具有涂层的3D打印支架及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一具有涂层的3D打印支架及其制备方法和应用。所述支架包括聚丁二酸丁二醇酯支架基体、多巴胺膜和介孔硅酸镁微球涂层或掺铜介孔硅酸镁微球涂层，所述的介孔硅酸镁微球涂层或掺铜介孔硅酸镁微球涂层中，微球粒径为180‑220nm，微球孔径为3‑5nm，多巴胺膜厚度为50‑100nm。实验结果证明，本发明专利技术的具有介孔硅酸镁微球或掺铜介孔硅酸镁微球涂层的3D打印支架具有良好的组织相容性和体外活性，可促进细胞粘附、增殖和分化，还具有优异的促进体内新骨和血管生成的作用，在制备骨缺损修复材料领域具有较好的应用前景。

3D printing stent with coating and its preparation and Application

The invention discloses a 3D printing bracket with a coating and a preparation method and application. The stent comprises polybutylene succinate stent matrix, dopamine film and mesoporous magnesium silicate particles coated or Cu doped mesoporous magnesium silicate coated microspheres, wherein the mesoporous magnesium silicate microsphere coated or Cu doped mesoporous magnesium silicate coated microspheres, particle size of 180 220nm microspheres hole diameter of 3 5nm, dopamine film thickness is 50 100nm. The experimental results show that the 3D printing bracket with mesoporous magnesium silicate particles or Cu doped mesoporous magnesium silicate microsphere coating of the invention has good biocompatibility and in vitro activity, can promote cell adhesion, proliferation and differentiation, but also has excellent effect in promoting angiogenesis and new bone, in the field of preparation of bone defect repair material has good application prospects.

【技术实现步骤摘要】
具有涂层的3D打印支架及其制备方法和应用
本专利技术属于生物医药工程领域，具体地，涉及具有涂层的3D打印支架及其制备方法和应用。
技术介绍
骨骼是人体重要组成部分，具有一定的机械性能，起到人体支撑作用。但由于外界创伤、骨疾病(骨肿瘤、骨髓炎等)以及感染多种原因造成的骨缺损，在临床上很常见且难以完全修复，尤其是骨的缺损修复研究中血管化问题是目前面临的主要挑战。近期研究表明，骨组织再生过程中，微血管的形成和延伸，为骨组织的生长和分化提供了氧气和营养物质，是最终形成钙化组织的主要影响因素。而目前常用的骨缺损修复材料中，3D打印聚丁二酸丁二醇酯(PBSu)支架具有高度规则的孔结构和优异的孔贯通性，具备了骨修复支架样品要求的孔结构和力学强度，但却没有生物活性。因此，本领域急需一种具有生物活性且制备简单易操作的PBSu支架。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决骨缺损修复领域缺乏具有生物活性的聚丁二酸丁二醇酯(PBSu)支架的问题，进而提供了一具有涂层的3D打印支架及其制备方法和应用。本专利技术的支架在多巴胺改性3D打印PBSu支架的基础上，在其表面涂覆介孔硅酸镁微球(NMS)或掺铜介孔硅酸镁微球(CuNMS)，赋予其体外生物活性。实验结果证明，本专利技术的具有介孔硅酸镁微球或掺铜介孔硅酸镁微球涂层的3D打印支架具有良好的组织相容性和体外活性，还具有优异的促进体内新骨和血管生成的作用，在制备骨缺损修复材料领域具有较好的应用前景。本专利技术是通过以下技术方案来解决上述技术问题的。