一种3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架及其制备方法和应用技术

本发明专利技术为一种3D打印PCL‑PDA‑AgNPs抗感染骨组织工程支架及制备方法和应用，属于生物工程化人体植入物。该方法以聚ε己内酯作为基材，聚多巴胺作为表面改性材料，同时结合具备抗感染生物性能的银纳米粒子，从而实现抗感染、促骨长入与骨缺损修复的生物学功能。本发明专利技术具有结构简单可靠，外形与微结构可控，力学性能可靠，离子释放性能可控，植入方便，创伤小、成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架及其制备方法和应用
本专利技术涉及3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架及制备方法和应用，属生物工程化人体植入物，可以用于治疗多种致病菌，如：金黄色葡萄球菌、化脓链球菌、β-溶血性链球菌、炭疽杆菌、白喉杆菌等导致的急、慢性骨髓炎、化脓性关节炎骨破坏的治疗及感染后骨缺损的修复治疗。
技术介绍
感染被定义为宿主组织与微生物局部浓度之间的平衡被打破，一般认为体内微生物超过105个每克组织或有金黄色葡萄球菌、化脓链球菌、β-溶血性链球菌等致病菌的存在即被认为存在感染。在众多感染性疾病中，骨、关节的感染不仅是骨科常见多发病，而且受限于局部血液供应差、对细菌抵抗力低、抗生素渗透性差等缺陷，往往难以愈合，很多急性、亚急性感染最终迁延为慢性感染。以往该骨科常用的抗感染策略通常是一期手术清创，静脉予以抗生素，局部应用含抗生素的间隔块或者骨水泥串珠。一般而言，这种方法取得较好的效果。随后可二期手术去除局部填充物，行翻修手术。但是，随着耐药菌株的出现，即使局部及静脉联合应用抗生素，也有可能发生抗感染的失败。在骨、关节感染的治疗中，由于局部微循环差，生长因子少、活性低，细胞膜受体结构变化导致生长因子与受体之间失偶联，细菌还可能黏附在内植物部位形成生物膜导致内植物表面存在生物材料整合入周围组织与细菌黏附到材料表面的竞争等。同时，感染性病变对骨的侵蚀、破坏往往带来局部的死骨形成及骨缺损，甚至伴有皮肤、软组织的窦道形成，清创手术失败率、感染复发率高，往往导致患者严重的活动受限。因此，目前如何实现理想的局部抗菌，在清创祛除死骨与感染性病灶后能够有效的促进骨长入，同时无需二次手术一直是骨科临床与科研关注的重点。目前的临床经典的治疗策略是基于聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)的抗生素珠链植入法，但该方法不能降解，需二次手术取出，并会为病原菌的生长提供适宜的生长环境，造成感染复发，而且没有骨诱导与骨长入性能，因此急需新的方法进行替代。随着组织工程学的进展，近年来有多种新的工程化生物材料-抗生素复合支架作为抗骨感染修复材料在实验室被研究，包括：羟基磷灰石(Hydroapatite,HA)-抗生素支架，磷酸钙水泥(Alciumphosphatecement,CPC)-壳聚糖-抗生素复合支架，聚乳酸(Polylacticacid，PLA)、聚羟基乙酸(Polyglycolicacid，PGA)、PGA-PLA共聚物等人工类ECM材料-抗生素复合支架等，部分研究还尝试采用多种方法在支架上结合重组人骨形态生成蛋白2(Recombinanthumanbonemorphogeneticprotein-2,rhBMP-2)、转化生长因子-β(transforminggrowthfactor-β,TGF-β)等生物活性因子以促进骨长入。但这些材料均存在一定的缺陷，包括：1.HA、CPC等材料的脆性高、加工性能低，难以进行特定三维形态的加工与塑性，往往依赖于材料本身的三维构型；2.PGA、PLA等材料的生物活性低、弹性模量、拉伸强度、三维精加工方式上存在一定不足；3.目前尚缺乏对组织工程化支架材料的结构与成分进行精细调控的手段，故难以针对不同感染阶段(急性期、亚急性期、慢性感染)的用药特点，实现有效合理的药物释放；4.生物活性因子存在免疫排斥、病原体传播、过敏反应、潜在致肿瘤、致畸形可能性，生物安全性得不到保证，而且临床级的rhBMP-2、TGF-β等生物因子往往需要进口，且价格昂贵，每毫克的采购价就达到近千美元。综上所述，开发出一种结构简单可靠，弹性和支撑力合适，手术植入方便，对人体创伤小，低成本、可诱导骨长入且可以实现抗生素控制释放的组织工程化抗骨感染支架对急、慢性骨髓炎、化脓性关节炎骨破坏的治疗及感染后骨缺损的修复治疗、对我国的卫生事业发展、对建设创新性国家都有重要的现实意义。
技术实现思路
为了克服现有抗骨感染材料的上述问题，本专利技术的目的是提供一种结构简单可靠，外形与微结构可控，力学性能可靠，药物释放性能可控，植入方便，创伤小的3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架及制备方法和应用，用于急、慢性骨髓炎、化脓性关节炎骨破坏的治疗及感染后骨缺损的修复治疗。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架，该支架是通过如下方法制备得到：第一步：制备3D打印PCL支架将PCL通过熔融挤压成型式3D打印的加热系统升温至液态，挤压出成型纤维束、通过纤维束的不同层次与角度拼接架构获得3D支架PCL；第二步：制备3D打印PCL-PDA支架将Tris在水中溶解，之后加入HCL调节体系的至pH值为8～9，配制得到Tris-HCL溶液；多巴胺溶于Tris-HCL溶液中，搅拌溶解，配置为DA-Tris-HCL溶液；将3D支架PCL加入DA-Tris-HCl溶液中，避光的条件下搅拌，待DA在PCL表面自聚合形成PDA后取出支架，得到3D打印PCL-PDA支架；第三步：制备3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架在分散剂的作用下，将制备的3D打印PCL-PDA支架加入银氨溶液中，25℃搅拌反应直到AgNPs纳米颗粒粘附于3D打印支架的纤维表面后，将支架取出，清洗并真空干燥，得到的产品即为3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架。