[发明专利]一种复合人工骨氧化锆生物陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及采用复合氧化锆生物陶瓷的人工骨支架制备装置，所述制备装置至少包括螺杆挤压筒、三维打印喷头和中央处理模块，所述制备装置还包括用于与所述中央处理模块相接以辅助所述制备装置调控所述三维打印喷头的制件状态与制动状态的活动杆，其中，所述活动杆被配置为在所述中央处理模块接收到由制件状态转换为制动状态的指示信息而控制位于所述螺杆挤压筒内且包覆于陶瓷基体中的所述螺杆暂停送料运作时通过均设于其杆体上的至少一个区段之间的响应性差异将陶瓷浆料限制于所述三维打印喷头中。

技术领域

本发明涉及医用人工骨支架制备的技术领域，尤其涉及一种复合人工骨氧化锆生物陶瓷及其制备方法。

背景技术

在骨科领域，由于严重创伤、骨肿瘤、骨髓炎等多种原因所致的骨缺损十分常见。目前常用的骨修复材料包括自体骨和金属假体。自体骨增加了患者的创伤和痛苦；金属假体存在松动、断裂等问题。人工骨通常是指可以替代人体骨或者修复骨组织缺损的人工生物材料。当需替换关节或治疗骨断裂时，最理想的方式是通过组织再生功能实现骨的自身修复。然而在许多情形下，人体骨并不能实现自身修复，例如骨组织坏死，骨关节创伤，这时就需要人工骨的帮助。作为骨组织体外培养的重要载体，人工骨支架为种子细胞的黏附和增殖提供生存空间，为细胞获取营养和新陈代谢提供通道，在成骨阶段为组织提供必要的力学支撑。因此，支架的微观孔结构、力学性能、生物活性及降解速度都对骨组织的构建产生重要的影响。特别是支架的微观孔结构对种子细胞的成骨阶段起着决定性作用。支架的微观孔结构主要指孔径大小、孔隙率、孔间连通性、孔分布的均匀性、连通孔道的扭曲度和支架的比表面积。支架具有较高的孔隙率和比表面积，利于种子细胞黏附生长，细胞外基质沉积，营养和氧气进入，代谢产物排出，也有利于血管和神经长入。限制骨组织顺利长入孔洞内的“瓶颈”不是孔径大小，而是孔间连通的程度和孔间通道的大小。

连通性是支架内部微观孔相互贯通情况的描述量。骨组织工程要求支架孔隙间必须相互连通，并具有一定的孔道断面尺寸。良好的孔道连通性有利于骨组织和血管组织的长入，便于营养物质的输送和细胞代谢产物的排泄，保证骨组织的传导作用。在骨支架的微观孔结构模型中，如果某一椭球体不与任何椭球体或边界相交，则在支架内部形成不通孔，该孔不具有任何仿生功能。如果某一椭球体只与另一椭球体或边界相交，则在支架内部形成单通孔。如果某一椭球体与两个以上的椭球体或边界相交，则在支架内部形成多通孔。单通孔对骨组织的传导作用很小，而且组织液在内部产生湍流，不利于营养物质的输送和代谢产物的排泄。多通孔对骨组织的传导作用较大，有利于营养物质的输送和代谢产物的排泄。因此，在保证人工骨的承载功能满足要求的前提下，人工骨需要制成多孔结构，具有一定的连通性，从而促进人工骨体内生物相容性，保证骨细胞和营养液物质在支架内的传输。

复合人工骨是一种使用复合材料制成的人工骨，基本原理是：将具有骨传导能力的材料与具有骨诱导能力的物质如骨生长因子、骨髓组织等复合制备成复合人工骨，使它们既具有骨传导作用，又具有骨诱导作用。近年来复合人工骨的基础研究以及临床使用热点主要集中在以下几类：羟基磷灰石、珊瑚热转换羟基磷灰石、β-磷酸三钙、磷酸钙水泥和硫酸钙等，这些材料来源丰富、储存和使用方便、具有良好的生物相容性和避免传播疾病的优点，但是根据临床上不同疾病对植骨材料的性能要求不同，均存在一定的缺点和不足。

例如：羟基磷灰石人工骨和磷酸钙水泥材料，虽然具有优良的生物相容性，但是由于材料的致密化结构和溶解度较低，使得二者在机体内的降解与新骨替代都无法实现。而多孔的β-磷酸三钙材料作为磷酸钙类生物降解性能最好的材料，虽能够实现新骨的长入或替代，但由于材料本身所具备的多孔结构，又使得这种材料的力学性能大大降低，同时还存在固化性能、塑型性以及可操作性能差的问题。因此，比较理想的复合人工骨材料应该具备的性能是：成骨活性与生物相容性优良，新骨长入速度与材料降解速度一致，并具有一定的力学强度和临床可操作性。