一种磁性纳米骨修复支架及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可生物降解的磁性纳米骨修复支架及其制备方法。本发明专利技术的可生物降解的磁性纳米骨修复支架，是采用软件建模后进行三维打印制备得到的多孔支架，可以根据骨缺损形状设计不同结构的骨修复支架；由于含有在静磁场下具有超顺磁性的纳米颗粒，使得其不仅生物相容性好、在体内可降解，而且可以发挥促进骨生成作用；所述纳米颗粒在降解过程中会产生Fe

A magnetic nano-bone repair scaffold and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种磁性纳米骨修复支架及其制备方法
本专利技术涉及生物医学工程
，具体涉及一种磁性纳米骨修复支架及其制备方法。
技术介绍
如今，老龄化、创伤、骨病造成的骨缺损是当前骨外科治疗中难题。目前，在临床领域多采用自体骨移植来修复局部骨缺损。虽然自体骨移植的治疗效果较好，但是自体骨的来源有限，并且存在自身二次损伤和术后并发症的风险。而如果采用异体骨移植，异体骨虽然来源充足，但是会造成免疫排斥反应，同时存在潜在疾病感染的风险。所以，利用多种生物相容的材料复合是目前组织工程支架的研究热点。通过不同材料的结合，可以制备得到兼具生物相容性、可降解性、力学性能良好的骨修复支架。磁性纳米粒子(如γ-Fe2O3、Fe3O4颗粒)具备纳米材料的特性、磁响应性和超顺磁性，并且具备良好的生物相容性和降解性能。同时，在外加磁场作用下，磁性纳米粒子可以产生机械力刺激，诱导细胞内的钙信号的改变。并且磁性纳米粒子可以与细胞表面结合进而控制和调节细胞的功能。研究表明，外加磁场与磁性纳米粒子的联合作用，可以促进间充质干细胞的增殖、分化并有助于骨组织的形成。而γ-Fe2O3、Fe3O4颗粒等纳米粒子的尺寸在临界尺寸以下时具备超顺磁性。具备超顺磁性的纳米粒子，在无外加磁场时，材料没有磁效应，在外加磁场存在时，则可以展现出良好的磁性效应。同时磁性纳米粒子在降解过程中会产生Fe3+，Fe3+可以促进人脐静脉内皮细胞(humanumbilicalveinendothelialcells，HUVEC)中血管生成因子的表达，可以促进血管的形成。因此，制备出一种兼具磁性和骨修复功能的生物可降解支架，在骨缺损治疗领域具备很大的潜在应用价值。
技术实现思路
为实现上述目的，本专利技术的目的在于提供一种可生物降解的磁性纳米骨修复支架，所述磁性纳米骨修复支架材料包括以下质量百分比的组分：80％-95％的可生物降解聚合物和5％-20％的可生物降解磁性纳米颗粒；所述磁性纳米骨修复支架是采用软件建模后进行三维打印制得的多孔支架，所述多孔支架中的微孔呈正交错位结构且孔隙率为60％-80％，所述微孔的孔径为400-700μm。在上述磁性纳米骨修复支架的一些实施方案中，所述可生物降解聚合物为以下任意一种或多种：聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)，优选为聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)。进一步地，在上述磁性纳米骨修复支架的一些实施方案中，所述可生物降解磁性纳米颗粒为粒径20nm以下的γ-Fe2O3颗粒或Fe3O4颗粒。在上述磁性纳米骨修复支架的一些实施方案中，所述可生物降解聚合物为PLGA，所述可生物降解磁性纳米颗粒为粒径20nm以下的γ-Fe2O3颗粒。进一步地，所述磁性纳米骨修复支架由80％-90％的PLGA和粒径为20nm以下的10％-20％的γ-Fe2O3颗粒组成。还进一步地，所述磁性纳米骨修复支架由80％的PLGA和粒径为10nm的20％的γ-Fe2O3颗粒组成。本专利技术的目的还在于提供上述磁性纳米骨修复支架的制备方法，其包括如下步骤：1)按照所述质量百分比称取可生物降解聚合物和可生物降解磁性纳米颗粒，在室温下将其溶于有机溶剂，形成均相溶液；2)利用实体模型设计软件创建模型(即，根据缺损部位的形状创建立体结构模型，例如本专利技术实施例中示例性设定为立方体形状)，并导出含有该模型的数据，再利用分层软件将该模型的数据进行分层处理以得到分层后的数据，并生成相应的格式文件；3)将步骤1)得到的均相溶液加入至低温快速成型设备中，根据步骤2)所设计结构的格式文件设置打印参数，然后在-40℃至-20℃下进行三维打印快速成型，得到成型的多孔支架；4)将所述成型的多孔支架冷冻干燥，得到所述磁性纳米骨修复支架。在本专利技术上述制备方法的一些实施方案中，步骤1)中所述可生物降解聚合物为80％-90％的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)，所述可生物降解磁性纳米颗粒为10％-20％的γ-Fe2O3颗粒。进一步地，在一些实施方案中，在步骤1)中所述有机溶剂为1,4-二氧六环，并且PLGA在1,4-二氧六环中的浓度为0.14mg/mL。在本专利技术上述制备方法的一些实施方案中，步骤2)中所述实体模型设计软件为SolidWorks软件，并且分层软件处理后的数据所生成的文件为CLI格式文件。