[发明专利]复合支架材料制备方法及其制品和应用方法

说明书

本发明公开了一种复合支架材料制备方法及其制品和应用方法，将丝素蛋白粉末与聚乙烯醇粉末、蒸馏水混合，利用反复冷冻多次后再与羟基磷灰石粉末充分混合，然后进行冷冻干燥。本发明的制备方法的工艺步骤简易，操作方便，合理配合冷冻干燥物理方法进行制备，改善了单一材了脆性大等力学问题，并对复合支架材料的二级构象进行了改变，提高了复合支架材料的力学性能及水溶液稳定性能等问题，并且整个过程不需添加任何化学试剂，无毒副作用；且该复合支架材料的成形精度高，力学性能良好，降解速率可控，药物缓释速率稳定，所制得的三维多孔结构支架的孔隙贯通度良好，适用于载药组织工程骨支架材料对孔径结构的要求，利于大范围推广。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种复合支架材料制备方法及其复合支架材料制品和应用方法。

背景技术

利用载药组织工程骨支架对骨结核患者进行骨结核病治疗兼具骨缺损修复具有重要的意义。应用适当的方法将药物搭载于支架上并植入体内特定部位，通过支架与药物的相互作用控制药物定量且匀速地释放。而载药缓释复合材料对支架的力学性能、生物相容性、降解性能以及对药物的控释能力有着至关重要的作用。为使载药组织工程骨支架能够满足骨缺损处所需的拓扑结构，有效调控细胞行为，促进组织再生，有效发挥药物缓释功能，要求生物复合材料的制备及调控结构的方法应尽量温和有效，避免毒性有机溶剂的使用，确保生物复合材料的生物相容性及加载药物的活性，从而有效控制支架材料的降解速率及药物缓释速率。

体内的骨基质主要由无机成分及有机成分构成，而羟基磷灰石粉末作为无机成分中的主要组成，具有良好的生物相容性和骨传导性，可为骨缺损修复提供一定的硬度和支撑作用，在体内生理环境中刺激和诱导新骨组织体内的骨基质的生长，同时材料本身可逐渐降解，最终被新骨组织吸收替代，从而达到修复骨缺损的目的。目前，将羟基磷灰石粉末作为载药组织工程骨支架的基体材料，已广泛应用于各类骨缺损修复等矫形外科领域。但是，单一组分的羟基磷灰石粉末材料脆性大、韧性差，无法满足修复时所需的力学强度，并且作为骨结核缓释载药系统，单一材料的载药组织工程骨支架仍欠缺对药物缓释的可控性，达不到治疗骨结核兼具修复骨缺损的理想效果，极大程度限制了羟基磷灰石粉末作为骨结核治疗及骨缺损修复材料的应用。

体内骨基质中有机成分的主要成分为胶原纤维，呈弹性网状结构，可为骨骼提供支撑和张力。丝素蛋白(SF)源于蚕丝脱胶而得的纤维状蛋白质。目前，丝素蛋白作为替代胶原纤维的最佳有机基质，具有优异的生物相容性、弹性回复率，良好的生物降解可调性，丝素蛋白分子链中的极性基团可与无机材料羟基磷灰石粉末复合，有助于提高羟基磷灰石粉末的韧性。同时，丝素蛋白具有大的比表面积，能够以丝素蛋白薄膜或凝胶形式作为药物缓释载体，表现出良好的药物控释性能。因此，丝素蛋白可作为药物载体材料应用于载药组织工程骨支架中。

聚乙烯醇(PVA)为类似天然软骨组织的多孔结构亲水性物质，常作为无毒副作用的生物胶水用于支架复合材料的粘结，具有优异的润滑性、生物相容性及弹性模量，且材料本身弹性高、易于成型，与天然骨关节的吸收和渗出体液的力学性能相近，广泛应用于软骨组织工程、细胞载体、药物控释系统等生物医学领域中。因此，将丝素蛋白与聚乙烯醇混合制备成复合水凝胶，再与羟基磷灰石粉末复合形成载药组织工程骨支架的复合材料。

为使载药组织工程骨支架发挥最优的力学性能、生物性能、载药性能，需针对支架的降解速率、聚合物的相互作用、局部微环境组织反应等问题，集中各材料的优势形成复合生物材料，并对所选各材料的组分进行最优配比，通过调控复合材料的结构来优化复合材料的各个性能。由于丝素蛋白的二级构象可在温度、浓度、离子、pH值、添加交联剂等方式的调控下发生转化，有助于复合材料具有更高的力学特性、更稳定的降解特性及药物缓释特性。因此，上述技术方案通过反复冻融及干燥冷冻的方式来优化材料的组成成分及内部构像，有效避免了有机溶剂的使用。并采用生物3D打印的方式制备出了整体成形精度较高、孔径贯通性良好的载药组织工程骨支架，使其充分发挥复合材料的各个性能，达到提高载药支架匀速生物降解及稳定释药的目的。

发明内容