一种具有光热功能的多孔硅酸钙生物陶瓷支架及其制备制造技术

本发明专利技术涉及一种具有光热功能的多孔硅酸钙生物陶瓷支架及其制备，支架的制备方法包括以下步骤：1)硅树脂‑醇溶液的制备；2)活性添加剂/硅树脂打印浆料的制备；3)多孔支架素胚的制备；4)多孔硅酸钙生物陶瓷支架的制备。与现有技术相比，本发明专利技术基于硅树脂前驱体的聚合物前躯体方法，结合三维打印技术，制备出含有碳点、具有光热治疗功能的多孔硅酸钙生物陶瓷支架，支架的内部结构易于控制，能够促进新骨生长，可在红外光照射下杀灭肿瘤细胞并抑制肿瘤长大，有望为临床骨肿瘤术后骨缺损修复治疗提供新的策略。

A Porous Calcium Silicate Bioceramic Scaffold with Photothermal Function and Its Preparation

The invention relates to a porous calcium silicate bioceramic scaffold with photothermal function and its preparation. The preparation method of the scaffold includes the following steps: 1) preparation of silica resin alcohol solution; 2) preparation of active additive/silica resin printing paste; 3) preparation of porous scaffold embryo; 4) preparation of porous calcium silicate bioceramic scaffold. Compared with the existing technology, the porous calcium silicate bioceramic scaffold with carbon spots and photothermal treatment function is prepared by the polymer precursor method based on silicone resin precursor and three-dimensional printing technology. The internal structure of the scaffold is easy to control, can promote new bone growth, can kill tumor cells and inhibit tumor growth under infrared light, and is expected to be a clinical bone. Bone defect repair after tumor surgery provides a new strategy.

