一种基于营养元素Sr‑P‑Si的新型生物活性陶瓷支架及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种基于营养元素Sr‑P‑Si的新型生物活性陶瓷支架及其制备方法和用途，包括：将Sr5(PO4)2SiO4生物活性陶瓷粉体与粘结剂均匀混合，利用计算机辅助设计软件构造生物活性陶瓷支架陶瓷素坯的结构模型，三维打印所述生物活性陶瓷支架陶瓷素坯；将所得生物活性陶瓷支架陶瓷素坯在1400～1500℃下烧结2～3小时。本发明专利技术将三维打印技术和生物活性陶瓷硅磷酸锶（Sr5(PO4)2SiO4相结合，利用三维打印技术制备的Sr5(PO4)2SiO4支架具有良好的体外生物学性能，能够更有效地促进rBMSCs和HUVECs在其表面粘附和增殖，并且具有良好的力学强度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于营养元素Sr-P-Si的新型生物活性陶瓷支架及其制备方法和用途
本专利技术涉及一种基于营养元素Sr-P-Si的生物活性陶瓷支架及其制备方法和用途，属于生物材料领域。
技术介绍
近年来，随着各种事故、灾害、衰老或疾病造成骨组织受损及骨关节创伤，人们对于骨组织修复材料的需求不断增大。磷酸钙类陶瓷作为目前研究最为广泛的一类骨缺损修复材料，具有优良的生物相容性和成骨传导性[1,2]。但磷酸钙类生物陶瓷本身缺乏诱导成骨活性，且力学性能较差，这在一定程度上限制了其使用[3]。硅是动物和人体组织中的一种重要微量元素，其吸收水平直接影响到骨的质量。尤其在幼骨发育阶段，硅会在新骨钙化区域产生“富集”，并协调钙促进骨组织的早期钙化；此外，硅还与骨骼的生长及结构有关，如果缺乏足量的硅，将会导致骨骼异常、畸形[4]。基于此，人们在过去的十年里对硅酸盐类生物陶瓷用作骨修复材料进行了较为系统的探究[5-8]。结果表明，与传统的磷酸钙类生物陶瓷相比，某些硅酸盐陶瓷的力学性能、降解性以及成骨性能等都更为优越。其最为显著的两大特点为：1)具有诱导多种干细胞成骨分化的能力；2)能够显著诱导成血管化[9-11]。众所周知，提高生物材料的成骨诱导性以及成血管化一直是生物材料研究的难题，硅酸盐生物陶瓷的这一特性为解决该难题提供了新的途径。锶是骨骼的重要组成部分，是生物体内必不可少的一种微量元素。锶已被证实在抑制破骨和促进成骨方面具有突出作用，相关实验结果亦表明，锶离子的释放能够显著促进骨质疏松骨缺损的修复，其修复能力与雌激素相当[12]。参考文献[1]SunH,WuC,DaiK,ChangJ,TangT.Proliferationandosteoblasticdifferentiationofhumanbonemarrow-derivedstromalcellsonakermanite-bioactiveceramics.Biomaterials.2006；27:5651-7.[2]TakahashiY,YamamotoM,TabataY.Osteogenicdifferentiationofmesenchymalstemcellsinbiodegradablespongescomposedofgelatinandβ-tricalciumphosphate.Biomaterials.2005；26:3587-96.[3]PietakAM,ReidJW,StottMJ,SayerM.Siliconsubstitutioninthecalciumphosphatebioceramics.Biomaterials.2007；28:4023-32.[4]CarlisleE.Silicon：APossibleFactorinBoneCalcification.Science.1970；167:279-80.[5]HenchLL.ThestoryofBioglass.JMaterSciMaterMed.2006；17:967-78.[6]KokuboT,KimH-M,KawashitaM.Novelbioactivematerialswithdifferentmechanicalproperties.Biomaterials.2003；24:2161-75.[7]JonesJR.Reviewofbioactiveglass:FromHenchtohybrids.ActaBiomaterialia.2013；9:4457-86.[8]WuC,ChangJ,WangJ,NiS,ZhaiW.Preparationandcharacteristicsofacalciummagnesiumsilicate(bredigite)bioactiveceramic.Biomaterials.2005；26:2925-31.