本专利技术第一方面提供了一具有涂层的聚丁二酸丁二醇酯(PBSu)支架，其中，所述支架包括聚丁二酸丁二醇酯支架基体、多巴胺膜和介孔硅酸镁微球(NMS)涂层或掺铜介孔硅酸镁微球(CuNMS)涂层；所述的介孔硅酸镁微球涂层或掺铜介孔硅酸镁微球涂层涂覆在多巴胺膜的外层；所述的多巴胺膜位于聚丁二酸丁二醇酯支架基体的表面；所述的介孔硅酸镁微球涂层或掺铜介孔硅酸镁微球涂层中，微球粒径为180-220nm，微球的孔径为3-5nm；所述多巴胺膜的厚度为50-100nm。所述的支架，其中，所述聚丁二酸丁二醇酯为本领域常规使用，数均分子量优选为4×104-7×104，重均分子量/数均分子量优选为1.2-2.4。所述多巴胺膜的厚度优选为60-80nm。所述的介孔硅酸镁微球的比表面积优选为500-570m2/g，更优选538.1m2/g。所述的掺铜介孔硅酸镁微球的比表面积优选为450-550m2/g，更优选490.4m2/g。所述的掺铜介孔硅酸镁微球中，铜的含量优选为3-7wt％，更优选5wt％。所述的介孔硅酸镁微球或掺铜介孔硅酸镁微球的孔径优选为4nm。所述的介孔硅酸镁微球或掺铜介孔硅酸镁微球的粒径优选为200nm。所述的介孔硅酸镁微球和掺铜介孔硅酸镁微球均为本领域常规使用，其制备方法也为本领域常规的制备方法，一般采用模板及自组装法制备。在本专利技术的一较佳实施例中，介孔硅酸镁微球采用包括如下步骤的方法制备：S1、35-40℃下，将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶解于水中，CTAB完全溶解后，依次加入氨水、正硅酸乙酯(TEOS)和六水合硝酸镁(Mg(NO3)2·6H2O)静置反应；S2、将S1所得的反应产物离心并洗涤所得白色沉淀物，烘干；S3、将S2所得烘干产物置于马弗炉中烧结，除去CTAB，得到的白色粉末即为介孔硅酸镁微球(NMS)。其中，步骤S1中，所述水可为去离子水。在本专利技术一较佳实施例中，步骤S1按照如下操作进行：在35-40℃下，0.6-0.8g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶解于30-35mL去离子水中，CTAB完全溶解后，依次加入6.5-7.5mL1M氨水，3.2-3.8正硅酸乙酯(TEOS)和2.3-2.5g六水合硝酸镁。其中，步骤S1中，静置反应时间为3-6小时，优选4小时。其中，步骤S2中，所述洗涤白色沉淀物包括两次用乙醇洗涤和一次用去离子水洗涤的步骤。其中，步骤S2中，所述烘干的操作和条件为本领域常规的烘干的操作和条件，较佳地在60℃的电热鼓风干燥箱中进行。其中，步骤S3中，所述烧结的温度较佳地为500-700℃，更佳地为600℃，所述烧结保温的时间较佳地为2-4小时，更佳地为3小时。在本专利技术的一较佳实施例中，掺铜介孔硅酸镁微球采用包括如下步骤的方法制备：M1、在35-40℃下，将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶解于水中，CTAB完全溶解后，加入六水合硝酸镁(Mg(NO3)2·6H2O)及三水合硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)，静置反应；M2、将M1所得的反应产物离心并洗涤所得淡绿色沉淀物，烘干；M3、将M2所得烘干产物置于马弗炉中烧结，除去CTAB，得到的淡绿色粉末即为掺铜介孔硅酸镁微球(CuNMS)。其中，步骤M1中，所述水可为去离子水。在本专利技术一较佳实施例中，步骤M1按照如下操作进行：在35-40℃下，0.6-0.8g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶解于30-35mL去离子水中，CTAB完全溶解后，1.6-1.8g六水合硝酸镁及0.5-0.6g三水合硝酸铜，静置反应。其中，步骤M1中，静置反应时间为3-6小时，优选4小时。其中，步骤M2中，所述洗涤淡绿色沉淀物包括两次用乙醇洗涤和一次用去离子水洗涤的步骤。其中，步骤M2中，所述烘干的操作和条件为本领域常规的烘干的操作和条件，较佳地在60℃的电热鼓风干燥箱中进行。其中，步骤M3中，所述烧结的温度较佳地为500-700℃，更佳地为600℃，所述烧结保温的时间较佳地为2-4小时，更佳地为3小时。本专利技术第二方面提供了一种制备如本专利技术第一方面所述的具有涂层的聚丁二酸丁二醇酯支架的方法，所述方法包括以下步骤：(1)3D打印制备聚丁二酸丁二醇酯支架基体；(2)在步骤(1)制备的聚丁二酸丁二醇酯支架基体表面形成多巴胺膜，得到多巴胺表面改性聚丁二酸丁二醇酯支架(DP)；(3)在步骤(2)制备的DP上涂覆所述介孔硅酸镁微球或掺铜介孔硅酸镁微球，即得到本专利技术的具有涂层的聚丁二酸丁二醇酯支架。步骤(1)中，3D打印制备聚丁二酸丁二醇酯支架基体的方法为本领域常规的3D打印方法。