梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复支架及其制备方法技术

本发明专利技术公开了梯度化3D打印Ti‑PDA‑BMP‑2骨缺损修复支架及其制备方法。本发明专利技术梯度化3D打印Ti‑PDA‑BMP‑2骨缺损修复支架由Ti6Al4V粉末通过3D打印技术制备成渐变孔隙纤维网格状结构的梯度化3D打印Ti支架，通过纤维表面的聚多巴胺粘附具备骨修复能力的生物因子BMP‑2，可用于骨缺损的修复治疗。本发明专利技术具有结构简单可靠，外形与微结构可控，表面改性简便高效，力学性能可靠，生物活性及安全性高，植入方便，创伤小、成本低的优点。

Gradient 3D printing Ti-PDA-BMP-2 scaffold for bone defect repair and its preparation method

The invention discloses a gradient 3D printing Ti PDA BMP 2 bone defect repair scaffold and a preparation method thereof. The gradient 3D printing Ti PDA BMP 2 bone defect repair scaffold of the invention is prepared by Ti6Al4V powder through 3D printing technology into gradient 3D printing Ti scaffold with gradient porous fiber mesh structure. The gradient 3D printing Ti scaffold can be used for bone defect repair by adhering the biological factor BMP 2 with bone repair ability through polydopamine on the surface of the fiber. The invention has the advantages of simple and reliable structure, controllable shape and microstructure, simple and efficient surface modification, reliable mechanical properties, high biological activity and safety, convenient implantation, small trauma and low cost.

【技术实现步骤摘要】
梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复支架及其制备方法
本专利技术属于骨组织修复及重建领域，涉及梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复支架及其制备方法。
技术介绍
骨缺损的修复和重建是骨科临床面临的问题之一。众所周知，自体骨被认为是骨移植的金标准，但其来源有限且可能导致供给部位的坏死、术后的慢性疼痛、过敏反应和感染等并发症。而同种异体骨和异种骨由于来源广泛且不需要额外的手术操作而被广泛应用，但同时也存在缓慢的整合与重塑、免疫排斥反应和疾病传播等并发症，尤其是降低了移植物的骨诱导性和骨传导性。目前支架材料有生物活性磷酸钙陶瓷、磷酸钙骨水泥(CPC)、羟基磷灰石(HA)、珊瑚、石膏；聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)；胶原、脱钙骨基质(DBM)、纤维蛋白凝块(FC)等。而理想的骨基质材料应具备以下几个条件:(1)良好的生物相容性,在植入体内以后,无论其本身或其降解产物都应对机体无毒副作用,不会产生炎症反应,不会引起宿主的移植排斥反应。(2)材料的降解速率必须与新骨的生成速率相匹配，材料完成支架作用后,可被完全吸收。(3)具有孔隙率至少达90％以上的三维立体结构和一定的坚韧性,为组织细胞提供高比率的接触表面积和生长空间。(4)材料不仅能维持细胞形态和表型,而且能促进细胞粘附、增殖,诱导组织再生。虽然目前研究的多孔陶瓷材料、高分子材料及其他们的复合材料等能够作为有潜力的骨移植支架材料，但是它们均存在种种弊端，尤其是不能满足承重部位骨组织修复的要求。近几年来，三维多孔结构的金属支架的潜在应用吸引了越来越多的研究者的注意力，三维多孔结构的金属支架被认为一种很有前景的骨移植材料而广泛应用于骨科和牙科领域。和陶瓷、聚合物材料相比，金属因其较高的机械强度和断裂韧性而适合承重部位的应用。在众多金属材料中，钛及其合金因其良好的生物相容性、生物安全性、良好的机械特性以及耐腐蚀性等优点而被广泛应用。但钛金属作为支架材料，同样具有生物活性较低的问题，因此，目前已开展众多基于材料本身的改性及种子细胞及骨生成和吸收相关的生长因子的复合的研究。材料本身改性主要依靠理化因素的处理，包括酸碱处理，电磁及氧化还原的方式引入其他元素以期待提升支架的生物活性。这些方法在支架制备过程中即较为复杂，且均一性难以得到控制。而种子细胞是组织工程化骨的关键问题。理想的种子细胞具有取材容易,对机体损伤小；体外扩增容易，表达稳定；植入体内无免疫排斥，具有成骨较强能力，而无致瘤性。目前研究较多的有成骨细胞、骨髓基质细胞、间充质干细胞、脂肪干细胞及胚胎干细胞等。但是对于金属支架而言，较低的细胞携带率仍是阻碍其进一步发展的瓶颈。至于生长因子，目前发现认识的骨生成相关的有骨形态发生蛋白(bonemorphogeneticproteins,BMP)、转化生长因子-β(transforminggrowthfactor-β,TGF-β)、类胰岛素生长因子(insulin-likegrowthfactor,IGF)、碱性成纤维细胞生长因子(fibroblastgrowthfactorFGF)、血小板衍生因子(platelet-derivedgrowthfactor,PDGF)、血管内皮细胞生长因子(vascu2larendothelialgrowthfactor,VEGF)等。但是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，力学强度合适，手术植入方便，对人体创伤小，低成本、可诱导骨长入的组织工程化骨以行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
本专利技术的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复支架。本专利技术的另一目的是提供该梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复支架的制备方法。本专利技术的目的可通过以下技术方案实现：一种梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复组织工程支架，由Ti6Al4V经3D打印技术制备的具有渐变多孔结构的梯度化3D打印Ti支架，Ti支架的纤维表面的PDA涂层以及PDA涂层表面吸附的BMP-2组成。所述的梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复组织工程支架，优选通过激光烧结技术将Ti6Al4V粉末烧结出成型纤维束、通过纤维束的不同层次与角度的拼接架构制备渐变孔隙纤维网格状结构的梯度化3D打印Ti支架；梯度化3D打印Ti支架正方形孔隙初始边长为500微米，逐层递加100微米；随后在一定条件下使得多巴胺在梯度化3D打印Ti支架的纤维表面自聚合形成PDA涂层，从而制备梯度化3D打印Ti-PDA支架；最后，将所得梯度化3D打印Ti-PDA支架通过吸附生物因子的方法在PDA涂层表面负载BMP-2，制备得到梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复组织工程支架。所述的梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复组织工程支架，优选激光烧结技术烧结出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，每个纤维之间的距离影响孔隙的大小，这样就最终可以形成500-600-700-800微米渐变孔隙结构；亦可以依据实际需要形成其他特殊的梯度化、层次化相交结构。本专利技术所述的梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复组织工程支架的制备方法，通过激光烧结技术将Ti6Al4V粉末烧结出成型纤维束、通过纤维束的不同层次与角度的拼接架构制备渐变孔隙纤维网格状结构的梯度化3D打印Ti支架；梯度化3D打印Ti支架初始正方形孔隙为500微米，逐层递加100微米；随后在一定条件下使得多巴胺在梯度化3D打印Ti支架的纤维表面自聚合形成PDA涂层，从而制备梯度化3D打印Ti-PDA支架；最后，将所得梯度化3D打印Ti-PDA支架通过吸附生物因子的方法在PDA涂层表面负载BMP-2，制备得到梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复组织工程支架。所述的制备方法，优选包含以下步骤：(1)制备梯度化3D打印Ti支架：将Ti6Al4V粉末通过激光烧结形成成型纤维束、通过纤维束的不同层次与角度的拼接架构获得梯度化3D打印Ti支架；其初始孔隙为500微米，逐层递加100微米。(2)制备梯度化3D打印Ti-PDA支架：制备DA-Tris-HCL溶液，其中多巴胺的浓度为2g/L-8g/L，将梯度化3D打印Ti支架加入上述溶液中，避光、不密封状态下搅拌，待多巴胺在Ti纤维表面自聚合形成PDA后取出支架，得到梯度化3D打印Ti-PDA支架；(3)制备梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复组织工程支架：将已制备好的3D打印Ti-PDA支架浸泡于含有25或50或100微克μg/mL的BMP-2水溶液中，借助梯度化3D打印Ti-PDA支架表面PDA中含有的酚羟基、含氮基团对溶液中BMP-2的吸附作用，将其固定在基体表面,浸泡8、16、24h后取出支架，实现不同浓度的梯度化Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯度化3D打印Ti‑PDA‑BMP‑2骨缺损修复组织工程支架，其特征在于由Ti6Al4V经3D打印技术制备的具有渐变多孔结构的梯度化3D打印Ti支架，Ti支架的纤维表面的PDA涂层以及PDA涂层表面吸附的BMP‑2组成。

