3D打印钛合金多孔支架载双因子壳核微球缓释系统技术方案

本发明专利技术提供的3D打印钛合金多孔支架载双因子壳核微球缓释系统，所述系统的制备为：称取600mg明胶加入10ml去离子水中，在适温下充分搅拌溶解至溶液呈透明；将3D打印钛合金支架放入定制的聚四氟乙烯模具中，将壳核微球和明胶溶液分别注射入装有支架的聚四氟乙烯模具中，充分混匀，

【技术实现步骤摘要】
3D打印钛合金多孔支架载双因子壳核微球缓释系统


[0001]本专利技术涉及医疗
，尤其是指3D打印钛合金多孔支架载双因子壳核微球缓释系统的制备。

技术介绍

[0002]在目前临床可用的骨移植方案中，自体骨移植仍然被认为是骨移植的金标准，但其存在有效性差、供体部位损伤和手术时间较长等缺陷。异体骨或异种骨移植的应用也受到限制，因为其存在明显的缺陷，包括免疫反应并发症、疾病传播风险、缺乏成骨特性等，这些可能会导致骨吸收或骨不愈合。近年来，组织工程开发的各种生物材料已成为自体骨的替代物。羟基磷灰石(HA)、磷酸三钙(β
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TCP)及其复合材料因其与正常骨成分相似而被广泛应用于骨科重建手术，是很有应用前景的生物材料。生物活性玻璃表现出独特的特征，形成矿化HA层，促进与骨骼的化学结合。由于其优越的生物学性能，这些生物材料已被应用于临床骨缺损修复。但是，目前这些生物材料由于其力学性能较差，仅局限用于非负重骨的临界尺寸缺陷。此外，由于骨缺损的变异，目前可用的生物材料无法桥接或填充丢失的骨组织的解剖形状和结构，因此无法满足较大的临界尺寸缺损的手术要求。传统的材料加工技术，包括相分离，冷冻干燥，溶剂铸造、气体发泡和静电纺丝，在各种组织工程支架制作中显示出了巨大的潜力。然而，这些传统支架加工技术不能精确地控制支架的孔径、几何形状和互联性。

技术实现思路

[0003]本专利技术通过计算机辅助设计(CAD)建模，通过3D打印SLM技术制备出钛合金多孔支架，并对其进行各项表征和生物力学检测，并进行体外生物相容性的检测，最终形成3D打印钛合金多孔支架载双因子壳核微球缓释系统。
技术实现思路