在本专利技术的一较佳实施例中，聚丁二酸丁二醇酯支架基体采用包括如下步骤的方法制备：将聚丁二酸丁二醇酯(PBSu)加入到3D打印设备的料筒内，加热料筒温度到110-115℃，进行3D打印，打印完毕，冷却，即得PBSu支架基体。其中，所述3D打印设备为本领域常规，较佳地由上海富奇凡机电科技有限公司提供，设备型号为HTS-300。其中，所述3D打印的技术参数包括如下：3D打印设备的出料速率较佳地为100-200g/min，更佳地为150g/min；3D打印设备的机械臂移动速率较佳地为0.1-1m/s，更佳地为0.5m/s；所述冷却较佳地为自然冷却。步骤(2)中，在聚丁二酸丁二醇酯支架基体表面形成多巴胺膜的方法为领域常规，在本专利技术的一较佳实施例中，采用包括以下步骤的方法进行：将PBSu支架基体超声清洗，然后浸入多巴胺溶液中搅拌；用去离子水清洗、烘干，从而得到支架样品DP。其中，所述PBSu支架基体的超声清洗较佳地在去离子水中进行，超声时间较佳地为5-20分钟，更佳地为10分钟。其中，所述的多巴胺溶液较佳地为多巴胺的Tris-HCl缓冲溶液，所述多巴胺溶液的浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一具有涂层的聚丁二酸丁二醇酯支架，其特征在于，所述支架包括聚丁二酸丁二醇酯支架基体、多巴胺膜和介孔硅酸镁微球涂层或掺铜介孔硅酸镁微球涂层；所述的介孔硅酸镁微球涂层或掺铜介孔硅酸镁微球涂层涂覆在多巴胺膜的外层；所述的多巴胺膜位于聚丁二酸丁二醇酯支架基体的表面；所述的介孔硅酸镁微球涂层或掺铜介孔硅酸镁微球涂层中，微球粒径为180‑220nm，微球的孔径为3‑5nm；所述的多巴胺膜的厚度为50‑100nm。

【技术特征摘要】
1.一具有涂层的聚丁二酸丁二醇酯支架，其特征在于，所述支架包括聚丁二酸丁二醇酯支架基体、多巴胺膜和介孔硅酸镁微球涂层或掺铜介孔硅酸镁微球涂层；所述的介孔硅酸镁微球涂层或掺铜介孔硅酸镁微球涂层涂覆在多巴胺膜的外层；所述的多巴胺膜位于聚丁二酸丁二醇酯支架基体的表面；所述的介孔硅酸镁微球涂层或掺铜介孔硅酸镁微球涂层中，微球粒径为180-220nm，微球的孔径为3-5nm；所述的多巴胺膜的厚度为50-100nm。2.如权利要求1所述的支架，其特征在于，所述多巴胺膜的厚度为60-80nm；和/或，所述介孔硅酸镁微球或掺铜介孔硅酸镁微球的孔径为4nm；和/或，所述介孔硅酸镁微球或掺铜介孔硅酸镁微球的粒径为200nm；和/或，所述介孔硅酸镁微球的比表面积为500-570m2/g，优选538.1m2/g；和/或，所述掺铜介孔硅酸镁微球的比表面积为450-550m2/g，优选490.4m2/g；和/或，所述的掺铜介孔硅酸镁微球中，铜的含量为3-7wt％，优选5wt％；和/或，所述聚丁二酸丁二醇酯的数均分子量为4×104-7×104，重均分子量/数均分子量为1.2-2.4；和/或，所述介孔硅酸镁微球由包括如下步骤的方法制得：S1、将十六烷基三甲基溴化铵完全溶解于水中，加入氨水、正硅酸乙酯和六水合硝酸镁，静置反应；S2、将S1所得的反应产物离心并洗涤所得白色沉淀物，烘干；S3、将S2所得烘干产物置于马弗炉中烧结，除去十六烷基三甲基溴化铵，所得白色粉末即为介孔硅酸镁微球；和/或，所述掺铜介孔硅酸镁微球由包括如下步骤的方法制得：M1、将十六烷基三甲基溴化铵完全溶解于水中，加入六水合硝酸镁及三水合硝酸铜，静置反应；M2、将M1所得的反应产物离心并洗涤所得淡绿色沉淀物，烘干；M3、将M2所得烘干产物置于马弗炉中烧结，除去十六烷基三甲基溴化铵，所得淡绿色粉末即为掺铜介孔硅酸镁微球。3.如权利要求2所述的支架，其特征在于，步骤S1中的水为去离子水；和/或，步骤S1中，所述氨水的浓度为1-1.5M，优选1M；和/或，步骤S1中，所述静置反应的时间为3-6小时，优选4小时；和/或，步骤S1按照如下操作进行：在35-40℃下，0.6-0.8g十六烷基三甲基溴化铵溶解于30-35mL去离子水中，依次加入6.5-7.5mL1M氨水，3.2-3.8mL正硅酸乙酯和2.3-2.5g六水合硝酸镁，静置反应；和/或，步骤S2中，所述洗涤采用去离子水和无水乙醇进行洗涤；和/或，步骤S2中，所述烘干的温度为50-70℃，较佳地为60℃；和/或，步骤S3中，所述烧结的温度为500-700℃，优选600℃；所述烧结的保温时间为2-4小时，优选3小时；和/或，步骤M1中，所述氨水的浓度为1-1.5M，优选1M；和/或，步骤M1中，所述水为去离子水；和/或，步骤M1中，所述静置反应的时间为3-6小时，优选4小时；和/或，步骤M1按照如下操作进行：在35-40℃下，0.6-0...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏杰，袁朝，魏武，吴涵，唐亮琛，胡兴龙，苏佳灿，吴钊英，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31