一种3D打印聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架的制备及其产品和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种3D打印聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架的制备方法，具有自固化和载药能力，利用自固化的磷酸钙粉末为基体，通过聚乙烯醇、戊二醛的酸性交联体系作为增稠剂，形成适于3D打印堆叠沉积的凝胶，加入甘油调节溶液粘度和磷酸钙的固化时间；将生物活性药物的粉末或溶液直接添加在打印“墨水”中，3D打印成型后，通过磷酸钙的水化反应形成以缺钙型羟基磷灰石为主体的支架。该方法制备的骨修复支架具有良好的力学强度和促骨生长能力，常温下3D打印制备适用于生物活性药物的负载，可个性化匹配患者的骨缺损部位，在骨科临床个性化治疗领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架的制备及其产品和应用
本专利技术涉及一种生物医用材料
的方法，具体是一种3D打印聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架的制备方法及其产品和应用，制备一种具有自固化和载药能力的聚乙烯醇/磷酸钙骨修复支架的制备方法。
技术介绍
近年来，3D打印技术被广泛应用于临床骨修复材料的制备，因其在植入物的形状和孔隙设计上具有很高的灵活性，使植入物能匹配目标创伤修复区域的形状，且连通的孔径更适合骨细胞和血管的再生。与天然骨有相似化学成分的磷酸钙支架的3D打印制备技术，是该领域研究的热点。传统的3D打印技术制备的磷酸钙基骨修复支架，如羟基磷灰石、磷酸三钙、磷酸八钙等，主要是通过磷酸钙粉末与粘合剂复合后进行打印，再进行高温煅烧去除粘合剂，制备过程繁琐，且高温过程不利于负载生物活性药物。如不经过高温去除增稠剂，如3D打印的复合磷酸钙粉末的胶原支架、海藻酸钠-明胶交联支架等，该类支架以增稠剂为主体，力学强度较低，通常不适用于硬组织修复。基于以上背景，本专利技术利用自固化的磷酸钙粉末为基体，通过聚乙烯醇、戊二醛的酸性交联体系作为增稠剂，形成适于3D打印堆叠沉积的凝胶，加入甘油调节磷酸钙的固化时间；将药物粉末或溶液直接添加在打印“墨水”中，3D打印成型后，通过磷酸钙的水化反应形成以羟基磷灰石为主体的支架。该方法制备的骨修复支架具有良好的力学强度和促骨生长能力，适用于生物活性药物的负载，可个性化匹配患者的骨缺损部位，在骨科临床个性化治疗领域具有广阔的应用前景。专利技术内容本专利技术的目的在于提供一种3D打印聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架的制备方法。本专利技术的再一目的在于：提供一种上述方法制备的3D打印聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架产品。本专利技术的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。本专利技术目的通过下述方案实现：一种3D打印聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架的制备方法，其特征在于利用自固化的磷酸钙粉末为基体，通过聚乙烯醇、戊二醛的酸性交联体系作为增稠剂，形成适于3D打印堆叠沉积的凝胶，加入甘油调节溶液粘度和磷酸钙的固化时间；将生物活性药物的粉末或溶液直接添加在打印“墨水”中，3D打印成型后，通过磷酸钙的水化反应形成以缺钙型羟基磷灰石为主体的支架，包括以下步骤：（1）按摩尔比2:1混合磷酸氢钙与碳酸钙，干燥后用马弗炉在1250-1400℃煅烧2-4h后取出，鼓风环境下急速冷却，之后用氧化锆球磨，乙醇为球磨介质，450rpm湿法球磨4-6h，80℃烘箱中干燥，得到α-TCP粉末；（2）超纯水配制浓度为5-10%（w（g）/v（mL））的聚乙烯醇溶液，每100质量份的聚乙烯醇，加入5-10体积份的1wt%戊二醛溶液，5-10质量份的柠檬酸；再按混合溶液体积的5-10%加入甘油，常温下磁力搅拌混合10min得混合溶液；（3）将上述α-TCP粉末与混合溶液按固液比1-2g/mL进行混合，同时加入生物活性药物粉末或溶液，混合均匀，抽真空20min除去气泡，得到3D打印“墨水”；装入打印料筒，出料针头选用0.2-0.5mm，采用垂直层积3D打印机在常温下进行打印，打印完毕后，室温下固化48h，得到聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架。在上述方案基础上，步骤（1）所述的磷酸氢钙与碳酸钙的混合方式为纯水介质中湿法球磨，球磨速度为400rpm，球磨时间为2-4h；干燥方式为置于80℃烘箱中干燥过夜。步骤（2）聚乙烯醇为国产市售1788或2488型。步骤（3）所述生物活性药物包括水溶性或油溶性的抗菌类药物，如盐酸万古霉素、庆大霉素等水溶性或油溶性的抗菌类药物；促骨生长蛋白或小分子药物，如bmp-2、阿仑膦酸钠；抗肿瘤药物，如阿霉素、唑来膦酸。本专利技术提供一种3D打印聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架，根据上述任一所述方法制备得到。本专利技术提供一种聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架在制备常温个性化3D骨修复支架材料中的应用。