[发明专利]一种仿生非均一结构生物玻璃支架及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学人工骨修复材料制备技术领域，具体涉及一种仿生非均一结构生物玻璃支架及其制备方法。

背景技术

骨缺损修复材料是临床需求量最大的生物医用材料之一。人口老龄化及工业、交通和体育运动事故造成的创伤骨折、骨组织坏死和骨肿瘤等疾病引起的骨组织缺损病患每年达数百万人，且有日益增多的趋势。骨修复材料市场巨大，寻找更好的骨组织再生修复材料，为患者再造健康，是生物医用材料研究的前沿和热点。

由于生物玻璃具有生物活性、生物相容性和生物降解等特点，在组织工程支架材料、骨科、牙科、中耳、癌症治疗和药物载体等方面的应用前景可观，将生物玻璃植入人体骨缺损部位，它能与骨组织直接结合，起到修复骨组织、恢复其功能的作用。

虽然生物玻璃是一种良好的生物活性材料，能够释放出Ca、P、Si等离子，激活骨修复细胞通路，但三维连通结构的缺乏致使其细胞黏附增殖困难，且不利于营养及代谢产物排出，也不利于血管和神经的长入。应用传统方法制作骨组织工程支架虽然取得一定成就，但传统的致孔剂法、电纺丝法以及微球烧结法等制备方法不能准确控制支架内部微孔的分布、空间走向等，且很难制造出与骨骼相匹配的外形轮廓。为此，许多学者将3D打印技术引入骨支架的制备。近几年3D打印的引入解决了连通三维结构的问题，但是打印的支架材料多为均一孔，与人体骨骼外密内疏结构相差甚远；另外，过大孔径会影响材料的力学性能且不利于细胞的黏附迁移，而过小孔径不利于细胞的增殖和血管长入。

发明内容

本发明的目的在于克服现有生物玻璃支架结构上存在的不足，提供一种仿生非均一结构生物玻璃支架。该生物玻璃支架具有三维连通的网状梯度结构，具有良好的力学强度、生物相容性和生物活性，同时能生物降解。

本发明的目的还在于提供所述的一种仿生非均一结构生物玻璃支架的制备方法。该方法制备过程简单，孔隙率、孔径分布和结构均容易调控，能实现规模化生产。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种仿生非均一结构生物玻璃支架的制备方法，包括如下步骤：

（1）仿生非均一结构的构建

用Solid works软件或CAD软件构建三维的同心圆柱模型，然后将三维的同心圆柱模型导入3D-bioplotter软件及Visual machine软件中，分别进行三维打印的分层和内部结构设计；

（2）仿生非均一结构生物玻璃支架的制备

将生物玻璃粉末分散到含有增稠剂和分散剂的溶剂中，在常温下搅拌成均匀桨料；以得到的均匀浆料作为三维打印桨料，在常温下按步骤（1）构建的仿生非均一结构进行三维打印，干燥，室温放置，得到所述仿生非均一结构生物玻璃支架。

进一步地，步骤（1）中，所述同心圆柱模型中，圆柱体的外径与内径的比值为1<d_外/d_内<4。

进一步地，步骤（1）中，所述三维打印的分层和内部结构设计参数为：采用410um的针头，层间距为0.32mm，外圆柱体的纤维间距为0.8mm，内圆柱体的纤维间距为1mm，纤维走向均为x轴0°、y轴90°。

打印过程中，由于三维打印机本身误差以及加工不可避免的误差，设置的三维打印参数与打印得到的仿生非均一结构生物玻璃支架将存在误差，通过参数的工艺参数的优化设置，有利于减小误差，提供支架的精度和质量。

进一步地，步骤（2）中，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素，且含量为生物玻璃粉末质量的1%-3%wt。

进一步地，步骤（2）中，所述分散剂为聚丙烯酸胺，且含量为生物玻璃粉末质量的1%-2%wt。

进一步地，步骤（2）中，所述溶剂为水/甘油/乙醇三体系溶剂，其中，水/甘油的质量比为2~4，水-甘油/乙醇的体积比为1~4。

进一步地，步骤（2）中，所述室温放置的时间为7~10天。

由上述任一项所述的制备方法制得的一种仿生非均一结构生物玻璃支架。

进一步地，所述的仿生非均一结构生物玻璃支架为三维连通的网状梯度同心圆柱体，外圆柱体的直径为10-16mm，内圆柱体的直径为5-11mm；内圆柱体与外圆柱体均呈纤维编织的网状体，其中，外圆柱体的网孔比内圆柱体的网孔密集；制备的支架为13层以上，层与层之间为堆积连接，且单层支架中，厚度为0.28~0.32mm，内圆柱体的纤维间距为400-600um，外圆柱体的纤维间距为200-400um。