在本专利技术上述制备方法的一些实施方案中，步骤3)中所述打印参数中，喷丝间距为0.8mm，层高为0.14mm，喷头速度为11mm/s，喷头出料速度为0.8-1.5mL/min。在本专利技术上述制备方法的一些实施方案中，步骤4)中所述成型的多孔支架冷冻干燥的时间为24h-72h。在本专利技术上述制备方法的一些实施方案中，步骤4)中得到的磁性纳米骨修复支架是多孔支架，所述多孔支架中的微孔呈正交错位结构且孔隙率为60％-80％，所述微孔的孔径为400-700μm。本专利技术一个方面还提供上述磁性纳米骨修复支架在成骨和成血管中的应用。有益效果本专利技术提供的可生物降解的磁性纳米骨修复支架，是采用软件建模后进行三维打印制备得到的多孔支架，可以根据骨缺损形状设计不同结构的骨修复支架；由于含有在静磁场下具有超顺磁性的纳米颗粒，使得其不仅生物相容性好、在体内可降解，而且可以发挥促进骨生成作用；所述纳米颗粒在降解过程中会产生Fe3+，Fe3+可以促进HUVEC中血管生成因子的表达，具有优异的促血管形成的功能，该支架具有较高的压缩模量，良好的超顺磁性，以及高孔隙率，使得其有利于成骨细胞生长、附着、增殖等，因此其作为引导骨再生的骨修复支架。现有技术中大多数骨修复支架仅具备成骨修复的单一属性，而本专利技术的可生物降解的磁性纳米骨修复支架则能很好地将磁场与铁离子的优势协同结合，同时具备成骨与成血管的优点，因此在骨缺损治疗领域具备很大的潜在应用价值。附图说明图1所示为对比例、实施例1和2的立方体支架样品外观。其中图1a为对比例的支架样品，呈PLGA原色白色，孔隙均一；图1b为实施例1中含10％γ-Fe2O3的PLGA支架样品，由于添加纳米粒的缘故呈浅棕色，孔隙、颜色均一；图1c为实施例2中含20％γ-Fe2O3的PLGA支架样品，由于纳米粒含量增加的缘故呈深棕色，孔隙、颜色均一。图2所示为通过扫描电子显微镜(SEM)对所述对比例的PLGA支架进行微观形貌观察的结果。其中图2a和图2c分别为立方体支架的100×和1000×垂直截面微观形貌图，从纵截面可以看出每层呈现错位结构，且存在较多微孔；图2b和图2d分别为立方体支架的100×和1000×水平截面微观形貌图，可以看出层与层之间为正交错位结构，同时存在很多微孔。图3所示为实施例1(P10F)和实施例2(P20F)两种不同磁性纳米颗粒含量的骨修复支架在310K下的磁滞回归线。其中实施例1(P10F)和实施例2(P20F)的曲线随着外加磁场的增加，支架的磁感应强度迅速达到饱和磁化强度。而且，在撤除外加磁场之后，材料立即消磁，表现出超顺磁性的特征。图中实施例1(PLGA/10％γ-Fe2O3)的支架和实施例2(PLGA/20％γ-Fe2O3)的支架饱和磁化强度分别为约4.12emu/g和5.78emu/g，可见实施例2(P20F)曲线的饱和强度明显高于实施例1(P10F)曲线的饱和磁化强度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性纳米骨修复支架，其特征在于，所述磁性纳米骨修复支架材料包括以下质量百分比的组分：80％‑95％的可生物降解聚合物和5％‑20％的可生物降解磁性纳米颗粒；所述磁性纳米骨修复支架是采用软件建模后进行三维打印制得的多孔支架，所述多孔支架中的微孔呈正交错位结构且孔隙率为60％‑80％，所述微孔的孔径为400‑700μm。

【技术特征摘要】
1.一种磁性纳米骨修复支架，其特征在于，所述磁性纳米骨修复支架材料包括以下质量百分比的组分：80％-95％的可生物降解聚合物和5％-20％的可生物降解磁性纳米颗粒；所述磁性纳米骨修复支架是采用软件建模后进行三维打印制得的多孔支架，所述多孔支架中的微孔呈正交错位结构且孔隙率为60％-80％，所述微孔的孔径为400-700μm。2.如权利要求1所述的磁性纳米骨修复支架，其特征在于，所述可生物降解聚合物为以下任意一种或多种：聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)，优选为聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)。3.如权利要求1或2所述的磁性纳米骨修复支架，其特征在于，所述可生物降解磁性纳米颗粒为粒径20nm以下的γ-Fe2O3颗粒或Fe3O4颗粒。4.权利要求书1-3中任一项所述磁性纳米骨修复支架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)按照所述质量百分比称取可生物降解聚合物和可生物降解磁性纳米颗粒，在室温下将其溶于有机溶剂，形成均相溶液；2)利用实体模型设计软件创建模型，并导出含有该模型的数据，再利用分层软件将该模型的数据进行分层处理以得到分层后的数据，并生成相应的格式文件；3)将步骤1)得到的均相溶液加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海，刘洁颖，赖毓霄，郑子卓，吴志宏，邱贵兴，
申请(专利权)人：中国医学科学院北京协和医院，中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11