【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医用材料，特别涉及一种仿生骨/软骨双层复合支架材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、关节损伤往往由创伤、炎症或不适当的负载造成，是临床常见的一类疾病，多数关节损伤表现为上层软骨和下层骨的损伤，并伴随着疼痛、肿胀和僵硬等，严重影响人们的身体健康和生活质量。组织工程的发展使得基于生物活性材料诱导组织生长和功能再生的研究取得了重大进步，关节损伤修复的相关研究也逐渐从单一软骨修复转化到骨/软骨一体化再生修复。植入与天然骨/软骨特性相似的组织工程支架材料是一种有效的修复策略。然而，骨/软骨组织在结构上是由连续但不同的软骨层及软骨下骨层构成的，二者在细胞表型、细胞外基质(ecm)组成、微观结构和力学性能等方面存在较大差异。因此，开发能够同时促进软骨和骨再生的组织工程支架材料仍然是一个巨大的挑战。
2、明晰骨/软骨的组成和特性可以帮助研究者设计出合理的骨/软骨支架材料。一方面，软骨损伤治疗的关键在于促进软骨细胞分泌胶原和聚集蛋白聚糖以重塑软骨细胞外基质。然而，软骨组织本身没有丰富的血供，无法为软骨细胞增殖提供足够的养分；同时，软骨也没有干细胞的存在，无法通过分化获得足够多的软骨细胞。另一方面，骨损伤研究主要集中在开发合适的骨组织工程支架材料，以促进干细胞的募集、黏附、铺展、成骨分化及矿化。支架的多孔结构被认为是影响干细胞行为和成骨分化的重要因素，例如细胞迁移、矿物沉积、支架力学性能以及营养物和废物的运输。为了改善新生骨组织的生长，提出了多种多样的方法来调控多孔支架的结构。例如，盐析法、冷冻干燥法以及3d打印定制
3、不过，目前单一的技术手段并不能满足骨/软骨缺损对支架材料多层次的要求，通过改良或结合多技术手段的策略有望制备具备理想骨/软骨修复性能的支架材料。此外，骨和软骨ecm具有液晶态和粘弹性微环境，通过合理的手段和策略赋予骨/软骨支架以液晶态和粘弹性微环境会实现更好的骨/软骨修复。基于以上，设计一种在组成、结构及生物学功能上满足骨/软骨损伤一体化高效修复的多功能支架材料具有重要意义。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术的首要目的在于提供一种仿生骨/软骨双层复合支架材料。该支架材料可以促进软骨、骨及血管生成；上层是由载促成软骨活性药物的聚乙二醇二丙烯酸酯-甲壳素晶须液晶复合水凝胶作为软骨修复水凝胶层，其在结构上具有手性拓扑结构，力学上具有弹性，功能上可促进细胞增殖和成软骨分化；下层是以生物功能化甲壳素晶须复合液晶水凝胶通道修饰的3d打印聚合物支架材料作为骨修复层，其在结构上具有微米径向液晶通道和载药纵向液晶大通道，力学上具有与松质骨匹配的模量和强度，功能上可募集干细胞并成骨分化、促进新骨矿化和成血管。
2、本专利技术的另一目的在于提供上述仿生骨/软骨双层复合支架材料的制备方法。
3、本专利技术的再一目的在于提供上述仿生骨/软骨双层复合支架材料的应用。
4、为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
5、一种仿生骨/软骨双层复合支架材料，由上层软骨修复水凝胶层和下层骨修复支架层组成；上层软骨修复水凝胶层为含有光引发剂、促成软骨活性药物的聚乙二醇二丙烯酸酯-甲壳素晶须液晶复合水凝胶；下层骨修复支架层包含基体支架和液晶通道结构，基体支架为具有横向大通道和纵向大通道的聚合物支架经聚多巴胺改性得到；以基体支架为模板构建液晶通道结构，其中，横向大通道中具有直径梯度变化的壳聚糖-甲壳素晶须液晶复合水凝胶微米径向通道，纵向大通道中含有包载促成骨成血管活性药物的聚乙二醇二丙烯酸酯-甲壳素晶须液晶复合水凝胶。
6、所述的上层软骨修复水凝胶层中：
7、所述的聚乙二醇二丙烯酸酯-甲壳素晶须液晶复合水凝胶中的组分按质量百分比计，如下：光引发剂0.002％～0.01％、促成软骨活性药物0.005％～0.1％、甲壳素晶须液晶4％～10％、聚乙二醇二丙烯酸酯1％～10％；优选如下：光引发剂0.005％～0.01％、促成软骨活性药物0.01～0.06％、甲壳素晶须液晶5％～8％、聚乙二醇二丙烯酸酯4％～9％。
8、所述的聚乙二醇二丙烯酸酯-甲壳素晶须液晶复合水凝胶还含有溶剂，溶剂为余量。
9、所述的溶剂优选为水；更优选为去离子水。
10、所述的光引发剂优选为苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂和1-羟基环己基苯基甲酮中的至少一种。
11、所述的促成软骨活性药物优选为胰岛素样生长因子、黄芩苷、骨形态发生蛋白、人甲状旁腺激素相关蛋白和转化生长因子中的至少一种。
