纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及生物医学材料技术领域，具体涉及一种纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架，包括3D打印多孔钛基底材料和纳米羟基磷灰石涂层；所述3D打印多孔钛基底材料表面形成微孔网络TiO2层；所述纳米羟基磷灰石涂层均匀分布在所述微孔网络TiO2层表面。本发明专利技术还公开了一种纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架的制备方法及其在骨肿瘤手术缺损修复材料制备中的应用。本发明专利技术提供的纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架，不仅具有良好的成骨效果，而且可抑制局部残余肿瘤细胞生长，减少复发，表现出良好的临床应用前景。

Nano-hydroxyapatite coated porous titanium scaffolds and their preparation methods and Applications

The invention relates to the technical field of biomedical materials, in particular to a nano hydroxyapatite coated porous titanium scaffold, a preparation method and application thereof. The nano-hydroxyapatite coated porous titanium scaffold provided by the invention comprises a 3D printed porous titanium substrate material and a nano-hydroxyapatite coating; the surface of the 3D printed porous titanium substrate material forms a microporous network titanium dioxide layer; and the nano-hydroxyapatite coating is evenly distributed on the surface of the microporous network titanium dioxide layer. The invention also discloses a preparation method of nano-hydroxyapatite coated porous titanium scaffold and its application in the preparation of bone tumor surgical defect repair material. The nano-hydroxyapatite coated porous titanium scaffold provided by the invention not only has good osteogenic effect, but also inhibits the growth of local residual tumor cells, reduces recurrence and shows good clinical application prospect.

【技术实现步骤摘要】
纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架及其制备方法和应用
本专利技术涉及生物医学材料
，具体涉及一种纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架及其制备方法和应用。
技术介绍
骨肿瘤是发生于骨骼及其附属组织的肿瘤，有良性和恶性之分，良性骨肿瘤易根治，预后良好，恶性骨肿瘤发展迅速，预后不佳，死亡率高。恶性骨肿瘤分为原发性和继发性，继发性恶性骨肿瘤术后节段性缺损的修复重建和抑制局部肿瘤复发，是临床面临的一大重要难题。目前手术切除是治疗骨肿瘤的主要手段，由于化疗方法的进步，近年来一些学者开始从事瘤段切除或全股骨切除方面的工作，用人工假体置换，采取保留肢体的“局部广泛切除加功能重建”辅以化疗的措施，对骨肿瘤疾病进行根治。骨肿瘤术后节段性缺损的修复重建和抑制局部肿瘤复发，是临床面临的一大难题。钛基植入体在临床承力骨修复中得到广泛应用，多孔钛可调的力学性能不仅使其可有效防止植入体应力遮挡引起的周围骨组织吸收，而且其适当的表面改性可赋予其优异的骨诱导性，促进骨缺损的修复和重建。