[发明专利]一种新型BT/HA双相压电生物陶瓷骨组织工程修复体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型BT/HA双相压电生物陶瓷骨组织工程修复体及其制备方法。该方法包括以：分别配制BT和HA浆料；设计一个将两个打印料筒连接起来的连通装置；用可以多料筒同时打印的熔融挤出式3D打印机(FDM)来打印压电生物陶瓷骨组织工程支架；打印后的支架晾干，在空气氛围下高温烧结得到压电生物陶瓷支架。本发明的有益效果如下：1、通过运用连通装置将装有不同浆料的两个料筒连接起来，这样保证了3D打印机挤出的同一根纤维有连续的两相，与传统的单料筒挤出打印相比，创造出新型的双组分材料的复合方式，使得所构建的支架有新的结构；2、通过调节两种浆料的粘度可以自由调节HA/BT的含量，而不破坏压电相的连续性。

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体涉及一种新型BT/HA双相压电生物陶瓷骨组织工程修复体及其制备方法。

背景技术

人体骨组织是一种特殊的“压电材料”。骨组织的压电效应与压电材料的压电效应大体一致，但激发方式不同。压电材料是通过受到压力产生形变后使材料电轴发生偏转，从而产生电荷。而骨组织是通过各种有机成分的相互作用、相互反应使得骨组织的电轴发生偏转，从而产生压电效应。既往研究结果认为，负电能够促进成骨细胞的增殖、分化，钙盐沉积加速并且促进骨的愈合。

研发具有人骨特性的骨替代材料一直是骨组织工程领域研究的热点。然而，目前研究人员一直集中于材料的“成分”仿真，对骨的压电特性研究尚且不足。将BaTiO₃压电材料引入磷酸钙生物陶瓷材料中，可以赋予骨植体和天然骨类似的生物电活性，同时提高磷酸钙生物陶瓷的机械性能。这对于临床骨修复具有重要意义(TANG Y,WU C,WU Z,etal.Fabrication and in vitro biological properties of piezoelectricbioceramics for bone regeneration[J].Scientific Reports,2017,7)。然而，目前生物电活性与天然骨相匹配的BaTiO₃/磷酸钙复合材料中不可降解的压电相含量高达80-90％，这是由于磷酸钙的密度较低，相同质量的生物陶瓷与压电陶瓷的体积差异悬殊，当非压电相成分所占比例20％，压电陶瓷粉体颗粒完全被生物陶瓷分散，破坏了BaTiO₃相的电磁路连通性，材料失去压电性(DUBEY A K,BASU B,BALANI K,et al.Dielectric andPyroelectric Properties of HAp-BaTiO3 Composites[J].Ferroelectrics,2011,423(63-76.)。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种新型BT/HA双相压电生物陶瓷骨组织工程修复体及其制备方法。

本发明提供了一种新型BT/HA双相压电生物陶瓷骨组织工程修复体的制备方法。通过运用自主设计的连接装置将装有不同浆料的两个料筒连接起来，运用(FDM)挤出式3D打印机构建一种双组分双连续相结构的骨组织工程支架。这种特殊的双组分双连续相结构有效的保证了复合材料中钛酸钡相的连续性，使复合材料在具有与人体匹配的压电特性的同时大大减少了不可降解的压电相钛酸钡的含量，如图3所示。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的新型BT/HA双相压电生物陶瓷骨组织工程修复体的制备方法，包括如下步骤：

(1)将压电相浆料、生物活性相浆料分别装入两个打印机料筒中，超声处理，静置，然后将压电相浆料和生物活性相浆料连通至同一个3D打印针头处，进行3D打印，得到修复体；

(2)将步骤(1)所述修复体晾干，然后升温进行高温烧结处理，得到所述新型BT/HA双相压电生物陶瓷骨组织工程修复体。

进一步地，步骤(1)所述压电相浆料的制备，包括：

将增稠剂、压电相材料加入水中，混合均匀，得到所述压电相浆料。