[发明专利]一种有规则孔分布的高强度生物玻璃骨支架的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种有规则孔分布的高强度生物玻璃骨支架的制备方法。

背景技术

支架作为一种为细胞的生长临时搭建一个结构，是能诱导细胞分化再生出与支架形状的相似的组织器官的场所，在骨组织工程中有着重要的作用。骨组织最大的特点是细胞间质具有大量的钙盐沉积形成人体中最硬的组织之一，结构上羟基磷灰石可看作受压材料。对于骨组织工程中的支架材料来说，首要要求的就是力学性能，即支架的力学性能必须与环境组织的力学性能相匹配：强度低的支架不足以支撑人体的日常活动需求。目前制备支架的方法主要有有机泡沫浸渍法、造孔剂法、气体发泡法和热诱发相分离法等，例如在中国发明专利, CN 101050053 B中，介绍了有机泡沫浸渍法制备的骨支架,。这些方法均是试图借助材料组织本身来搭建支架结构的，而且由这些传统方法得到的支架强度普遍偏低，承重能力无法与真正的骨相匹配。另一方面支架材料要求其必须能够促进组织的再生，而组织再生的能力会受材料表面的性状与细胞的相互作用，和支架的物质传导作用的影响。

在近些年来一种新型骨组织材料受到越来越多的关注，它就是硼酸盐生物玻璃。它具有很好的生物活性，在生物玻璃、软组织和骨之间存在着密切的离子交换，从而导致材料界面与人体骨组织之间形成化学键合，表面能够生成具有生物活性的羟基磷灰石层，随着时间的延长可以完全降解。但是，由于传统制备方法得到的支架强度问题，生物玻璃支架难以作为承重部位的植入材料应用。

建立在已有的一种可控降解性能的玻璃支架制备的基础（中国发明专利, CN 101050053 B和中国发明专利, CN 101125218 B）上，本专利申请描述了一种有规则孔分布的生物玻璃高强度骨支架及其制备方法，与之前的工艺方法相比，本专利制备出的支架强度提高一个数量级，且具有孔分布规则、连通的特点。在本专利中规定了硼酸盐生物玻璃支架的组成；三维打印技术的具体实现方法；打印浆料的制备方法；对支架进行了细胞实验和动物实验。结果表明这种硼酸盐玻璃支架在烧结过程中不析晶，仍保持原有的玻璃相物态，具有良好的加工性能；由于具有均匀的孔分布，坯体烧结时各方向收缩程度一致，因此不会改变孔结构；与传统方法相比该支架抗压强度大大提高；此外，通过细胞实验和动物实验证实了这种方法制备的骨组织工程支架有良好的生物相容、降解性和刺激骨细胞生长的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有规则孔分布的高强度生物玻璃骨支架的制备方法，解决浆料不能适应快速成形的问题，和传统方法制备的支架的生物活性不够高，或者抗压强度不够高的缺点。

本发明提出的有规则孔分布的高强度生物玻璃骨支架的制备方法，利用三维打印技术将特制的硼酸盐生物玻璃浆料打印（挤出）堆积成支架前驱体（蜂窝状坯体），最后烧结成具有规则孔结构的高强度生物玻璃支架。这种支架不仅在生理模拟液中可以逐渐被降解，有良好的生物相容性和生物活性，对成骨有刺激作用；而且有较高的机械性能，在临床上对节段性骨修复有潜在的应用。具体步骤如下：

（1）玻璃粉料的制备

用于支架制备的生物玻璃是以硼酸盐为主体的硼硅酸盐体系玻璃，生物玻璃粉料的组成为：以B₂O₃ 或P₂O₅为玻璃网络主体或兼含SiO₂的含钙玻璃，总摩尔比为30-90 mol%，玻璃的网络外体含有CaO，并还含有Na₂O、K₂O碱金属氧化物以及MgO，SrO碱土金属氧化物或稀土金属氧化物；网络外体离子氧化物的总摩尔比例占玻璃组成总摩尔量为5-80mol%，其中碱土金属氧化物的摩尔含量占总摩尔量为5-60mol%；根据上述玻璃的组成与配比，取与金属氧化物相应的氧化物、氯化物、碳酸盐、硫酸盐和磷酸盐的工业原料作为玻璃配合料，混合均匀，在1000-1400℃下熔融玻璃并保温0.5-8小时；随后淬冷得到玻璃块。将所得玻璃块依次经横式球磨机粗碎、行星球磨机细碎或气流粉碎机细碎，并筛分得到最终粒径为0.05-50μm的玻璃粉料；

（2）丙二醇嵌段聚醚有机调和液的制备