[0004][0005]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：3D打印钛合金多孔支架载双因子壳核微球缓释系统，所述系统的制备包括有以下步骤：
[0006]1)、称取600mg明胶，加入10ml去离子水中，在适温下充分搅拌溶解至溶液呈透明；
[0007]2)、将3D打印钛合金支架放入定制的聚四氟乙烯模具中，
[0008]3)、将20mg VEGF/BMP
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2壳核微球和500ul明胶溶液分别注射入装有支架的聚四氟乙烯模具中，充分混匀，
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80℃预冻，冷冻干燥72 小时；
[0009]4)、用1％京尼平溶液在37℃避光静置下交联12小时；
[0010]5)、用无水乙醇润洗1小时，洗3次，干燥即得到3D打印钛合金多孔支架载双因子壳核微球缓释系统。
[0011]所述3D打印钛合金支架的制备方法为：
[0012](1)建模：通过Solid Works或CAD软件设计出3D打印钛合金多孔支架的三维数据
模型，多孔支架的大体形状为圆柱体，设计成两种规格，一种直径10mm，高5mm，一种直径5mm，高10mm，内部孔隙率为 60％，孔径为500um；
[0013](2)数据导入：将各种规格的模型参数导入金属激光熔融3D打印装置中；
[0014](3)分层制造：根据层层加工的原理，金属激光熔融3D打印装置的内置控制软件将导入的三维数字模型分割成20um固定层厚的平面断层，在充有氮气的工作室中，大功率的激光束通过内置的激光控制系统和振镜扫描系统精准地逐层熔炼Ti6Al4V粉末，逐层冷却凝固后，最终制备出实体的钛合金多孔支架。
[0015]本专利技术将载VEGF/BMP
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2双因子壳核缓释微球通过明胶水凝胶涂层负载到3D打印钛合金多孔支架上，成功制备出了3D打印钛合金多孔支架载双因子壳核微球缓释系统。该系统能够有效促进成骨分化和骨整合，能够达到VEGF与BMP
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2的缓慢序贯释放。且能够有效促进成骨分化和骨整合。
附图说明
[0016]图1为本专利技术3D打印钛合金多孔支架载双因子壳核微球缓释系统制备过程示意图。
[0017]图2为本专利技术具有镂空正方体(a)和镂空三棱柱(d)单元结构的两种多孔结构支架三维数字模型图(b、c和e、f)，具有相同的空隙大小(500μm)和孔隙率(60％)。
[0018]图3为本专利技术有限元分析软件ANSYS模拟支架受力情况。
[0019]图4为采用SEM观察3D打印钛合金多孔支架表面形态。
[0020]图5为3D打印钛合金多孔支架表面能谱分析图(EDS)。
[0021]图6为3D打印钛合金多孔支架X线衍射图(XRD)。
[0022]图7为DAPI染色结果。
[0023]图8为细胞粘附数量定量分析结果。
[0024]图9为多孔支架表面成骨细胞形貌SEM结果。
[0025]图10为采用活死细胞染色试剂盒测试细胞的活性情况。
[0026]图11为支架细胞增殖结果。
[0027]图12为支架细胞ALP定量结果。
[0028]图13为支架植入后股骨样本X线检查结果。
[0029]图14为Micro
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CT三维重建结果。
[0030]图15为支架内Micro
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CT扫描新生骨组织参数结果。
[0031]图16为钛合金多孔支架内新生骨组织荧光标记结果。
[0032]图17为钛合金多孔支架内新生骨组织VG染色结果。
[0033]图18为两组钛合金多孔支架内新生骨面积百分比。
[0034]图19为壳核结构微球镜下形态。
[0035]图20为壳核微球粒径(μm)。
具体实施方式
[0036]下面对本专利技术作进一步说明，本专利技术的较佳实施例为：参见所有附图，本实施例所述的3D打印钛合金多孔支架载双因子壳核微球缓释系统，
[0037]第一步骤：3D打印钛合金多孔支架的制备：
[0038](1)建模：通过Solid Works CAD软件，设计两种单元结构的 3D打印钛合金多孔支架的三维数据模型，多孔支架的大体形状为圆柱体，设计成两种规格，一种直径10mm，高5mm，一种直径5mm，高 10mm，内部孔隙率
[0039]为60％，孔径为500um；
[0040](2)数据导入：将各种规格的模型参数导入金属激光熔融3D打印装置中；
[0041](3)分层制造：根据层层加工的原理，金属激光熔融3D打印装置的内置控制软件将导入的三维数字模型分割成20um固定层厚的平面断层，在充有氮气的工作室中，大功率的激光束通过内置的激光控制系统和振镜扫描系统精准地逐层熔炼Ti6Al4V粉末，逐层冷却凝固后，最终制备出实体的钛合金多孔支架。
[0042]对上述钛合金多孔支架进行改性处理，其步骤为：
[0043](1)清洗：从3D打印装置中取出多孔支架，用气枪吹去支架内未熔炼的金属粉末，并先后用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗10分钟(清洗掉残留有毒金属颗粒)；
[0044](2)碱蚀：将多孔钛合金支架置于60℃的5mol/L NaOH溶液中 24小时，再用去离子水反复清洗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.3D打印钛合金多孔支架载双因子壳核微球缓释系统，其特征在于：所述系统的制备包括有以下步骤：1)、称取600mg明胶，加入10ml去离子水中，在适温下充分搅拌溶解至溶液呈透明；2)、将3D打印钛合金支架放入定制的聚四氟乙烯模具中，3)、将20mg VEGF/BMP
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2壳核微球和500ul明胶溶液分别注射入装有支架的聚四氟乙烯模具中，充分混匀，
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80℃预冻，冷冻干燥72小时；4)、用1％京尼平溶液在37℃避光静置下交联12小时；5)、用无水乙醇润洗1小时，洗3次，干燥即得到3D打印钛合金多孔支架载双因子壳核微球缓释系统。2.根据权利要求1所述的3D打印钛合金多孔支架载双因子壳核微球缓释...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘政，王锡阳，张义鲁，徐震超，
申请(专利权)人：湖南省儿童医院湖南省红十字会医院，
类型：发明
国别省市：