12、所述的聚乙二醇二丙烯酸酯的重均分子量优选为200～10000；更优选为200～5000。
13、所述的下层骨修复支架层中：
14、所述的聚合物为左旋聚乳酸、聚己内酯和聚醚醚酮中的至少一种。
15、所述的左旋聚乳酸的重均分子量优选为5～35万；更优选为10～30万。
16、所述的聚己内酯的重均分子量优选为5～20万；更优选为10万。
17、所述的聚醚醚酮的重均分子量为2～8万；更优选为5～7万。
18、所述的聚合物支架优选为通过3d打印得到。
19、所述的经聚多巴胺改性的步骤优选如下：将聚合物支架置于多巴胺反应液中反应，得到基体支架。
20、所述的多巴胺反应液的浓度优选为0.5～5g/l；更优选为1.5～4g/l。
21、所述的反应条件优选为10～40℃反应1～48小时；更优选为15～30℃反应5～24小时。
22、所述的横向大通道优选为1～4层，每层通道数量为3～9；更优选为2～3层，每层通道数量为4～8。
23、所述的横向大通道的外径和内径优选分别为1～4mm和0.2～1.2mm；更优选分别为2～3mm和0.4～1mm。
24、所述的壳聚糖-甲壳素晶须液晶复合水凝胶含有交联剂、壳聚糖和甲壳素晶须液晶；其中的组分按质量百分比计，如下：壳聚糖0.5％～5.0％、交联剂0.05％～0.6％和甲壳素晶须液晶5％～12％；更优选如下：壳聚糖1％～5％、交联剂0.1％～0.5％和甲壳素晶须液晶7％～12％。
25、所述的壳聚糖-甲壳素晶须液晶复合水凝胶还含有溶剂，溶剂为余量。
26、所述的溶剂主要为水，其中含有醋酸。醋酸的存在有利于壳聚糖的溶解。
27、所述的醋酸的浓度优选为1％～3％(v/v)。
28、所述的交联剂优选为京尼平、戊二醛和环氧氯丙烷中的至少一种。
29、所述的纵向大通道的直径优选为0.05～5mm；更优选为0.5～4mm。
30、所述的微米径向通道的尺寸为1～100μm。
31、所述的包载促成骨成血管活性药物的聚乙二醇二丙烯酸酯-甲壳素晶须液晶复合水凝胶含有成骨成血管活性药物、甲壳素晶须和聚乙二醇二丙烯酸酯；其中的组分按质本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种仿生骨/软骨双层复合支架材料，其特征在于：由上层软骨修复水凝胶层和下层骨修复支架层组成；上层软骨修复水凝胶层为含有光引发剂、促成软骨活性药物的聚乙二醇二丙烯酸酯-甲壳素晶须液晶复合水凝胶；下层骨修复支架层包含基体支架和液晶通道结构，基体支架为具有横向大通道和纵向大通道的聚合物支架经聚多巴胺改性得到；以基体支架为模板构建液晶通道结构，其中，横向大通道中具有直径梯度变化的壳聚糖-甲壳素晶须液晶复合水凝胶微米径向通道，纵向大通道中含有包载促成骨成血管活性药物的聚乙二醇二丙烯酸酯-甲壳素晶须液晶复合水凝胶。
2.根据权利要求1所述的仿生骨/软骨双层复合支架材料，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的仿生骨/软骨双层复合支架材料，其特征在于：
4.根据权利要求2所述的仿生骨/软骨双层复合支架材料，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的仿生骨/软骨双层复合支架材料，其特征在于：
6.根据权利要求2所述的仿生骨/软骨双层复合支架材料，其特征在于：
7.权利要求1～6任一项所述的仿生骨/软骨双层复合支架材料的制备方法
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：
9.权利要求1～6任一项所述的述仿生骨/软骨双层复合支架材料在制备生物医用制品中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述的生物应用制品为仿生骨/软骨修复支架。
...【技术特征摘要】
1.一种仿生骨/软骨双层复合支架材料，其特征在于：由上层软骨修复水凝胶层和下层骨修复支架层组成；上层软骨修复水凝胶层为含有光引发剂、促成软骨活性药物的聚乙二醇二丙烯酸酯-甲壳素晶须液晶复合水凝胶；下层骨修复支架层包含基体支架和液晶通道结构，基体支架为具有横向大通道和纵向大通道的聚合物支架经聚多巴胺改性得到；以基体支架为模板构建液晶通道结构，其中，横向大通道中具有直径梯度变化的壳聚糖-甲壳素晶须液晶复合水凝胶微米径向通道，纵向大通道中含有包载促成骨成血管活性药物的聚乙二醇二丙烯酸酯-甲壳素晶须液晶复合水凝胶。
2.根据权利要求1所述的仿生骨/软骨双层复合支架材料，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的仿生骨/软骨...
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