通过高温煅烧法和高速球磨制备具有表面活性的α-TCP粉末；配制聚乙烯醇溶液，加入戊二醛和柠檬酸初交联形成粘性溶液，作为α-TCP粉末的分散液和固化液，加入甘油调节粘度和固化时间；上述α-TCP粉末和溶液按比例混合后，加入生物活性药物，作为3D打印“墨水”，采用垂直层积生物3D打印机在常温下进行打印，打印完毕后，室温下固化48h，得到聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架。本专利技术包括以下步骤：1、将磷酸氢钙与碳酸钙按摩尔比2:1混合均匀。所述混合方式为使用无水乙醇为混合介质的球磨混合，转速400rpm，球磨时间为1-4h，混合后的悬浊液通过旋转蒸发除去乙醇后放入60℃烘箱中干燥。2、将干燥后的磷酸氢钙与碳酸钙混合物在1250-1400℃炉中锻烧2-4h后取出，在鼓风环境下急速冷却，之后采用氧化锆球磨罐湿法球磨的方式得到粒径均一的α-TCP粉末。3、配制浓度为5-10%（w（g）/v（mL））的聚乙烯醇溶液，每100份质量（g）的聚乙烯醇，加入5-10份体积（mL）的1wt%戊二醛溶液，5-10份质量（g）的柠檬酸；再按混合溶液体积的5-10%加入甘油，常温下磁力搅拌混合10min。4、之后，将上述α-TCP粉末与混合溶液按固液比1-2g/mL进行混合，同时加入生物活性药物粉末或溶液，混合均匀，抽真空20min除去气泡，得到3D打印“墨水”。5、将磷酸钙骨水泥“墨水”装入打印料筒，出料针头选用0.2-0.5mm，采用垂直层积3D打印机在常温下进行打印，打印完毕后，室温下固化48h，得到聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架。本专利技术方法制备的骨修复支架具有良好的力学强度和促骨生长能力，常温下3D打印制备适用于生物活性药物的负载，可个性化匹配患者的骨缺损部位，在骨科临床个性化治疗领域具有广阔的应用前景。本专利技术的优点在于：1、通过3D打印技术制备以自固化磷酸钙为基体的骨修复支架，固化后形成羟基磷灰石，具有一定力学强度，适用于硬组织修复。2、常温下打印，无须高温热处理，适合负载生物活性药物。附图说明图1是所制备磷酸钙支架的实物图；图2是该支架的SEM扫描图像；图3是支架抗压强度曲线，支架具有一定刚性。具体实施方式以下实施例以专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围并不限于下述的实施例。实施例1一种3D打印聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架，利用自固化的磷酸钙粉末为基体，通过聚乙烯醇、戊二醛的酸性交联体系作为增稠剂，形成适于3D打印堆叠沉积的凝胶，加入甘油调节溶液粘度和磷酸钙的固化时间；将生物活性药物的粉末或溶液直接添加在打印“墨水”中，3D打印成型后，通过磷酸钙的水化反应形成以缺钙型羟基磷灰石为主体的支架，按以下步骤制备：（1）α-TCP的制备：按摩尔比2:1称量磷酸氢钙粉末和碳酸钙粉末，使用适量无水乙醇为介质湿法球磨，转速400rpm，球磨时间4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架的制备方法，利用自固化的磷酸钙粉末为基体，其特征在于通过聚乙烯醇、戊二醛的酸性交联体系作为增稠剂，形成适于3D打印堆叠沉积的凝胶，加入甘油调节溶液粘度和磷酸钙的固化时间；将生物活性药物的粉末或溶液直接添加在打印“墨水”中，3D打印成型后，通过磷酸钙的水化反应形成以缺钙型羟基磷灰石为主体的支架，包括以下步骤：/n（1）按摩尔比2:1混合磷酸氢钙与碳酸钙，干燥后用马弗炉在1250-1400℃煅烧2-4h后取出，鼓风环境下急速冷却，之后用氧化锆球磨，乙醇为球磨介质，450rpm湿法球磨4-6h，80℃烘箱中干燥，得到α-TCP粉末；/n（2）超纯水配制浓度为5-10%（w（g）/v（mL））的聚乙烯醇溶液，每100质量份的聚乙烯醇，加入5-10体积份的1wt%戊二醛溶液，5-10 质量份的柠檬酸；再按混合溶液体积的5-10%加入甘油，常温下磁力搅拌混合10min得混合溶液；/n（3）将上述α-TCP粉末与混合溶液按固液比1-2g/mL进行混合，同时加入生物活性药物粉末或溶液，混合均匀，抽真空20min除去气泡，得到3D打印“墨水”；装入打印料筒，出料针头选用0.2-0.5mm，采用垂直层积3D打印机在常温下进行打印，打印完毕后，室温下固化48h，得到聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架。/n...

【技术特征摘要】
1.一种3D打印聚乙烯醇/磷酸钙载药骨修复支架的制备方法，利用自固化的磷酸钙粉末为基体，其特征在于通过聚乙烯醇、戊二醛的酸性交联体系作为增稠剂，形成适于3D打印堆叠沉积的凝胶，加入甘油调节溶液粘度和磷酸钙的固化时间；将生物活性药物的粉末或溶液直接添加在打印“墨水”中，3D打印成型后，通过磷酸钙的水化反应形成以缺钙型羟基磷灰石为主体的支架，包括以下步骤：
（1）按摩尔比2:1混合磷酸氢钙与碳酸钙，干燥后用马弗炉在1250-1400℃煅烧2-4h后取出，鼓风环境下急速冷却，之后用氧化锆球磨，乙醇为球磨介质，450rpm湿法球磨4-6h，80℃烘箱中干燥，得到α-TCP粉末；
（2）超纯水配制浓度为5-10%（w（g）/v（mL））的聚乙烯醇溶液，每100质量份的聚乙烯醇，加入5-10体积份的1wt%戊二醛溶液，5-10质量份的柠檬酸；再按混合溶液体积的5-10%加入甘油，常温下磁力搅拌混合10min得混合溶液；
（3）将上述α-TCP粉末与混合溶液按固液比1-2g/mL进行混合，同时加入生物活性药物粉末或溶液，混合均匀，抽真空20min除去气泡，得到3D打印“墨水”；装入打印料筒，出料针头选用0.2-0....

【专利技术属性】
技术研发人员：崔大祥，杨迪诚，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31