[发明专利]一种抗冲击可促成骨分化极小曲面骨支架及其制备方法

说明书

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种抗冲击可促成骨分化极小曲面骨支架及其制备方法，该极小曲面骨支架由ZrOsubgt;2/subgt;和Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;、HfOsubgt;2/subgt;、Nbsubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;、Cao和Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;颗粒混合在特殊的液体中制成的打印材料经纳米粒子喷射3D打印技术打印所得。本发明的极小曲面骨具有较高的静压缩强度以及良好的抗冲击性能，并且能够有效促进成骨细胞的增殖，从而修复骨缺损，从而解决现有骨支架抗冲击性能差的问题，满足生物医学、组织工程等对材料的需求。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种抗冲击可促成骨分化极小曲面骨支架及其制备方法。

背景技术

极小曲面(TPMS)是一类由平均曲率为零的曲面生成的三维多孔结构，具有高比表面积和高承载特性等优异性能，使得TPMS支架在骨组织修复中具有广阔的应用前景。首先，在植入性能方面，TPMS骨支架可以消除应力屏蔽效应的影响，具有很好的承载特性。此外，TPMS结构有更高的压缩强度，并且TPMS相互连通的曲面利于细胞粘附，能够促进细胞的生长。然而目前所研究的TPMS骨支架微观特征尺寸(≥300μm)普遍大于真实骨骼，不能达到模仿真实骨组织尺寸的要求，严重限制了其生物功能的表达。

针对上述关键问题，近年来，一些学者和专家研究了一些具有改进力学性能的骨支架构筑材料和打印方法。传统金属去除支撑材料较为困难，同时由于其生物性能与骨骼不匹配，可能会引起过敏反应和炎症。相比之下，陶瓷硬度远高于高分子材料和金属，特别是氧化锆陶瓷具有良好的生物相容性、高机械强度和良好的化学稳定性。其次，以高分辨率(μm)和高精度(成型误差5％以内)实现超精细结构打印NPJ技术为制备与人体骨骼相似的超精细微型TPMS骨支架提供了可能。

此外，根据人的活动环境和机能极限，骨骼不仅需要承载人体自身重量带来的静压缩载荷，还会受到自身活动引起的频繁的低速冲击载荷。因此，开展骨支架结构相关力学性能研究就非常有必要。但是目前针对可植入TPMS骨支架的承载性能和失效模式的研究不够深入，尤其是对于氧化锆TPMS骨支架的低速冲击性能研究鲜有涉及。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种抗冲击可促成骨分化极小曲面骨支架及其制备方法，具有较高的静压缩强度以及良好的抗冲击性能，并且能够有效促进成骨细胞的增殖，从而修复骨缺损，从而解决现有骨支架抗冲击性能差的问题，满足生物医学、组织工程等对材料的需求。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种抗冲击可促成骨分化极小曲面骨支架，该极小曲面骨支架由ZrO₂和Y₂O₃、HfO₂、Nb₂O₅、Cao和Al₂O₃颗粒混合在特殊的液体中制成的打印材料经纳米粒子喷射3D打印技术打印所得。

进一步地，所述打印材料中，Y₂O₃、HfO₂、Nb₂O₅、Cao和Al₂O₃的材料组分分别为4.64％(wt％)、1.47％(wt％)、0.739％(wt％)、0.47％(wt％)和0.38％(wt％)。

进一步地，ZrO₂颗粒粒径为100nm-300nm，Y₂O₃、HfO₂和Nb₂O₅颗粒粒径为50-150nm。

本发明还提供了上述一种抗冲击可促成骨分化极小曲面骨支架的制备方法，包括如下步骤：