纳米HA粒子可促进成骨细胞增殖，同时具有良好的凋亡或抑制肿瘤细胞增殖作用。研发可提供即刻有效支撑的结构性植骨修复材料，赋予其抗肿瘤和促骨再生功能，对提高骨肿瘤患者的长期生存率、改善患者术后肢体功能和生活质量、减轻社会和家庭负担有着十分重要的意义。中国专利CN101401976B公开了一种抗骨肿瘤复合骨重建支架的制备方法，该方法将化疗药物纳米囊复合微球与纳米氧化锆或磷酸钙人工骨架复合，制得复合骨重建支架。该复合骨重建支架通过缓释化疗药物，表现出良好的抗骨肿瘤效果。但是，该支架采用的化疗药物甲氨蝶呤，主要表现为对癌细胞的抑制作用，且疗效较慢。医用生物金属表面沉积生物活性涂层能够充分发挥金属材料和生物活性材料的优点，也是骨组织工程学研究的热点之一。羟基磷灰石(HA)作为磷酸钙陶瓷的一种，它的化学结构与天然骨矿物质相近，因此具有良好的骨诱导性和骨传导性，此外，均匀分布于骨支架基底材料表面的纳米HA粒子还具有良好的凋亡或抑制肿瘤细胞增殖作用。中国专利CN103751840B公开了一种具有多孔可控低模量的骨缺损修复支架，该骨缺损修复支架由具有多孔可控低模量的钛合金支架及在其表面沉积的羟基磷灰石涂层或掺锶羟基磷灰石涂层组成，虽然，该多孔可控低模量的钛合金支架具有与自然骨相近的弹性模量，多孔结构有利于生长因子、血管及新生骨组织的长入，有效地解决了骨-材料界面应力问题，具有比致密材料更好的力学相容性和骨长入能力。但是，该支架没有解决骨肿瘤细胞残留造成的局部肿瘤复发问题。目前，骨肿瘤疾病较为常见，现有技术在肿瘤术后缺损修复速度及残余肿瘤细胞凋亡方面的应用还较少，成为骨肿瘤修复材料研发的一个方向。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架及其制备方法和应用。本专利技术提供的纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架的纳米羟基磷灰石涂层采用纳米羟基磷灰石粒子，不仅可以促进成骨细胞增殖，还具有凋亡肿瘤细胞或抑制肿瘤细胞增殖的作用，达到良好的凋亡癌细胞、抑制肿瘤增长和促骨再生的效果，因此，表现出良好的应用前景。本专利技术的技术方案是：本专利技术提供了一种纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架，包括3D打印多孔钛基底材料和纳米羟基磷灰石涂层；所述3D打印多孔钛基底材料由自外向里孔径逐级减小的大孔组成；所述3D打印多孔钛基底材料表面形成厚度为0.5-2.0μm的微孔网络TiO2层；所述纳米羟基磷灰石涂层均匀分布于所述微孔网络TiO2层表面。进一步地，所述3D打印多孔钛基底材料自外向里孔径逐级减小的大孔结构为立方体多孔单元、八面体多孔单元、金刚石点阵单元、螺旋二十四面体单元中的一种或几种；所述3D打印多孔钛基底材料自外向里孔径逐级减小的大孔的平均孔径为300-800μm。进一步地，所述3D打印多孔钛基底材料的孔隙率为60-90％，抗压强度为60-120MPa，弹性模量为0.5-5.0GPa。进一步地，所述纳米羟基磷灰石涂层由纳米羟基磷灰石粒子组成；所述纳米羟基磷灰石涂层的厚度为20-100μm。进一步地，所述纳米羟基磷灰石粒子的微晶形貌为近球形、针状或棒状中的一种或几种。进一步地，所述纳米羟基磷灰石涂层自内向外结晶度依次降低，结合力逐渐减弱。本专利技术还提供了一种纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架的制备方法，包括以下步骤：S1、利用金属3D打印技术制得多孔钛基底材料；S2、对步骤S1制得的多孔钛基底材料进行酸碱或热碱热处理，在其孔壁及骨架表面形成厚度为0.5-2.0μm的纳米级微孔网络TiO2层，制得纳米级微孔网络TiO2层多孔钛基底材料；S3、利用湿化学法制备纳米羟基磷灰石粒子浆料，加入聚乙二醇或聚乙烯醇高分子模板，并结合水热处理调控纳米复合粒子的微晶形貌为近球形、针状或棒状，得到纳米羟基磷灰石涂层浆料；S4、向步骤S3制得的纳米羟基磷灰石涂层浆料中加入H2O2和甲基纤维素，置于微波炉中辅助加热发泡，制得发泡涂层浆料；S5、将步骤S2制得的纳米级微孔网络TiO2层多孔钛基底材料经过真空脱气处理浸没入步骤S4制得的发泡涂层浆料中，超声处理，待发泡涂层浆料发泡充分并填充入纳米级微孔网络TiO2层多孔钛基底材料内部孔隙后取出，烘箱中80℃烘干，在马弗炉中于设定温度下热处理1-2小时；S6、重复步骤S5的操作3-5次，热处理温度依次从600℃、500℃、400℃、300℃、150℃逐渐降低，得到涂层厚度为20-100μm、自内向外结晶度依次降低、结合力逐渐减弱的纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架材料；S7、将步骤S6制得的纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架材料进行封装灭菌，即得。