一种仿生人工骨材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种仿生人工骨材料及其制备方法，属于仿生材料制备技术领域。本发明专利技术公开了一种仿生人工骨材料，本发明专利技术的骨材料为有机相材料和无机相材料构成的多孔均质复合材料，具有与人体皮质骨机械性能相当的高强度，能够满足临床上承重部位骨修复的需求；同时该材料含有的纳米钙磷盐、多糖等可有效促进骨细胞的粘附和增殖。总而言之，本发明专利技术提供的仿生人工骨材料具备良好的生物活性和优异的机械性能，能够根据临床需求制备外形个性化骨材料，且能够降解，具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生人工骨材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于仿生材料制备
，涉及一种仿生人工骨材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]临床上由于创伤、感染、骨肿瘤等造成的承重部位骨缺损十分常见，人们开发出钛合金、聚醚醚酮、碳纤维等多种材料来进行修复，但这些材料在机械性能或生物活性方面存在各自的缺陷。钛合金、碳纤维等材料的生物相容性取决于它们的生物惰性，它们并不具备与人体天然骨组织形成骨性结合的生物活性，而是作为永久植入体使用，不参与人体新陈代谢，最终作为异物存在于体内，因而长期修复效果不佳。
[0003]人体天然骨组织主要由以胶原为主的有机成分和以羟基磷灰石为主的无机成分构成，其中胶原呈现规则排列的多级结构，并为羟基磷灰石提供了矿化模板，从而形成有序排列的矿化胶原复合体。模仿天然骨的成分及结构制造生物活性骨修复材料，将为修复部位提供与天然骨相似的微环境，有利于骨细胞的粘附、增殖，促进骨缺损的修复。
[0004]人们已经研发出一些以胶原/羟基磷灰石为主要成分的硬组织修复材料，例如引导组织再生膜，矿化胶原基人工骨材料等。然而大部分引导组织再生膜采用胶原和羟基磷灰石物理共混，一方面不具备天然骨组织的多级结构，另一方面其力学强度较低，导致其只能用于非承重部位的修复。奥精医疗申请了一项高强度胶原基人工骨修复材料，其利用胶原为矿化模板，制备了具有与人体天然骨组织相似的仿生矿化结构的矿化胶原，并通过进一步与高分子聚酯共混成型，得到了高强度胶原基人工骨修复材料。但该方法依赖于胶原蛋白，成本较高；另外磨具成型工艺决定了修复材料的致密结构，且不能满足实际临床人工骨外形多样化、个性化的需求。
[0005]因此需要对仿生人工骨材料及其制备方法进行进一步研究。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种仿生人工骨材料；本专利技术的目的之二在于提供一种仿生人工骨材料的制备方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]1.一种仿生人工骨材料，所述骨材料为有机材料和无机材料构成的多孔均质复合材料；
[0009]所述有机材料和无机材料的质量比为9:1～5:5；
[0010]所述有机材料包括胶原、多糖或生物高分子材料中的任意一种或多种；
[0011]所述无机材料包括纳米钙磷盐。
[0012]优选的，所述多糖在水中溶胀后形成胶，所述多糖为魔芋葡甘聚糖、黄原胶中的任意一种或多种。
[0013]优选的，所述生物高分子材料为聚乳酸、聚己内酯、聚乙烯醇或聚醚醚酮中一种或多种。
[0014]优选的，所述纳米钙磷盐的粒径为200nm～2μm。
[0015]优选的，所述纳米钙磷盐中钙元素和磷元素的摩尔比为1:1～2:1。
[0016]优选的，所述骨材料的压缩强度为20～80MPa、弯曲强度为15～90MPa、孔隙率为0％～90％。
[0017]进一步优选的，所述孔隙率为30％～90％。
[0018]2.上述仿生人工骨材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0019](1)制备矿化粉体材料：所述矿化粉体材料为纳米钙磷盐/多糖仿生复合材料粉体；
[0020](2)将生物高分子材料与步骤(1)中的矿化粉体材料按照1:9～9:1的质量比共混，采用单螺杆挤出工艺制备丝材；
