支架层复合的梯度材料。聚乳酸-羟基乙酸是经美国FDA批准应用于生物医药领域的生物高分子，鱼胶原作为蛋白分子引入到聚乳酸-羟基乙酸中能与其分子链发生相互作用形成分子网络结构，从而提高材料的力学性能。纳米羟基磷灰石作为人体骨主要的无机成分引入到聚乳酸-羟基乙酸中可赋予材料显著的生物活性和诱导成骨能力。梯度材料可通过纳米羟基磷灰石负载生物因子或药物，如地塞米松、BMP、TGF、FGF、黄芩苷等，实现因子或药物的持续性释放，并赋予材料多功能性。进一步地，静电纺丝纤维膜层中纳米羟基磷灰石含量为5-40wt％，鱼胶原的含量为1-30wt％；优选地，静电纺丝纤维膜层中纳米羟基磷灰石含量为10-25wt％，鱼胶原的含量为5-15wt％。进一步地，3D打印支架层中纳米羟基磷灰石含量为10-70wt％。进一步地，步骤S1中羟基磷灰石包括短棒状、针状、微球状及介孔羟基磷灰石，羟基磷灰石可由磷酸钙盐或硅酸钙盐替换。进一步地，步骤S1中聚乳酸-羟基乙酸可由聚己内酯或聚乳酸或聚氨酯或壳聚糖替换。进一步地，步骤S1中鱼胶原来源于鱼皮或鱼鳞，鱼为鳕鱼或罗非鱼或草鱼或鲢鱼。进一步地，步骤S1中溶剂为三氟乙醇或六氟异丙醇或二氯甲烷或丙酮或N,N-二甲基甲酰胺或体积比7-9:1-3的三氟乙醇/N,N-二甲基甲酰胺混合溶液或体积比2-4:1的丙酮/N,N-二甲基甲酰胺混合溶液。进一步地，步骤S3具体过程为：通过使用平板接收器、取向接收器、网格状接收器分别收集无规分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种引导牙周硬软组织再生梯度材料，其特征在于：包括3D打印支架层和静电纺丝纤维膜层，所述3D打印支架层中羟基磷灰石含量高于静电纺丝纤维膜层，所述3D打印支架层的孔径大于静电纺丝纤维膜层，所述3D打印支架层的孔径大小为100‑1000μm，所述静电纺丝纤维膜层的纤维直径大小为300‑5000nm，所述静电纺丝纤维膜层的结构为无规分布或取向排列或网格状结构，静电纺丝纤维膜层厚度为0.08‑1mm。

【技术特征摘要】
1.一种引导牙周硬软组织再生梯度材料，其特征在于：包括3D打印支架层和静电纺丝纤维膜层，所述3D打印支架层中羟基磷灰石含量高于静电纺丝纤维膜层，所述3D打印支架层的孔径大于静电纺丝纤维膜层，所述3D打印支架层的孔径大小为100-1000μm，所述静电纺丝纤维膜层的纤维直径大小为300-5000nm，所述静电纺丝纤维膜层的结构为无规分布或取向排列或网格状结构，静电纺丝纤维膜层厚度为0.08-1mm。2.权利要求1所述的引导牙周硬软组织再生梯度材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将纳米羟基磷灰石分散于溶剂，超声分散1-2h，再加入鱼胶原和聚乳酸-羟基乙酸，震荡摇匀1.5-3h，再超声0.5-1h，得到纺丝液；S2.搅拌步骤S1中所得纺丝液使溶剂挥发，得到3D打印墨水；S3.将步骤S1所得纺丝液通过静电纺丝法制备得到静电纺丝纤维膜层；S4.将步骤S3得到的静电纺丝纤维膜层置于生物3D打印机平台上，使用步骤S2所得3D打印墨水通过生物3D打印机在静电纺丝纤维膜层上打印，构建静电纺丝纤维膜层与3D打印支架层复合的梯度材料。3.根据权利要求2所述的引导牙周硬软组织再生梯度材料的制备方法，其特征在于：所述静电纺丝纤维膜层中纳米羟基磷灰石含量为5-40wt％，鱼胶原的含量为1-30wt％。4.根据权利要求2所述的引导牙周硬软组织再生梯度材料的制备方法，其特征在于：所述3D打印支架层中纳米羟基磷灰石含量为10-70wt％。5.根据权利要求2所述的引导牙...

【专利技术属性】
技术研发人员：李吉东，金蜀鄂，李玉宝，左奕，袁琛，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51