一种3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架的制备方法，该方法包括以下步骤：第一步：制备3D打印PCL支架将PCL通过熔融挤压成型式3D打印的加热系统升温至液态，挤压出成型纤维束、通过纤维束的不同层次与角度的拼接架构获得3D支架PCL；第二步：制备3D打印PCL-PDA支架将Tris在水中溶解，之后加入HCl调节体系的至pH值为8～9，配制得到Tris-HCL溶液；多巴胺溶于Tris-HCL溶液中，搅拌溶解，配置为DA-Tris-HCL溶液；将3D支架PCL加入DA-Tris-HCl溶液中，避光的条件下搅拌，待DA在PCL表面自聚合形成PDA后取出支架，得到3D打印PCL-PDA支架；第三步：制备3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架以分散剂的作用下，将制备的3D打印PCL-PDA支架加入银氨溶液中，25℃搅拌反应直到AgNPs纳米颗粒粘附于3D打印支架的纤维表面后，将支架取出，清洗并真空干燥，得到的产品即为3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架。本专利技术技术方案中：第一步中3D打印的纤维通过不同层次与角度的逐层累积与拼接架构而成的多孔隙结构，孔隙是各层纤维在0-180°的范围内相交并累积而形成，形成0-90°正交行结构、0-45-90-135-180°菱形结构、0-60-120-180°三角形结构在内的规律性孔隙，亦可以依据实际需要形成特殊的梯度化、层次化相交结构。本专利技术技术方案中：第二步中Tris在水中溶解后的质量含量为0.05～0.2％；Tris和多巴胺的质量比为0.3～1：1。本专利技术技术方案中：第三步中所述的银氨溶液是在8～15g/L的硝酸银溶液中缓慢滴加氨水，溶液由透明变浑浊，继续滴加氨水至溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印PCL‑PDA‑AgNPs抗感染骨组织工程支架，其特征在于：该支架是通过如下方法制备得到：第一步：制备3D打印PCL支架将PCL通过熔融挤压成型式3D打印的加热系统升温至液态，挤压出成型纤维束、通过纤维束的不同层次与角度拼接架构获得3D支架PCL；第二步：制备3D打印PCL‑PDA支架将Tris在水中溶解，之后加入HCL调节体系的至pH值为8～9，配制得到Tris‑HCL溶液；多巴胺溶于Tris‑HCL溶液中，搅拌溶解，配置为DA‑Tris‑HCL溶液；将3D支架PCL加入DA‑Tris‑HCl溶液中，避光的条件下搅拌，待DA在PCL表面自聚合形成PDA后取出支架，得到3D打印PCL‑PDA支架；第三步：制备3D打印PCL‑PDA‑AgNPs抗感染骨组织工程支架在分散剂的作用下，将制备的3D打印PCL‑PDA支架加入银氨溶液中，25℃搅拌反应直到AgNPs纳米颗粒粘附于3D打印支架的纤维表面后，将支架取出，清洗并真空干燥，得到的产品即为3D打印PCL‑PDA‑AgNPs抗感染骨组织工程支架。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架，其特征在于：该支架是通过如下方法制备得到：第一步：制备3D打印PCL支架将PCL通过熔融挤压成型式3D打印的加热系统升温至液态，挤压出成型纤维束、通过纤维束的不同层次与角度拼接架构获得3D支架PCL；第二步：制备3D打印PCL-PDA支架将Tris在水中溶解，之后加入HCL调节体系的至pH值为8～9，配制得到Tris-HCL溶液；多巴胺溶于Tris-HCL溶液中，搅拌溶解，配置为DA-Tris-HCL溶液；将3D支架PCL加入DA-Tris-HCl溶液中，避光的条件下搅拌，待DA在PCL表面自聚合形成PDA后取出支架，得到3D打印PCL-PDA支架；第三步：制备3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架在分散剂的作用下，将制备的3D打印PCL-PDA支架加入银氨溶液中，25℃搅拌反应直到AgNPs纳米颗粒粘附于3D打印支架的纤维表面后，将支架取出，清洗并真空干燥，得到的产品即为3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架。2.根据权利要求1所述的3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架，其特征在于：第二步中Tris在水中溶解后的质量含量为0.05～0.2％；Tris和多巴胺的质量比为0.3～1：1。3.根据权利要求1所述的3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架，其特征在于：第三步中所述的银氨溶液是在8～15g/L的硝酸银溶液中缓慢滴加氨水，溶液由透明变浑浊，继续滴加氨水至溶液刚好澄清，得到的透明溶液即为银氨溶液。4.根据权利要求1所述的3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架，其特征在于：第三步中所述的分散剂为浓度为0.5～10w％t的聚乙烯吡咯烷酮。5.一种3D打印PCL-PDA-AgNPs抗感染骨组织工程支架的制备方法，其特征在于：该方法包括以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：王黎明，姚庆强，周进，
申请(专利权)人：南京冬尚生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32