【技术特征摘要】
1.一种梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复组织工程支架，其特征在于由Ti6Al4V经3D打印技术制备的具有渐变多孔结构的梯度化3D打印Ti支架，Ti支架的纤维表面的PDA涂层以及PDA涂层表面吸附的BMP-2组成。2.根据权利要求1所述的梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复组织工程支架，其特征在于通过激光烧结技术将Ti6Al4V粉末烧结出成型纤维束、通过纤维束的不同层次与角度的拼接架构制备渐变孔隙纤维网格状结构的梯度化3D打印Ti支架；梯度化3D打印Ti支架正方形孔隙初始边长为500微米，逐层递加100微米；随后在一定条件下使得多巴胺在梯度化3D打印Ti支架的纤维表面自聚合形成PDA涂层，从而制备梯度化3D打印Ti-PDA支架；最后，将所得梯度化3D打印Ti-PDA支架通过吸附生物因子的方法在PDA涂层表面负载BMP-2，制备得到梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复组织工程支架。3.根据权利要求2所述的梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复组织工程支架，其特征在于激光烧结技术烧结出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，每个纤维之间的距离影响孔隙的大小，这样就最终可以形成500-600-700-800微米渐变孔隙结构；亦可以依据实际需要形成其他特殊的梯度化、层次化相交结构。4.权利要求1所述的梯度化3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复组织工程支架的制备方法，其特征在于通过激光烧结技术将Ti6Al4V粉末烧结出成...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚庆强，王黎明，徐燕，于一帆，
申请(专利权)人：南京市第一医院，
类型：发明
国别省市：江苏,32