[9]ShieM-Y,DingS-J.IntegrinbindingandMAPKsignalpathwaysinprimarycellresponsestosurfacechemistryofcalciumsilicatecements.Biomaterials.2013；34:6589-606.[10]ZhangN,MolendaJA,FournelleJH,MurphyWL,SahaiN.Effectsofpseudowollastonite(CaSiO3)bioceramiconinvitroactivityofhumanmesenchymalstemcells.Biomaterials.2010；31:7653-65.[11]GuanJ,ZhangJ,GuoS,ZhuH,ZhuZ,LiH,etal.Humanurine-derivedstemcellscanbeinducedintoosteogeniclineagebysilicatebioceramicsviaactivationoftheWnt/β-cateninsignalingpathway.Biomaterials.2015；55:1-11.[12]ThormannU,RayS,SommerU,ElKhassawnaT,RehlingT,HundgeburthM,etal.Boneformationinducedbystrontiummodifiedcalciumphosphatecementincritical-sizemetaphysealfracturedefectsinovariectomizedrats.Biomaterials.2013；34:8589-98.。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术首次将三维打印技术和生物活性陶瓷硅磷酸锶(Sr5(PO4)2SiO4相结合，其目的在于制备一种具有可控大孔形貌的Sr5(PO4)2SiO4支架。一方面，本专利技术提供了一种基于营养元素Sr-P-Si的生物活性陶瓷支架的制备方法，包括：将Sr5(PO4)2SiO4生物活性陶瓷粉体与粘结剂均匀混合，利用计算机辅助设计软件构造生物活性陶瓷支架陶瓷素坯的结构模型，三维打印所述生物活性陶瓷支架陶瓷素坯；将所得生物活性陶瓷支架陶瓷素坯在1400～1500℃下烧结2～3小时，得到所述基于营养元素Sr-P-Si的生物活性陶瓷支架。本专利技术将三维打印技术和生物活性陶瓷硅磷酸锶(Sr5(PO4)2SiO4相结合，利用三维打印技术制备的Sr5(PO4)2SiO4支架具有良好的体外生物学性能，能够更有效地促进rBMSCs和HUVECs在其表面粘附和增殖，并且相对于传统磷酸三钙陶瓷支架具有良好的力学强度。较佳地，所述Sr5(PO4)2SiO4生物活性陶瓷粉体的制备方法包括：以氧化锶、磷酸二氢铵和二氧化硅为原料，按照氧化锶、磷酸二氢铵和二氧化硅摩尔比＝5:2:1球磨混合后在1350～1450℃下烧结3～6小时。又，较佳地，所述球磨混合的球磨速度为300～500转/分钟，球磨时间为4～8小时。较佳地，所述Sr5(PO4)2SiO4生物活性陶瓷粉体的颗粒尺度为100目以下。较佳地，所述粘结剂为普朗尼克(F127)、聚乙烯醇(PVA)中的至少一种。又，较佳地，所述Sr5(PO4)2SiO4生物活性陶瓷粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于营养元素Sr‑P‑Si的生物活性陶瓷支架的制备方法，其特征在于，包括：将Sr5(PO4)2SiO4生物活性陶瓷粉体与粘结剂均匀混合，利用计算机辅助设计软件构造生物活性陶瓷支架陶瓷素坯的结构模型，三维打印所述生物活性陶瓷支架陶瓷素坯；将所得生物活性陶瓷支架陶瓷素坯在1400～1500℃下烧结2～3小时，得到所述基于营养元素Sr‑P‑Si的生物活性陶瓷支架。

【技术特征摘要】
1.一种基于营养元素Sr-P-Si的生物活性陶瓷支架的制备方法，其特征在于，包括：将Sr5(PO4)2SiO4生物活性陶瓷粉体与粘结剂均匀混合，利用计算机辅助设计软件构造生物活性陶瓷支架陶瓷素坯的结构模型，三维打印所述生物活性陶瓷支架陶瓷素坯；将所得生物活性陶瓷支架陶瓷素坯在1400～1500℃下烧结2～3小时，得到所述基于营养元素Sr-P-Si的生物活性陶瓷支架。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Sr5(PO4)2SiO4生物活性陶瓷粉体的制备方法包括：以氧化锶、磷酸二氢铵和二氧化硅为原料，按照氧化锶、磷酸二氢铵和二氧化硅摩尔比=5:2:1球磨混合后在1350～1450℃下烧结3～6小时。3.根据权利要求2所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴成铁，朱慧颖，常江，林初城，翟东，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31