[发明专利]用于3D打印的陶瓷基可降解人工骨生物材料

说明书

技术领域

本发明涉及医用人工骨生物材料，特别是一种用于3D打印的陶瓷基可降解人工骨 生物材料。

背景技术

健康生存是人类发展的第一要务。医疗健康，已成为关系国家强盛、高新产业发展 和人民福祉的伟大事业。当前，硬组织骨骼移植物的极度短缺导致大量病人致残甚至死亡。 因此，迫切需要发展具有在材料成分、显微结构和几何外形上具有仿生特征的可吸收人造 骨骼支架，这已成为大段骨替换的金标准。高科技资源与风险资本、优势人才团队以及先进 管理制度的协同融合，将为人造骨骼这一日不落产业创造巨大的社会效益与经济效益。

医用人工骨生物材料的市场背景是骨损伤的治疗在中国有着巨大需求，目前有 757万肢残患者和每年新增的300万骨损伤患者都需要大量骨修复材料。目前临床上所使用 的人工骨替代材料，大多以金属、或高分子材料制成，这些材料在生物相容性、生物活性、生 物可降解性等方面都有各自不可弥补的缺点。

仿生人工骨是指用人工材料制造的人骨替代品或者骨折固定材料。仿生人工骨是 传统骨损伤修复材料的替代品，它具有良好的机械强度和生理活性，能极大地减轻患者痛 苦，市场潜力巨大。国内市场每年的交易额大约300亿元，大多为国外跨国公司的产品，由于 价格昂贵，我国大多数病人难以承受。虽然我国有同类产品，由于基础工业的原因，原材料 加工、生产工艺技术及质量控制等方面存在差异，产品性能往往不能稳定，结构跟人骨差异 大且存在各种各样的缺陷，临床应用效果不佳，常常因为质量问题引起医疗纠纷。因此，中 国市场上迫切希望有更接近人骨结构，质量稳定、价格合理的医用人工骨生物材料，为广大 患者解决燃眉之急。

2012年中国医疗器械行业市场规模1565亿人民币，2000年-2012年复合增长率约 为21.86％。Frost&Sullivian预测，到2015年，中国医疗器械市场将达到537亿美元。在这其 中，骨科及植入性医疗器械展总医疗器械市场各类产品的13％。医疗器械的迅速增长，为生 物医用材料带来巨大发展空间。2010年我国生物材料市场销售额已近100亿美元，复合增长 率为30％，保守估计2015年和2020年年销售额可分别达到370亿美元和1355亿美元，十年内 成为世界第二大生物医用材料市场。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于3D打印的陶瓷基可降解人工骨生物材料。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

一种用于3D打印的陶瓷基可降解人工骨生物材料，其特征在于，制备的该材料由 成骨诱导因子、磷酸三钙、生物陶瓷和聚乳酸按重量百分比复合而成，其中：

对于10-20岁年龄段，该材料重量百分比配方为：成骨诱导因子：5％，磷酸三钙： 15％，生物陶瓷：15％，聚乳酸：65％；

对于20-45岁年龄段，该材料重量百分比配方为：成骨诱导因子：5％，磷酸三钙： 20％，生物陶瓷：25％，聚乳酸：50％；

对于45-95岁年龄段，该材料重量百分比配方为：成骨诱导因子：5％，磷酸三钙： 30％，生物陶瓷：35％，聚乳酸：30％。

根据本发明，所述的成骨诱导因子选择骨形态发生蛋白，所述的生物陶瓷选择羟 基磷灰石。

上述用于3D打印的陶瓷基可降解人工骨生物材料的制备方法，其特征在于，该方 法采用无丝打印，将生物陶瓷和磷酸三钙粉碎并均匀混合，另外将聚乳酸和成骨诱导因子 采用液态罐装，通过打印机的真空导管吸入粉剂进入打印机，和液态罐装的聚乳酸PLA和成 骨诱导因子BMP充分混合形成聚合物，通过喷头打印完成复杂人工骨生物材料模型。

本发明的用于3D打印的陶瓷基可降解人工骨生物材料及其制备方法，创新优势如 下：

1、材料成分、形貌可控制造：合成的磷酸钙生物陶瓷为纳米晶粒，具有针状形态， 与真实骨粉的针状形貌相似，有利于细胞附着生长；

2、连通孔可控制造：独创的多孔生物陶瓷支架制造方法，具有孔通性好、孔径可 调、孔内连接径大和力学性能高等优点；

3、复杂几何外形可控制造：基于三维造型与增材制造技术，满足个性化定制快速 制造；

4、自连接装配结构组合制造：定制螺纹打印技术，实现大段骨自连接，保证连接强 度、节省手术空间，同时减少内固定材料使用；