[发明专利]一种3D打印制备可降解均一性多功能生物仿生支架的方法

说明书

本发明提供一种制备用于骨修复的无机掺杂材料的方法，包括：将聚酯和多羧基化合物以固相混合均匀后加入以循环方式混合物料的双螺杆挤出机，其中多羧基化合物和聚酯的摩尔比为0.1‑20，控制物料温度在50～150℃，在1～100KPa的真空条件下持续挤压物料5～200min，得到末端被羧基化修饰的聚酯；再向双螺杆挤出机中加入无机骨诱导材料颗粒，无机骨诱导材料添加量为聚酯重量的1‑30％，控制物料温度在50～150℃，在真空条件下持续挤压物料5～200min，最终得到可用于骨修复的无机掺杂材料。本发明还提供一种用所述无机掺杂材料3D打印制备骨修复仿生支架的方法。本发明的方法在无溶剂条件下实现了无机材料纳米尺度的均匀分散，工艺简单，生产成本低，无三废产生，绿色环保，适合工业化、连续化生产。

技术领域

本发明涉及生物医用材料领域，具体涉及一种3D打印制备均一性仿生支架的方法。

背景技术

可降解生物材料如聚乳酸(PLA)、聚丙交酯乙交酯(PLGA)等具有良好的生物相容性，在组织或器官修复方面展现了巨大优势。在骨组织修复中，为了加快骨再生速度，常常会引入羟基磷灰石(HA)、β-磷酸三钙(TCP)等无机成分。通常的技术手段是在有溶剂或者无溶剂下直接进行物理共混，但是无机材料在高分子材料中不能达到均匀分散，会导致成骨速度慢、骨密度偏低、新骨畸形等缺点。

无机掺杂生物医用材料支架可以通过多种方法制备。最常用的方法是复合材料溶液中加入致孔剂如氯化钠后自然干燥或冷冻干燥，有时会伴随相分离产生额外的空隙。不足之处是孔的贯通性较差，会影响细胞的迁移、分化，进而影响体内修复效果。作为改进的方法，采用3D打印成型可以很好地获得具有明确开放结构的支架，如溶液低温层堆积成型(如专利文献CN 102824657A中公开的使用TissForm低温快速成型仪3D打印骨修复材料溶液，可以形成相互贯通的三维孔洞结构)。

Zhang Jian等在Advanced materials 2017,29中公开了一种离子类胶束浇筑法获得均匀支架的方法，首先将聚(乳酸-co-羟基乙酸)(PLGA)的端基在催化剂存在情况下利用丁二酸酐进行羧基化修饰，在1,4-二氧六环溶液中与纳米级羟基磷灰石(HA)自组装成均匀稳定的离子类胶束前体，而后加入氯化钠致孔剂并经过冷冻干燥获得均一化材料支架，表现出了良好的体内骨缺损修复效果，如修复速度快、骨密度高、新骨规则等。

但是上述无机掺杂生物医用材料端基只引入一个羧基基团，和无机材料的键合强度低，而且使用了有机化学溶剂，不但制备效率低，量产困难，环保上压力大；而且成型设备费用昂贵也是需要重点考虑的问题。因此从产业化角度需要寻找更经济、更高效、更环保的替代方案。

本发明旨在实现无机材料在基体聚合中的均匀分散和以化学键形式和基体材料高强度结合，同时希望赋予支架多功能化。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种工艺简单，不需要使用有机溶剂、无污染、成本低制备均一性仿生支架的方法，不但能够显著改善仿生支架的性能，而且可以显著提高制备方法的工业应用价值。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

首先，提供一种制备用于骨修复的无机掺杂材料的方法，包括：先将有良好生物相容性的聚酯和多羧基化合物在无溶剂条件下发生酯化反应，得到末端被羧基化修饰的聚酯；再用无机骨诱导材料的钙离子与修饰后的聚酯的羧基在无溶剂条件下发生交联，得到分散性良好且无机材料键合强度高的无机掺杂材料。

本发明所述的方法具体包括以下步骤：

1)将生物相容性聚酯和多羧基化合物以固相混合均匀后加入以循环方式混合物料的双螺杆挤出机，其中多羧基化合物和聚酯的摩尔比为0.1-20，控制物料温度在50～150℃，在1～100KPa的真空条件下持续挤压物料5～200min，得到末端被羧基化修饰的聚酯；