本发明专利技术属于医用材料技术领域，公开了一种可原位形成三维连通多孔结构的可降解高分子网络/磷酸钙骨水泥复合骨修复材料及其制备方法与应用。本发明专利技术制备方法通过利用3D打印技术打印得到高分子网络结构体，再将CPC浆体注入到所述高分子网络结构体中，得到修复材料。本发明专利技术利用3D打印出具有可原位形成三维连通多孔结构的可降解高分子网络，优化了原位成孔的特征、尺寸和孔隙率，使材料具有较好的力学性能；其中高分子网络在CPC中降解原位形成有利于骨组织和血管长入的三维连通大孔，使新骨组织和新生血管能够长入到CPC的内部；同时增大了CPC的比表面积，促进CPC的降解，从而有效提高CPC的可降解性和成骨、成血管能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于医用材料
，特别涉及一种可原位形成三维连通多孔结构的可降解高分子网络/磷酸钙骨水泥复合骨修复材料及其制备方法与应用。
技术介绍
磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement，CPC)是一种新型的骨缺损修复材料，它具有优良的生物相容性、生物活性和骨传导性，而且可任意塑形，能够在体温下自固化和可降解吸收。CPC通过水化反应最终形成与人体骨组织无机成分相同的羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)，具备优良的生物相容性。1991年CPC获得美国食品与药品管理局(FDA)的批准同意用于临床。作为磷酸钙类骨修复材料，与烧结的羟基磷灰石或磷酸钙生物陶瓷相比，磷酸钙骨水泥具有以下优点：(1)可临时任意塑形，能与植入部位的几何形状紧密配合；(2)可在体温下自固化，无需高温烧结，这种低温水化形成的弱结晶羟基磷灰石(HA)比高温烧结的HA陶瓷具有更好的生物活性；(3)植入形式多样化，能根据需要以膏体、预固化块体或微球等不同形式植入体内；(4)具有微孔多孔结构，有利于体液浸润和材料降解，可作为药物和生物活性因子的载体。尽管CPC所具有的这些独特的优点在很大程度上符合临床骨缺损修复的要求，但是，由于CPC固化体中的孔隙多为亚微米级和纳米级孔，缺乏100μm以上的连通大孔，新生骨组织只是在CPC表面爬行替代，不利于新生骨组织长入材料内部，也不利于血管的早期形成，而且会使材料降解较慢，降解时间通常在一年以上，有些甚至超过两年，造成骨缺损修复过程较长。从而影响了骨修复的效果，使其临床应用受到限制。因此，如何制备具有连通大孔结构的CPC受到了研究人员的关注。一般认为骨组织长入的最小孔径是100μm，200～400μm的孔径分布比较适合骨组织长入，能够为骨细胞的粘附和组织的长入提供适宜的空间和力学环境，但300μm以上的孔径则更有利于新骨的生长和血管的生成。Druecke等(Druecke D,Langer S,Lamme E,et al.Neovascularization of poly(ether ester)block-copolymer scaffolds in vivo:long-term investigations using intravital fluorescent microscopy.J Biomed Mater Res,2004,68:10–18.)对比了三种不同孔径范围(20～75μm，75～212μm，250～300μm)的聚乙烯支架材料在体内的血管化过程，结果显示，孔径最大的材料术后8天和12天，在材料的边缘和中心具有更大的机能血管密度。Kuboki等(Kuboki Y,Jin Q,Takita H.Geometry of carriers controlling phenotypic expression in BMP-induced osteogenesis and chondrogenesis.J Bone Joint Surg Am,2001,83A:S105–S115.)认为，大孔径的多孔羟基磷灰石材料能够促进再血管化，临界孔径为300～400μm。孔的连通性对骨组织和血管的生成、营养物质和新陈代谢产物的输运起着重要的作用，对新骨生长的深度具有决定性意义，影响到新生骨组织最终贯穿于整个多孔材料中。大多数研究者是在骨水泥中复合各种形式的可降解高分子(PLGA微球、明胶微球、PLGA纤维、非整体的PLGA二维纤维网等)，高分子的加入会提高CPC的初期强度，高分子降解后会原位留下大孔。Qi等(Qi X,Ye J,Wang Y.Improved injectability and in vitro degradation of a calcium phosphate cement containing poly(lactide-co-glycolide)microspheres.Acta biomaterialia,2008,4(6):1837–1845.)在CPC中加入粒径为100～300μm的PLGA微球，当加入量在30wt.％以下时材料的强度没有降低，保持较高的早期强度，材料降解后原位留下大孔，同时促进了骨水泥的降解。