[发明专利]一种高强度生物活性玻璃支架及其3D打印方法

说明书

本发明公开了一种高强度生物活性玻璃支架及其3D打印方法，首先，通过混合原料，在熔融条件下制得生物活性玻璃原料，然后再通过球磨过筛后得到生物活性玻璃粉末；随后，再将生物活性玻璃粉末与表面活性剂Pluronic F‑127混合，得到复合浆料；最后，通过挤出式3D打印机构建多孔支架，再在特定温度条件下烧结，得到与皮质骨强度相当的高强度生物活性玻璃支架，且所得支架同时还具有良好的成骨成血管性能，能满足骨组织修复的需求。本发明通过改进生物活性玻璃组成，辅以挤出式3D打印，可得到与皮质骨强度相当的高强度、无结晶多孔生物活性玻璃支架。

技术领域

本发明涉及生物医用材料的技术领域，尤其是指一种高强度、无结晶生物活性玻璃支架及其3D打印方法。

背景技术

随着社会的发展和人口老量化的加剧，人们对骨损伤后能促进自体修复的生物活性材料有巨大的期盼和需求。生物活性玻璃自Hench教授发明以来，由于其良好的体内矿化能力和释放活性离子刺激组织再生的能力，受到了广泛的关注。但是目前的生物活性玻璃制得的多孔支架，其力学性能只能初步满足松质骨的强度需求(2-12MPa)，并不能很好的满足皮质骨的强度需求(100-150MPa)。提高生物活性玻璃的常规手段为提高烧结温度使材料结晶形成微晶玻璃，但是结晶会减缓材料的矿化速度和活性离子释放速度，进而降低材料的生物活性。因为构建一种新型的可无结晶烧结的高强度生物活性玻璃具有广阔的应用前景。

同时由于骨缺损形状的复杂多样，传统加工方法通常难以满足临床缺损填充的需求，增材制造技术(3D打印)发展之后，为个性化定制修复带来了可能。挤出式3D打印作为技术要求较低的一种3D打印形式，在便利、高速地构建多孔生物活性支架方面有着显著优势。

本发明通过改进组分，制备了新型生物活性玻璃，同时结合挤出式3D打印实现了匹配皮质骨强度需求的高强度无结晶多孔支架。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种高强度、无结晶生物活性玻璃支架及其3D打印方法，通过挤出式3D打印方式和烧结处理，所得产物具有良好的力学性能、生物活性，在骨组织工程领域具有广泛的应用前景。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种高强度生物活性玻璃支架的3D打印方法，首先，通过混合原料，在熔融条件下制得生物活性玻璃原料，然后再通过球磨过筛后得到生物活性玻璃粉末；随后，再将生物活性玻璃粉末与表面活性剂Pluronic F-127混合，得到复合浆料；最后，通过挤出式3D打印机构建多孔支架，再在特定温度条件下烧结，得到与皮质骨强度相当的高强度生物活性玻璃支架，且所得支架同时还具有良好的成骨成血管性能，能满足骨组织修复的需求。

进一步，所述的高强度生物活性玻璃支架的3D打印方法，包括以下步骤：

1)将二氧化硅、碳酸钙、磷酸二氢钠、碳酸钾、碳酸钠、氧化镁和硝酸铜按比例充分搅拌后放入刚玉坩埚中，再在升降炉中熔融混合得到熔体玻璃，随后将熔体玻璃倒入去离子水中淬冷，得到生物活性玻璃原料；

2)将步骤1)得到的生物活性玻璃原料通过球磨过筛后得到生物活性玻璃粉末；

3)将步骤2)得到的生物活性玻璃粉末与Pluronic F-127溶液在冰浴条件下搅拌混合得到复合浆料；

4)将步骤3)得到的复合浆料通过挤出式3D打印的形式构建多孔支架原坯；

5)将步骤4)得到的原坯通过烧结去除有机物后即可得到高强度生物活性玻璃支架。

进一步，在步骤1)中，所述生物活性玻璃原料的化学组成以摩尔分数计包括：二氧化硅54％、碳酸钙22％、磷酸二氢钠4％、碳酸钾8％、碳酸钠4％、氧化镁6-8％、硝酸铜0-2％。

进一步，在步骤1)中，所述熔融混合的温度是1400℃，保温时间为2h。