[0021](3)根据需求的形状进行CAD图纸绘制、切片(根据需求设置相关参数，所述参数包括但不限于基板温度、挤出头温度、打印速度、打印方向、填充率)；
[0022](4)将切片完成的文件导入FDM打印机打印即可。
[0023]优选的，步骤(1)中所述纳米钙磷盐/多糖仿生复合材料粉体的制备方法如下：将多糖加入70℃的水溶液中混合均匀溶解形成0.3～1.5g/mL的多糖凝胶，将所述多糖凝胶置于两块平板之间，密封后置于电泳仪上，原位制备复合水凝胶，结束后于清水中溶胀清洗，再进行冷冻干燥或高温烘干，研磨得到纳米钙盐/多糖仿生复合材料粉体。
[0024]进一步优选的，所述电泳仪中阴极槽中为浓度为0.05～0.5M的Na2HPO4水溶液，所述电泳仪中阳极槽中为浓度为0.05～0.5M的CaCl2水溶液，所述电泳仪的电流为5～100mA。
[0025]优选的，所述CaCl2水溶液按照如下方法制备：向pH＝9.0的Tris
‑
HCl缓冲水溶液加入CaCl2后搅拌使其混合均匀。
[0026]本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开了一种仿生人工骨材料，该骨材料为有机相材料和无机相材料构成的多孔均质复合材料，具有与人体皮质骨机械性能相当的高强度，能够满足临床上承重部位骨修复的需求；同时该材料含有的纳米钙磷盐、多糖等可有效促进骨细胞的粘附和增殖。总而言之，本专利技术提供的仿生人工骨材料具备良好的生物活性和优异的机械性能，能够根据临床需求制备外形个性化骨材料，且能够降解，具有广阔的应用前景。
[0027]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0029]图1为实施例1中制备的3D打印件仿生骨支架的孔隙结构；
[0030]图2为实施例中采用电泳法制备矿化粉体的示意图；
[0031]图3为实施例中制备的仿生人工骨支架的孔隙率测试图，其中a、b和c分别为实施例1～3中制备的仿生人工骨支架。
具体实施方式
[0032]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]实施例1
[0034]制备一种仿生人工骨材料，具体制备方法如下：
[0035](1)制备纳米钙盐/多糖仿生复合材料粉体：称取1g黄原胶，加入70℃的水溶液中混合均匀溶解形成0.3g/mL的多糖凝胶，将多糖凝胶置于两块平板之间，密封后置于电泳仪(电泳仪中阴极槽中为浓度为0.05M的Na2HPO4水溶液、阳极槽中为浓度为0.05M的CaCl2水溶液、电流为5mA)上，原位制备复合水凝胶，结束后于清水中溶胀清洗，再进行冷冻干燥或高温烘干，研磨得到纳米钙磷盐/多糖仿生复合材料粉体；
[0036](2)将聚乳酸与步骤(1)中的纳米钙磷盐/多糖仿生复合材料粉体按照9:1的质量比共混，采用单螺杆挤出工艺制备丝材；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生人工骨材料，其特征在于，所述骨材料为有机材料和无机材料构成的多孔均质复合材料；所述有机材料和无机材料的质量比为9:1～5:5；所述有机材料包括多糖或生物高分子材料中的任意一种或多种；所述无机材料包括纳米钙磷盐。2.根据权利要求1所述仿生人工骨材料，其特征在于，所述多糖在水中溶胀后形成胶，所述多糖为黄原胶、魔芋葡甘聚糖中的一种或多种；所述生物高分子材料为聚乳酸、聚己内酯、聚乙烯醇或聚醚醚酮中一种或多种。3.根据权利要求1所述仿生人工骨材料，其特征在于，所述纳米钙磷盐的粒径为200nm～2μm；所述纳米钙磷盐中钙元素和磷元素的摩尔比为1:1～2:1。4.根据权利要求1～3任一项所述仿生人工骨材料，其特征在于，所述骨材料的压缩强度为20～80MPa、弯曲强度为15～90MPa、孔隙率为0％～90％。5.权利要求1～4任一项所述仿生人工骨材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)制备矿化粉体材料：所述矿化粉体材料为纳米钙磷盐/多糖仿生复合材料粉体；(2)将生物高分子材料与步骤(1)中的矿化粉体...

【专利技术属性】
技术研发人员：高霞，张晓南，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：