进一步地，所述纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架在制备骨肿瘤修复材料中的应用。进一步地，所述步骤S1多孔钛基底材料的制备方法为：(1)将CT图像导入Mimics、simpleware等逆向工程软件，三维重建得到目标骨组织的三维图像，平均孔柱为100-1000μm、平均孔径为300-800μm，以立方体多孔单元、八面体多孔单元、金刚石点阵单元、螺旋二十四面体单元充填、扩展该图像，得到个性化的多孔连通三维数字模型。(2)采用3D打印机，以纯钛或钛合金粉为原料，依据(1)设计的多孔连通三维数字模型打印多孔钛支架。进一步地，经抗肿瘤试验发现，与对照组相比，本专利技术制备的纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架可以显著抑制肿瘤细胞生长，具有较好的肿瘤细胞凋亡效果，说明本专利技术提供的纳米羟基磷灰石粒子起到凋亡肿瘤细胞的作用。经细胞毒性实验发现，与对照组相比，本专利技术制备的纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架对正常细胞无明显的增殖抑制作用,表明本专利技术提供的纳米羟基磷灰石涂层可对正常细胞无毒副作用。与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：(1)本专利技术提供的纳米羟基磷灰石粒子具有良好的的凋亡癌细胞、抑制肿瘤增长和促骨再生的功能；(2)本专利技术提供的纳米羟基磷灰石涂层，自内向外结晶度依次降低、结合力逐渐减弱，对正常细胞无毒副作用；(3)本专利技术对多孔钛基底材料表面进行适当改性制得的纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架，具有优异的促骨再生性能，能够促进骨缺损的修复和重建。附图说明图1为纳米羟基磷灰石缓释试验图；图2为骨肿瘤体积变化图。具体实施方式以下通过实施例形式的具体实施方式，对本专利技术的上述内容作进一步的详本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架，其特征在于，包括3D打印多孔钛基底材料和纳米羟基磷灰石涂层；所述3D打印多孔钛基底材料由自外向里孔径逐级减小的大孔组成；所述3D打印多孔钛基底材料表面形成厚度为0.5‑2.0μm的微孔网络TiO2层；所述纳米羟基磷灰石涂层均匀分布于所述微孔网络TiO2层表面。

【技术特征摘要】
1.一种纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架，其特征在于，包括3D打印多孔钛基底材料和纳米羟基磷灰石涂层；所述3D打印多孔钛基底材料由自外向里孔径逐级减小的大孔组成；所述3D打印多孔钛基底材料表面形成厚度为0.5-2.0μm的微孔网络TiO2层；所述纳米羟基磷灰石涂层均匀分布于所述微孔网络TiO2层表面。2.如权利要求1所述的纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架，其特征在于，所述3D打印多孔钛基底材料自外向里孔径逐级减小的大孔结构为立方体多孔单元、八面体多孔单元、金刚石点阵单元、螺旋二十四面体单元中的一种或几种；所述3D打印多孔钛基底材料自外向里孔径逐级减小的大孔的平均孔径为300-800μm。3.如权利要求2所述的纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架，其特征在于，所述3D打印多孔钛基底材料的孔隙率为60-90％，抗压强度为60-120MPa，弹性模量为0.5-5.0GPa。4.如权利要求1所述的纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架，其特征在于，所述纳米羟基磷灰石涂层由纳米羟基磷灰石粒子组成；所述纳米羟基磷灰石涂层的厚度为20-100μm。5.如权利要求4所述的纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架，其特征在于，所述纳米羟基磷灰石粒子的微晶形貌为近球形、针状或棒状中的一种或几种。6.如权利要求1所述的纳米羟基磷灰石涂层多孔钛支架，其特征在于，所述纳米羟基磷灰石涂层自内向外结晶度依次降低，结合力逐渐减弱。7.一种如权利要求1-6任一项所述的纳米羟基磷灰石涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱向东，杨晓，周勇，肖聪，张坤，屠重棋，张兴栋，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51