一种人造骨制造技术

本发明专利技术公开了一种人造骨，属于3D打印材料领域。本发明专利技术的一种人造骨，由质量份64~72份纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸，31~40份聚醚酮酮，12~25份充质干细胞，42~57份脂肪干细胞‑蛋白水凝胶，28~32份纳米β‑磷酸三钙和15~21份稀柠檬酸组成。本发明专利技术的一种人造骨具有通过3D打印制备，打印出承载细胞维持器官或组织的形状支架，且支架内留有供组织细胞生长空腔，打印骨移植到生物体内能够存活与移植受体融为一体，且支架材料能够被生物降解无毒性的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种3D打印材料，特别是一种人造骨。
技术介绍
传统的骨损伤修复或替代方法包括自体骨移植、同种异体骨移植和骨延长术，然而这些过程耗费时间长。随着科技的发展，新兴的骨组织工程支架能够替代传统的骨损伤修复和替代方法，快速进行骨修复。现有的骨组织工程支架的制备，以往常采用溶液浇铸/离子洗出法、原位成型法、静电纺丝法、相分离/冻干法、气体成孔法等，这些制备方法获得了比较满意的效果，但在精确性、孔隙均匀性、空间结构复杂性、支架个性化等方面不尽人意。而3D打印骨骼虽然现有技术是能够实现的，但是由于材料的限制无法打印出活的细胞组织，并将细胞组织和支架材料结合起来，使得骨骼移植入人体后，打印的细胞组织能够存活到与移植受体融为一体。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种通过3D打印制备，打印出承载细胞维持器官或组织的形状支架，且支架内留有供组织细胞生长空腔，打印骨移植到生物体内能够存活与移植受体融为一体，且支架材料能够被生物降解无毒性的人造骨。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一种人造骨，由质量份64～72份纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸，31～40份聚醚酮酮，12～25份充质干细胞，42～57份脂肪干细胞-蛋白水凝胶，28～32份纳米β-磷酸三钙和15～21份稀柠檬酸组成。由于采用了上述技术方案，纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸和聚醚酮酮交联形成能够约束细胞的支架，能够形成维持器官或组织的形状，并在移植数年后被生物降解，对生物体无毒性，同时支架内部具有大量的孔隙，可以在打印过程中使细胞填充入孔隙中。充质干细胞和脂肪干细胞能够为组织生存活生长提供血管生长细胞，在打印的过程中，细胞进入支架内部的孔隙中，当细胞形成稳定的结构后，水凝胶结构即被代谢分解，其原先存在的位置，就成为可供血管延伸和发育的空腔，使得移植后的骨骼在生物体内能够形成正常骨组织一样的导管结构，具备在生物体内长期存活生长的能力，同时能够在人造骨周围形成完成的肌纤维结构及神经受体，这些受体能够响应电刺激，并使肌纤维发挥功能，相比于现有的骨修复技术来说不具有排异性，不仅能够修复骨骼骨结构同时能够使得生物体骨功能得到修复。在纳米β-磷酸三钙和稀柠檬酸的配合作用下，能够使得材料获得自行凝固的能力，在打印过程中能够保持精确的形状以便与受体的特异性相匹配。其中，纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸可以为64～72份中任意值，例如66,68,70,71等，聚醚酮酮可以为31～40份中的任意值，例如33,35,36,38,39等，充质干细胞可以为12～25份中的任意值，例如13,14,15,16,19,20,21，22等，脂肪干细胞-蛋白水凝胶可以为42～57份中任意值，例如44,45,49,51,53,56等，纳米β-磷酸三钙可以为28～32份中任意值，例如29,30,31,等，稀柠檬酸可以为15～21份中任意值，例如16,18,19,20等。本专利技术的一种人造骨，由质量份69份纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸，37份聚醚酮酮，16份充质干细胞，53份脂肪干细胞-蛋白水凝胶，28份纳米β-磷酸三钙和20份稀柠檬酸组成。由于采用了上述技术方案，上述比例为最佳值。本专利技术的一种人造骨，所述脂肪干细胞-蛋白水凝胶中，蛋白水凝胶为纳米壳聚糖骨形成蛋白，所述蛋白水凝胶的pH为6.4，所述脂肪干细胞：壳聚糖：骨成形蛋白质量比2.3：17.2：6。由于采用了上述技术方案，水凝胶具有良好的生物相容性，其代谢分解速度快，并具有适宜的孔径，可以为细胞粘附生长所需的较大的比表面积，且有利于营养物质在孔道内的质量传递，使细胞即使获得营养，吸水率较高，达到328％，有助于提高支架透氧性能。本专利技术的一种人造骨，所述纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸与聚醚酮酮交联形成多孔支架，所述多孔支架的孔隙率为72.2％，所述纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸中，纳米羟基磷酸钙：聚己内酯：聚乳酸的质量比为3.1:2.7:1。由于采用了上述技术方案，支架的孔隙率较高，但其力学性能较高，抗压强度为23MPa，具有良好的透氧能力，能够明显提高材料的细胞粘附率和增殖率，能够在生物体内形成直接的骨性结合，具备在生物体内长期存活生长的能力，同时能够在人造骨周围形成完成的肌纤维结构及神经受体，这些受体能够响应电刺激，并使肌纤维发挥功能，相比于现有的骨修复技术来说不具有排异性，不仅能够修复骨骼骨结构同时能够使得生物体骨功能得到修复。