[发明专利]具有多孔化纤维的3D打印弹性支架及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种具有多孔化纤维的3D打印弹性支架，该弹性支架是由若干纤维相互交错叠合形成的具有相互贯通的微米级大孔的一体化支架，在所述纤维的表面和内部具有微米级小孔，并且纤维表面与内部的微米级小孔相互贯通；所述纤维由生物相容性聚合物以及分布在生物相容性聚合物中的微米级羟基磷灰石组成。本发明还提供了将3D打印技术与超临界流体发泡技术结合制备该具有多孔化纤维的3D打印弹性支架的方法。本发明通过实验证实该具有多孔化纤维的3D打印弹性支架具有优异的骨诱导能力，能促进早期的生物矿化沉积，并能促进细胞向支架的纤维内部长入，在骨修复领域具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于生物材料及其制备技术领域，涉及具有多孔化纤维的3D打印弹性支架及其制备方法与应用。

背景技术

由于骨折、疾病以及感染等原因引起的超过临界尺寸的骨缺损难以自我修复，骨组织工程技术为大程度的骨缺损修复提供了新的方向。随着高精制备技术向医学方向的发展，3D打印技术为制备孔隙和力学可调的组织工程支架提供了新的手段。研究表明，多孔结构可赋予骨支架多种优势。例如，较大尺寸的孔可为骨长入和血管生成提供空间，相互连接的孔可促进细胞迁移和营养转运，较小尺寸的孔可增加支架的比表面积以促进内源性骨诱导生物分子和其他生物因子的吸收，并为这些生物活性因子提供储存空间。此外，微观结构还会影响特定的蛋白质吸附以调节干细胞分化。

聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)具有良好的生物相容性，可调的生物降解性和力学性能已经被广泛应用于3D打印。但是，单一聚合物的生物活性较低，限制了其修复效果。在聚合物中添加活性Ca、P粉末，例如羟基磷灰石(HA)、β-磷酸三钙以及双相磷酸钙BCP 等，来制备多孔3D打印骨支架是一种改善其修复效果的有效手段。

传统的制备方式将生物活性的Ca、P粉末牢牢地固定在3D打印聚合物的纤维中，Ca、P 粉末随着聚合物降解而释放，这在很大程度上影响了成骨早期Ca、P粉末的生物诱导功能的发挥。从微观层面来看，3D打印聚合物支架中，大多数纤维单元的表面是致密而光滑的，限制了细胞黏附和铺展，导致新生组织松散地包裹在纤维周围，不利于骨整合。因此，若能研发出可在3D打印支架中纤维表面形成有利于细胞黏附和铺展的结构的方法，改善3D打印支架的表面微观形貌，对于改善3D打印支架的成骨和成血管性能将产生积极的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明的目的之一是提供具有多孔化纤维的3D 打印弹性支架及其制备方法，通过改善3D打印支架的微观形貌来增强支架的骨诱导能力，本发明的目的之二是提供上述3D打印弹性支架在骨修复领域的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有多孔化纤维的3D打印弹性支架，该弹性支架是由若干纤维相互交错叠合形成的具有相互贯通的微米级大孔的一体化支架，在所述纤维的表面和内部具有微米级小孔，并且所述纤维表面与内部的微米级小孔相互贯通；所述纤维由生物相容性聚合物以及分布在生物相容性聚合物中的微米级羟基磷灰石组成。

上述具有多孔化纤维的3D打印弹性支架的技术方案中，所述微米级大孔的尺寸优选为 200～1000μm。

上述具有多孔化纤维的3D打印弹性支架的技术方案中，所述微米级小孔的尺寸优选为 1～100μm。

上述具有多孔化纤维的3D打印弹性支架的技术方案中，所述弹性支架中微米级羟基磷灰石的含量优选为20wt.％～65wt.％。进一步地，所述微米级羟基磷灰石的粒径优选为1～50 μm。

上述具有多孔化纤维的3D打印弹性支架的技术方案中，所述生物相容性聚合物可为现有技术中的生物医用高分子材料，例如现有技术中常用的3D打印医用聚合物，通常，3D打印医用聚合物包括聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚己内酯、聚乳酸以及聚甲基丙烯酸甲酯等生物医用高分子材料中的任意一种，当然，所述生物相容性聚合物并不限于以上列举的聚合物，也可以根据实际应用的需求选择其他的生物相容性聚合物。