Xu等(Xu H H K,Quinn J B.Calcium phosphate cement containing resorbable fibers for short-term reinforcement and macroporosity.Biomaterials,2002,23(1):193–202.)等将直径为322μm和长度为200mm的不同降解速率的可降解Vicryl TM和Vicryl Rapide TM粗纤维杂混嵌入CPC中，发现随着浸泡时间的延长，两种纤维的降解在CPC中原位生成了大孔并促进骨水泥的降解。Xu等(Xu H H K,Simon C G.Self‐hardening calcium phosphate cement–mesh composite:Reinforcement,macropores,and cell response.Journal of Biomedical Materials Research Part A,2004,69(2):267–278.)还将可吸收的Polyglactin二维网络叠放多层与骨水泥复合，结果表明，高分子网络降解后在CPC中原位形成局部二维连通的大孔。然而，这些方法都不能在CPC中形成三维连通的大孔。可见，制备具有三维连通大孔且保持较高强度的CPC始终是难以解决的问题。相比复合一维可降解高分子纤维或片状二维可降解高分子网络，如果能够制备三维可降解高分子网络，将三维可降解高分子网络整体嵌入到CPC中，通过三维网络的降解可在CPC中原位形成三维连通的大孔，从而很好地解决CPC无连通大孔的问题。而3D打印是制备可设计的三维高分子网络比较理想的方法，利用3D打印技术能够简单方便地制备高分子支架，且能精确控制高分子支架孔的形状和大小、纤维尺寸、孔隙连通度和孔隙率等。Coutu等人(CoutuD L,Cuerquis J,Ayoubi R E,et al.Hierarchical scaffold design for mesenchymal stem cell-based gene therapy of hemophilia B.Biomaterials,2011,32:295–305.)利用3D打印技术溶解PLGA低温制备出PLGA支架，可以通过改变纤维直径(150～300μm)、纤维间距(150～300μm)来调整支架的孔隙率。通过嵌入三维可降解高分子网络与磷酸钙骨水泥复合，三维网络不仅能够在前期对CPC起到增强增韧的作用，而且三维网络的降解能够在CPC中原位生成利于骨组织和血管长入的三维连通大孔，同时大孔的生成增大了CPC的表面积从而促进骨水泥的降解。而且，这种复合方式在临床应用时能够保持良好的可操作性。这种方法目前尚未发现有相关的研究报道。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种可原位形成三维连通多孔结构的可降解高分子本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可降解高分子网络/磷酸钙骨水泥复合骨修复材料的制备方法，其特征在于通过利用3D打印技术打印得到高分子网络结构体，再将CPC浆体注入到所述高分子网络结构体中，得到可降解高分子网络/磷酸钙骨水泥复合骨修复材料。
【技术特征摘要】
1.一种可降解高分子网络/磷酸钙骨水泥复合骨修复材料的制备方法，其特征在于通过利用3D打印技术打印得到高分子网络结构体，再将CPC浆体注入到所述高分子网络结构体中，得到可降解高分子网络/磷酸钙骨水泥复合骨修复材料。2.根据权利要求1所述的可降解高分子网络/磷酸钙骨水泥复合骨修复材料的制备方法，其特征在于包括以下具体操作：设计三维网络模型，利用3D打印系统将熔融的或冷溶解的高分子材料进行三维打印，得到高分子网络结构体，加压，将CPC浆体注入到所述高分子网络结构体中，得到可降解高分子网络/磷酸钙骨水泥复合骨修复材料。3.根据权利要求2所述的可降解高分子网络/磷酸钙骨水泥复合骨修复材料的制备方法，其特征在于：所述的高分子材料为聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乳酸、聚乙醇酸和聚己内酯中的至少一种。4.根据权利要求2所述的可降解高分子网络/磷酸钙骨水泥复合骨修复材料的制备方法，其特征在于：所述CPC浆体通过将CPC与水或离子溶液混合均匀得到；所用水或离子溶液的量为0.40～0.60mL/gCPC；所述的离子溶液指生理盐水、磷酸盐溶液、柠檬酸溶液或柠檬酸盐溶液。5.根据权利要求2所述的可降解高分子网络/磷酸钙骨水泥复合骨修复材料的制备方法，其特征在于：当所述的高分子材料为熔融的高分子材料时，所述三维打印的条件为针头直径0.2～0.6mm、打印温度140～180℃...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶建东，钱国文，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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