本专利技术的一种人造骨，所述纳米β-磷酸三钙的粉末粒径为10～23nm，所述稀柠檬酸为浓度24％～25％的水溶液。由于采用饿了上述技术方案，能够使得材料获得自行凝固的能力，在打印过程中能够保持精确的形状以便与受体的特异性相匹配，凝固速率较为适宜。本专利技术的一种人造骨，所述纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸，聚醚酮酮，纳米β-磷酸三钙和稀柠檬酸经过辐照灭菌。由于采用了上述技术方案，保证移植使用的安全性。本专利技术的一种人造骨，所述人造骨通过3D细胞打印机制得，所述3D细胞打印机包括打印机主体和四个并列设置的墨盒模块，分别为墨盒模块一，墨盒模块二，墨盒模块三和墨盒模块四。由于采用了上述技术方案，采用3D打印技术能够有针对性的对生物个体进行移植骨形状定制，通过不同的墨盒模块将不同的材料组分区分。本专利技术的一种人造骨，所述墨盒模块一内装有纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸和聚醚酮酮混合物，所述墨盒模块二内装有充质干细胞和脂肪干细胞-蛋白水凝胶混合物，所述墨盒模块三内装有纳米β-磷酸三钙，所述墨盒模块四内装有稀柠檬酸，所述墨盒模块四设有加热装置。由于采用了上述技术方案，将不同组分进行区分打印，能够保证不同组分之间彼此更好的交联性，打印过程能够很好的制造支架及其中的孔隙，为细胞生长提供合理的空间。本专利技术的一种人造骨，通过以下打印过程制得步骤一，墨盒模块一和墨盒模块三同时启动，采用直径为500μm的喷头，行走速度为100mm/min，每层厚度500μm，中间孔隙宽度400μm，在X,Y,Z轴上完成喷涂工作；步骤二，墨盒模块四和墨盒模块二同时启动，采用直径为300μm的喷头，行走速度为100mm/min，喷涂延迟1ms，在X,Y,Z轴上完成填充喷涂；步骤三，磨合模块四外部的加热装置在墨盒模块四喷涂的同时加热，加热温度为35～38℃。本专利技术的一种人造骨，所述3D细胞打印机设有填充率估算系统，所述填充率估算系统的一般表达式为其中为理论填充率，为实际填充率，其中M为弯矩，hmax为截面高度，λ为安全系数，σ为屈服应力，I为惯性矩，k为矫正系数，A为填充面积，所述由于采用了上述技术方案，对细胞在支架内的填充率进行估算，能够更好的对骨强度、及稳定性进行模型设计，对人造骨的质量、中心和惯性矩与外形及内部结构相关联，构建满足特定设计目标的内部结构，得到更加精确适应生物体的结构。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、通过3D打印制备，打印出承载细胞维持器官或组织的形状支架，且支架内留有供组织细胞生长空腔，打印骨移植到生物体内能够存活与移植受体融为一体，且支架材料能够被生物降解无毒性。2、具有良好的透氧能力，能够明显提高材料的细胞粘附率和增殖率，能够在生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人造骨，其特征在于：由质量份64～72份纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸，31～40份聚醚酮酮，12～25份充质干细胞，42～57份脂肪干细胞‑蛋白水凝胶，28～32份纳米β‑磷酸三钙和15～21份稀柠檬酸组成。

【技术特征摘要】
1.一种人造骨，其特征在于：由质量份64～72份纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸，31～40份聚醚酮酮，12～25份充质干细胞，42～57份脂肪干细胞-蛋白水凝胶，28～32份纳米β-磷酸三钙和15～21份稀柠檬酸组成。2.如权利要求1所述的一种人造骨，其特征在于：由质量份69份纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸，37份聚醚酮酮，16份充质干细胞，53份脂肪干细胞-蛋白水凝胶，28份纳米β-磷酸三钙和20份稀柠檬酸组成。3.如权利要求1或2所述的一种人造骨，其特征在于：所述脂肪干细胞-蛋白水凝胶中，蛋白水凝胶为纳米壳聚糖骨形成蛋白，所述蛋白水凝胶的pH为6.4，所述脂肪干细胞：壳聚糖：骨成形蛋白质量比2.3：17.2：6。4.如权利要求3所述的一种人造骨，其特征在于：所述纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸与聚醚酮酮交联形成多孔支架，所述多孔支架的孔隙率为72.2％，所述纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸中，纳米羟基磷酸钙：聚己内酯：聚乳酸的质量比为3.1:2.7:1。5.如权利要求4所述的一种人造骨，其特征在于：所述纳米β-磷酸三钙的粉末粒径为10～23nm，所述稀柠檬酸为浓度24％～25％的水溶液。6.如权利要求4或5所述的一种人造骨，其特征在于：所述纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸，聚醚酮酮，纳米β-磷酸三钙和稀柠檬酸经过辐照灭菌。7.如权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑浩，
申请(专利权)人：成都测迪森生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51