【技术实现步骤摘要】
一种具有光热功能的多孔硅酸钙生物陶瓷支架及其制备
本专利技术属于骨组织工程支架
，涉及一种具有光热功能的多孔硅酸钙生物陶瓷支架及其制备。
技术介绍
目前，治疗原发性骨肿瘤和转移恶性骨肿瘤在临床上仍然具有非常大的挑战。刮除手术是现在临床上治疗骨肿瘤的最主要手段，但术后残留的瘤空腔和局部肿瘤复发转移的潜在威胁都会严重影响到病人的生活质量，因此，修复骨缺损、进行组织重建并杀灭残留肿瘤细胞仍是临床上治疗骨肿瘤必须解决的难题。其中，在骨组织修复材料中，硅酸钙生物陶瓷(如CaSiO3、Ca2SiO4或Ca3SiO5)具有良好的骨修复功能，其良好的生物活性能够诱导类骨羟基磷灰石的形成，促进相关细胞的增殖和成骨分化，从而刺激新骨生成以修复缺损部位。传统的多孔硅酸钙生物陶瓷支架的制备方法主要有造孔剂法及泡沫模板法，这些方法不仅成型工艺复杂，且无法精确调控支架的内部结构和孔的连通性。而研究表明，支架的内部结构包括孔的大小、形状和连通性等对支架的生物学性能具有重要影响。因此，现有的多孔硅酸钙生物陶瓷支架的制备方法存在较大弊端。另一方面，硅酸钙生物陶瓷虽然具有良好的骨组织修复功能，但对于骨肿瘤术后缺损的修复治疗还要解决术后局部肿瘤复发转移的问题。常用的方法是将负载抗肿瘤药物的骨修复材料植入缺损处，实现抗肿瘤药物的原位释放以用于抑制局部残留肿瘤细胞，但抗肿瘤药物的负载量、释放速率等会直接影响药物化疗效果及毒副作用等。目前，光热治疗作为低毒副作用的原位肿瘤治疗方法已被广泛研究和应用。其中，光热试剂是光热治疗的前提，光热试剂主要包括金纳米颗粒、铋纳米颗粒、金属硫化物(CuS、MoS2)、碳纳米材料(石墨烯、碳量子点)等，这些光热试剂具有良好的光热效应。因此，硅酸钙生物陶瓷结合光热试剂有望实现骨缺损修复协同局部肿瘤治疗功能。然而，将光热试剂负载在硅酸钙生物陶瓷上，同样存在制备工艺复杂等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有光热功能的多孔硅酸钙生物陶瓷支架及其制备。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种具有光热功能的多孔硅酸钙生物陶瓷支架的制备方法，该方法包括以下步骤：1)硅树脂-醇溶液的制备：将硅树脂加入至醇溶剂中，搅拌至溶解，得到硅树脂-醇溶液；2)活性添加剂/硅树脂打印浆料的制备：将含钙活性添加剂加入至步骤1)中的硅树脂-醇溶液中，搅拌均匀后得到活性添加剂/硅树脂打印浆料；3)多孔支架素胚的制备：采用三维打印方法，将步骤2)中的活性添加剂/硅树脂打印浆料制备成多孔支架素胚；4)多孔硅酸钙生物陶瓷支架的制备：将步骤3)中的多孔支架素胚置于惰性气氛中烧结，即得到所述的多孔硅酸钙生物陶瓷支架。进一步地，步骤1)中，所述的醇溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇或异丁醇中的一种或更多种，并且每1mL醇溶剂中加入1.0-5.0g硅树脂。进一步地，步骤2)中，所述的含钙活性添加剂包括碳酸钙、氢氧化钙、氧化钙或硫酸钙中的一种或更多种，并且所述的含钙活性添加剂与步骤1)中的硅树脂的质量比为1-5:1。进一步地，步骤2)中，所述的含钙活性添加剂研磨后过100-400目的筛网，之后再加入至步骤1)中的硅树脂-醇溶液中。进一步地，步骤3)中，所述的三维打印过程具体为：将步骤2)中的活性添加剂/硅树脂打印浆料装入三维打印机的料筒中，之后三维打印机将活性添加剂/硅树脂打印浆料逐层打印在载物台上，得到多孔支架素胚。运用CAD计算机辅助软件设计支架外观和内部结构，并将支架结构程序载入三维打印机中。支架的模型结构为多孔状，最大尺寸为15cm×15cm×15cm。进一步地，所述的三维打印过程中，打印针头的直径为50-1200μm，三维打印压力为2-8bar，打印速率为1-8mm/s，相邻两层浆料之间的取向夹角为30°-90°。进一步地，步骤4)中，所述的惰性气氛为氩气或氮气，所述的烧结过程具体为：从室温开始，以1-3℃/min的升温速率加热至900-1400℃，之后保温2-5h，最后自然冷却至室温。一种具有光热功能的多孔硅酸钙生物陶瓷支架，该支架采用所述的方法制备而成。进一步地，该支架的内部孔径大小为50-1200μm。进一步地，该支架的内部含有碳点。聚合物前躯体方法作为一种陶瓷材料制备方法，通过采用聚合物成型方法得到陶瓷素胚，之后在一定的气氛中进行高温烧结即可生成陶瓷。与传统的陶瓷制备方法(如固相反应法、溶胶凝胶法、熔盐法等)相比，聚合物前躯体方法制备陶瓷的反应温度相对较低，并能简化陶瓷成型工艺。另一方面，三维打印技术作为一种快速成型的增材制造技术，其特点是原料利用率高、能够精确控制支架的外观结构以及内部孔的大小、形貌。本专利技术将三维打印技术与聚合物前躯体方法相结合，制备得到陶瓷材料，大大简化了制备多孔陶瓷的工艺。本申请中采用的硅树脂作为制备硅酸陶瓷材料的聚合物前驱体，既是三维打印支架素胚的粘接剂，同时硅树脂中的硅成分在高温烧结时与含钙活性添加剂反应生成硅酸钙生物陶瓷，而硅树脂的有机碳链成分在惰性气氛中高温烧结时裂解生成碳点，从而赋予支架良好的骨修复功能和光热功能。总的来说，本专利技术以含钙活性添加剂粉体和硅树脂为原料，采用三维打印前躯体浆料，通过惰性气氛烧结制备出基于硅树脂前驱体的光热功能多孔硅酸钙生物陶瓷支架，成型工艺简单，能够精确控制支架的内部结构，负载具有光热效应的碳点。对制得的多孔硅酸钙生物陶瓷支架的理化性能和生物学性能测试得知，支架具有在红外光照射下杀灭人骨肉瘤细胞、抑制裸鼠肿瘤长大的能力，同时又利于成骨细胞的增殖、分化以及促进形成新骨。本专利技术的制备方法为骨肿瘤术后缺损的修复治疗提供了新的技术。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1)基于硅树脂前驱体的聚合物前躯体方法，结合三维打印技术，制备出含有碳点、具有光热治疗功能的多孔硅酸钙生物陶瓷支架，支架的内部结构易于控制，能够促进新骨生长，可在红外光照射下杀灭肿瘤细胞并抑制肿瘤长大，有望为临床骨肿瘤术后骨缺损修复治疗提供新的策略；2)制备得到的多孔硅酸钙生物陶瓷支架的内部具有三维连通且孔径可控的多孔结构，力学性能满足松质骨修复要求，生物活性、生物降解等生物学性能良好，且内含碳点，具有光热效应，解决了现有技术中制备生物陶瓷支架时成型工艺复杂、负载光热试剂工艺复杂等问题。附图说明图1为实施例1中制备得到的多孔硅酸钙生物陶瓷支架的光学图像；图2为实施例1中制备得到的多孔硅酸钙生物陶瓷支架的SEM图谱；图3为实施例1中制备得到的多孔硅酸钙生物陶瓷支架的光热曲线图；图4为实施例1中制备得到的多孔硅酸钙生物陶瓷支架的成骨Micro-CT图；图5为实施例1中制备得到的多孔硅酸钙生物陶瓷支架的成骨骨矿物密度测试图；图6为实施例1中制备得到的多孔硅酸钙生物陶瓷支架在红外光照射下抑制肿瘤长大的曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1：一种基于硅树脂前驱体的光热功能多孔硅酸钙生物陶瓷支架的制备方法包括以下步骤：步骤一，配制硅树脂-醇溶液。将硅树脂与异丙醇按照质量体积比1.25g/ml混合，搅拌至完全溶解得到硅树脂-醇溶液，然后密封保存本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有光热功能的多孔硅酸钙生物陶瓷支架的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)硅树脂‑醇溶液的制备：将硅树脂加入至醇溶剂中，搅拌至溶解，得到硅树脂‑醇溶液；2)活性添加剂/硅树脂打印浆料的制备：将含钙活性添加剂加入至步骤1)中的硅树脂‑醇溶液中，搅拌均匀后得到活性添加剂/硅树脂打印浆料；3)多孔支架素胚的制备：采用三维打印方法，将步骤2)中的活性添加剂/硅树脂打印浆料制备成多孔支架素胚；4)多孔硅酸钙生物陶瓷支架的制备：将步骤3)中的多孔支架素胚置于惰性气氛中烧结，即得到所述的多孔硅酸钙生物陶瓷支架。

