[发明专利]组织工程骨软骨复合支架及其一体化光固化成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物制造技术领域，特别涉及组织工程骨软骨复合支架及其一体化光固化成型方法。

背景技术

由于成年人关节软骨的自修复能力有限，临床上针对关节软骨及骨的缺损，通常需要手术干预，包括关节镜下清理术、镜下微骨折术、骨软骨自体移植等。上述手段存在着修复效果差，受限于患者年龄及缺损面积，移植物来源有限等缺陷。通过近些年对人工骨软骨缺损修复的研究，骨软骨组织工程已经有了较深入的发展，并且显示出在临床上应用的巨大潜能。

骨软骨组织工程支架包含有单纯骨(软骨)支架，骨软骨复合支架以及包含钙化软骨层的骨软骨复合支架等种类，目前大多数骨软骨复合支架主要依靠手工缝合、粘接等方式制备，操作过程复杂，自动化及定制化程度低，并且造成复合支架的结构不稳定，在支架植入后容易产生脱层，剥落等情况，无法为新生组织的长入及支架与周围组织的融合提供一个良好的力学支撑环境。此外，自然骨软骨之间具有一层钙化软骨层，它起到支持软骨压力承载以及阻止血管入侵的作用，传统支架的制备并没有考虑到制备钙化软骨层支架这一过渡结构，而采用三维打印的方法制备的分层结构支架又存在着结合力较差，支架植入后容易塌陷等问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供组织工程骨软骨复合支架及其一体化光固化成型方法，能够快速制备出定制化外形的骨软骨组织工程多层复合支架，复合支架具有类似钙化软骨层功能的钙化层，依托陶瓷骨表面的孔隙及胶体在表面的粘接作用，能够有效提高复合支架之间的粘接强度，增强支架植入后的稳定性，为细胞和组织的长入提供一个良好的力学支撑环境，该制备方法具有精度高、操作简单、周期短、可重复性高的优点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种组织工程骨软骨复合支架的一体化光固化成型方法，包括以下步骤：

步骤一，采用凝胶注模或光固化成型技术或其他方法制备多孔陶瓷骨支架1，多孔陶瓷骨支架1表面均匀分布孔径不小于200μm的孔隙；

步骤二，根据陶瓷骨支架尺寸，设计与之匹配的钙化软骨层支架以及软骨支架三维模型，并转化为.stl格式文件，经分层软件处理，将数据导入光固化快速成型机；

步骤三，采用光敏材料聚乙二醇双丙烯酸酯，配制含陶瓷粉末的水凝胶溶液，按照体积比将陶瓷粉末∶聚乙二醇双丙烯酸酯∶光引发剂I-1173∶去离子水＝90∶(30-50)∶(0.3-0.5)∶(50-70)的比例均匀混合，采用球磨机球磨2-3小时，置于真空注型机中除去气泡；

步骤四，采用光敏材料聚乙二醇双丙烯酸酯，配制水凝胶溶液，按照体积比将聚乙二醇双丙烯酸酯∶光引发剂I-1173∶去离子水＝(30-50)∶(0.3-0.5)∶(50-70)的比例均匀混合，采用磁力搅拌机搅拌匀速搅拌30-60min，置于真空注型机中除去气泡；

步骤五，将陶瓷骨支架置于快速成型机中具有调节校准装置的托板上，置于步骤三所制备的含陶瓷粉末的水凝胶溶液中，调节陶瓷骨支架与钙化软骨层支架三维数据轮廓对准，调整液面零位，进行光斑扫描，直接成型三维结构；

步骤六，将托板升起，将含陶瓷粉末的水凝胶溶液替换为步骤四所制备的水凝胶溶液，将数据更换为水凝胶软骨支架三维数据，调节陶瓷骨支架与钙化软骨层支架三维数据轮廓对准，调整液面零位，进行光斑扫描，直接成型三维结构，制得多层复合支架，置于去离子水中反复溶胀、消毒处理。

所述的光引发剂I-1173为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙基酮。

所制备的组织工程骨软骨多层复合支架，包括多孔陶瓷骨支架1，在多孔陶瓷骨支架1上固化有含陶瓷成分的水凝胶支架2，在含陶瓷成分的水凝胶支架2上固化有纯水凝胶支架3。

多孔陶瓷骨支架1表面具有预先设计的类似自然骨表面的孔隙结构，有利于类钙化软骨层支架在制备过程中的渗入，以及复合支架植入后血液从陶瓷骨支架向水凝胶软骨支架的有限渗透。

含陶瓷成分的水凝胶支架2为生物陶瓷与水凝胶的混合体，能够促使复合支架植入后钙化软骨层组织的形成，起到具有类似自然骨与软骨之间的钙化软骨层的作用，阻挡血管从陶瓷骨支架向水凝胶软骨支架的侵入，促使复合支架植入后软骨的形成。

水凝胶软骨支架3为具有生物相容性的聚乙二醇双丙烯酸酯固化形成，具有与植入部位相匹配的曲面结构，便于复合支架植入后与自然关节表面的匹配，为细胞的贴附及组织的生长提供一个良好的环境。