[发明专利]一种骨修复支架及其制备方法

说明书

本发明公开了一种骨修复支架及其制备方法，所述的骨修复支架以锡掺杂磷酸钙为主要原料，采用3D打印成型，其中锡的掺杂量为1‑5wt％。利用掺杂锡来提高现有β‑TCP支架的力学性能，制备出具有良好生物相容性的锡掺杂β‑TCP支架，且锡的掺杂提高了支架诱导骨髓间充质干细胞增殖分化的能力，有助于其在骨缺损修复中的应用。

技术领域

本发明属于医用材料制备技术领域，具体涉及一种骨修复支架及其制备方法。

背景技术

3D打印(three dimension printing，3DP)又称增材制造(additivemanufacturing)，在室温或体温条件下进行，可以快速、精确的制备材料，缩短产品的研发时间和节约生产成本，是制备人工器官或替代材料很好的选择。目前，3D打印在骨组织工程方面常用的材料有生物陶瓷支架材料例如羟基磷灰石(HA)、磷酸三钙 (TCP)、硅酸钙(CaSiO₃)等以及它们和有机高分子的复合支架。

磷酸三钙(TCP)，分子式为Ca₃(PO₄)₂，与自然骨具有相似的成分，具有很好的生物相容性、生物降解性和骨诱导性，β-TCP植入骨组织中能够与骨直接融合，不会发生排斥，炎症以及毒副作用，同时能够促进新骨组织的再生。当β-TCP材料进入机体之后，体液可以进入β-TCP材料的孔隙中，使其晶粒溶解，同时在体液的侵蚀下，β-TCP材料会释放出生物活性Ca²⁺和PO₄^3-，这些离子可与体液进行离子交换，因而β-TCP材料的比表面积、结晶度以及体液的pH值会对其降解速率起到关键的作用。另外，机体内的巨噬细胞以及破骨细胞会对β-TCP材料进行吞噬，也会造成材料的降解。由于β-TCP的弯曲强度以及断裂韧性强，但是自身呈弱碱性，机械性能差，铸造成型性差，低于人体皮质骨的机械性能，所以一般不单独将其作为骨修复材料，需要与其他物质复合来改善其机械性能。目前，将β-TCP陶瓷材料与其他强度较好的材料进行复合，制备成双相和多相的复合材料是提高其力学强度、调控降解速率、增加生物活性的有效方法。

锡是人体生命活动必需的微量元素之一。它对人体进行各种生理活动和维护人体健康有重要影响。锡及其化合物在人体组织中的吸收和积累很差，主要通过肾脏快速排出，因此生物相容性良好。有研究发现锡可提高合金材料的铸造性和耐腐蚀性。在骨修复及生物材料方面，关于锡的报道很少，还有待于进一步的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种骨修复支架及其制备方法，通过3D打印技术制备掺杂锡的磷酸钙骨修复支架。锡的掺杂可提高磷酸钙支架的力学性能及诱导骨髓间充质干细胞成骨分化的能力，具有良好的生物相容性，有助于其在骨缺损修复中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种骨修复支架，以锡掺杂磷酸钙为主要原料，采用3D打印成型，其中锡的掺杂量为1-5wt％。

制备方法包括以下步骤：

(1)设计支架结构：圆柱形，底面积8mm，高4mm；Simplify3D软件参数设定为：打印速度为4mm/s，填充率为40％；

(2)打印墨水的制备：将β-TCP粉末过200目筛，与锡粉混合均匀，得金属锡含量为1-5％的Sn@β-TCP混合粉末；按质量比为1:1加入冷冻切片包埋剂，混合搅拌10min，得到打印墨水；

(3)将打印墨水通过挤出式3D打印机打印成支架后，室温干燥48h，放入马弗炉进行高温烧结，得到所述的骨修复支架。

所述的冷冻切片包埋剂为聚乙二醇和聚乙烯醇的水溶液。

高温烧结为加热速度10℃/min，温度上升至700-1100℃保温3h。