[发明专利]一种复合脱钙骨基质的3D打印多孔金属支架及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医学材料领域，涉及一种复合脱钙骨基质的3D打印多孔金属支架及其制备方法，具体涉及一种复合了脱钙骨基质三维微支架的多孔钛合金支架及其制备方法。

背景技术

临床上骨缺损的移植材料主要有自体骨及异体骨。自体骨移植虽然排斥反应较小且细胞张入较快，但容易受到取材部位的影响造成其取骨量较少且易对个体产生创伤。异体骨移植往往存在生物相容性、移植物感染、过敏等因素的制约。近些年涌现出的各种生物材料，如聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)，磷酸钙(TCP)等等，虽然具有良好的生物相容性和降解性能，却存在着制备物强度不足，降解时间与机体需求难以匹配等诸多问题。

脱钙骨基质是将同种异体骨脱脂脱钙后制成的生物材料，其失去了大部分的钙盐而强度较软，但保留了主要的空间结构及一定生物活性。它在临床上常作为植骨融合材料而大规模应用，具有诱导骨张入、骨传导、生物降解等特性。脱钙骨基质在制备过程中脱去了一定表面抗原，故而其临床植入后免疫排斥反应较小，有很好的生物相容性。

3D打印的出现可以充分利用钛合金的强度及可塑性，通过CT等扫描数据的处理，由计算机设计构建，可以将钛合金打印成符合需求的个性化多孔连通复杂结构。不仅给骨长入提供了空间，也因为多孔结构降低了钛合金的弹性模量，实现了与正常骨组织弹性模量的匹配，且不必担心降解时间与机体需求的不匹配，成为了3D打印在骨科发展的重要方向。

目前市场上的3D打印多孔钛合金支架本身内部孔洞直径约300-1500μm，较为空旷而不利于体积相对较小的细胞抓附，大部分只能贴壁在二维空间内生长，无法实现三维立体微环境中的细胞培养。虽然已有研究将多孔钛孔洞内表面进行二维层次的活性化改造，例如给予表面酸碱处理、表面等离子喷涂涂层、表面负载生长因子等，但仍很难实现细胞在三维层次的攀附、生长及基质的分泌和填充。所以，若能在多孔钛的每一个孔洞中，搭建一个仿生三维微支架，将给细胞的增殖、分化提供一个良好的环境。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种复合脱钙骨基质的3D打印多孔金属支架。该复合脱钙骨基质的3D打印多孔金属支架既拥有钛合金支架的强度同时又具有脱钙骨基质的生物活性，为修复支撑骨缺损提供了一种良好的骨缺损修复材料。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种复合脱钙骨基质的3D打印多孔金属支架，所述复合脱钙骨基质的3D打印多孔金属支架由多孔钛合金支架和位于所述多孔钛合金支架内部由脱钙骨基质构成的三维微支架组成。所述复合脱钙骨基质的3D打印多孔金属支架的平均孔洞直径约100-400μm。

现有技术中可用于制备多孔钛合金支架的技术包括选择性激光烧结技术(SLS)、选择性激光熔融技术(SLM)、电子束熔融技术(EBM)，上述技术制备的钛合金支架孔径为100μm-2000μm，弹性模量小于10GPa。制备多孔钛合金支架的技术还包括本发明使用的3D打印技术。3D打印的出现可以充分利用钛合金的强度及可塑性，通过CT等扫描数据的处理，由计算机设计构建，可以将钛合金打印成符合需求的个性化多孔连通复杂结构。不仅给骨长入提供了空间，也因为多孔结构降低了钛合金的弹性模量，实现了与正常骨组织弹性模量的匹配。

进一步，本发明使用的多孔钛合金支架是通过下列步骤制备而成：将CT图像导入Mimics或CAD等三维图像软件，得到目标骨组织的三维图像，平均孔柱为100-1000μm、孔径为300-3000μm，以正六面体、正十二面体结构单位充填、扩展该图像，得到个性化的多孔连通三维数字模型。而后采用EOS M280金属材料3D打印机，以钛合金(Ti-6Al-4V)为原料，依据设计模型打印多孔钛支架。

优选地，目标骨组织的三维图像平均孔柱为300μm、孔径为1000μm。

在本发明具体的实施方案中，所述复合脱钙骨基质的3D打印多孔金属支架的制备方法如下：将所述脱钙骨基质制备成颗粒后加入到聚乙烯醇溶液中形成混凝液，使脱钙骨基质颗粒可以在混凝液中稳定悬浮存在，而后将所述混凝液灌入所述多孔钛合金支架中。制备混凝液的聚乙烯醇溶液也可用胶原凝胶代替。

优选地，所述混凝液中脱钙骨基质颗粒的大小为200-600μm。

本发明还提供了上述复合多孔钛合金的制备方法，所述制备方法包括下列步骤：

(1)制备多孔钛合金支架；

(2)制备脱钙骨基质；

(3)将步骤(2)获得的脱钙骨基质注入步骤(1)获得的多孔钛合金支架中；