【技术特征摘要】
1.一种具有光热功能的多孔硅酸钙生物陶瓷支架的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)硅树脂-醇溶液的制备：将硅树脂加入至醇溶剂中，搅拌至溶解，得到硅树脂-醇溶液；2)活性添加剂/硅树脂打印浆料的制备：将含钙活性添加剂加入至步骤1)中的硅树脂-醇溶液中，搅拌均匀后得到活性添加剂/硅树脂打印浆料；3)多孔支架素胚的制备：采用三维打印方法，将步骤2)中的活性添加剂/硅树脂打印浆料制备成多孔支架素胚；4)多孔硅酸钙生物陶瓷支架的制备：将步骤3)中的多孔支架素胚置于惰性气氛中烧结，即得到所述的多孔硅酸钙生物陶瓷支架。2.根据权利要求1所述的一种具有光热功能的多孔硅酸钙生物陶瓷支架的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的醇溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇或异丁醇中的一种或更多种，并且每1mL醇溶剂中加入1.0-5.0g硅树脂。3.根据权利要求1所述的一种具有光热功能的多孔硅酸钙生物陶瓷支架的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的含钙活性添加剂包括碳酸钙、氢氧化钙、氧化钙或硫酸钙中的一种或更多种，并且所述的含钙活性添加剂与步骤1)中的硅树脂的质量比为1-5:1。4.根据权利要求1所述的一种具有光热功能的多孔硅酸钙生物陶瓷支架的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的含钙活性添加剂研磨后过100-400目的筛网，之后再加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱钰方，傅声扬，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31