一种仿生人工骨支架材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种仿生人工骨支架材料，该材料由以下方法制成：(1)取碳酸钙，按摩尔比加入2倍的二水磷酸氢钙，以乙醇为介质湿磨2小时后热风干燥，然后置于马弗炉逐渐加热至1000℃，制得β‑磷酸三钙；(2)取步骤(1)制得的β‑磷酸三钙，并按β‑磷酸三钙︰氧化镁＝99︰1的质量比加入氧化镁，然后以乙醇为介质湿磨，烘干，干磨，过孔径为100微米的检验筛，即得所述的仿生人工骨支架材料。本支架材料的生物相容性好，可采用3D打印方法制备仿生人工骨支架，该支架不仅诱导成骨分化及血管化性能优良，而且毒副作用低。

A kind of bionic artificial bone scaffold material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种仿生人工骨支架材料及其制备方法
本专利技术涉及假体材料，具体涉及以其功能或物理性质为特征的含磷无机材料，该材料可3D打印成假体。
技术介绍
19世纪以来，自体/同种异体骨植骨已成为临床治疗各类骨缺损的常用方法。然而，自体骨植骨存在以下缺点：(1)取骨量有限，不能满足大量植骨需要；(2)取骨造成的手术时间延长也会增加手术意外的风险；(3)取骨区引起的缺损可能会引起一系列并发症。同种异体骨植骨的缺点主要有：(1)免疫排斥；(2)低生物活性、力学性能；(3)传播病原体风险。磷酸钙类材料作为目前常用于骨缺损修复的人工植骨替代材料已被广泛应用及研究。β-磷酸三钙已被证明具有良好的生物相容性，其成分与天然骨矿物成分相似；95％的磷酸钙在植入后可被机体降解吸收，β-磷酸三钙的生物降解性能在拟合骨骼重建周期方面更有优势。目前，磷酸钙类材料作为植骨材料已通过美国FDA批准。临床常用的磷酸钙类植骨材料通常呈粉状、块状或棒状，可塑性较差，不能直接用于填补复杂且不规则的骨缺损区；此外，单纯应用磷酸钙材料并不能高效地诱导成骨分化及血管化。研究表明镁离子掺杂磷酸三钙可显著促进骨前体细胞的成骨分化能力(MC3T3-E1proliferationanddifferentiationonbiphasicmixturesofMgsubstitutedβ-tricalciumphosphateandamorphouscalciumphosphate.MaterialsScienceandEngineering:C,2014,45:589–598.)。国知局2019年08月06日公开了一种“一种3D打印可降解β-磷酸三钙多孔生物陶瓷支架及其制备方法和用途”(公开号为：CN110092653A)专利技术专利申请，该专利申请采用3D打印可降解β-磷酸三钙多孔生物陶瓷支架；国知局2019年04月19日授权公告了一种“一种基于自由挤出式3D打印技术的磷酸钙多孔生物陶瓷支架及其制备方法”(公开号为：CN109650872A)专利技术专利，该专利披露了用挤出式3D打印制备磷酸钙多孔支架的方法；国知局2018年03月16日授权公告了一种“一种作为骨修复生物材料3D打印支架及其制备方法”(公告号为：CN107802884A)专利技术专利，该专利使用煅自然铜与β-磷酸三钙复合材料制备3D打印支架的方法。国知局2016年02月10日授权公告了一种“3D打印介孔生物活性玻璃改性的生物陶瓷支架及其制备方法和用途”(公开号为：CN105311673A)专利技术专利，该专利技术的特征是利用3D打印技术制备的β-磷酸三钙生物活性支架，并在所述支架表面均匀涂覆介孔生物活性玻璃进行改性。这几项专利技术专利及专利申请所采用的是3D打印制备磷酸钙多孔支架方法，或添加其他材料进行改性，因此上述
技术介绍
所存在的不足在所难免。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是一种仿生人工骨支架材料，该材料所制成的骨支架具有优良的诱导成骨分化及血管化性能。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：一种仿生人工骨支架材料，该材料由以下方法制成：(1)取碳酸钙，按摩尔比加入2倍的二水磷酸氢钙，以乙醇为介质湿磨2小时后热风干燥，然后置于马弗炉逐渐加热至1000℃，制得β-磷酸三钙(β-TCP)；(2)取步骤(1)制得的β-磷酸三钙，并按β-磷酸三钙︰氧化镁＝99︰1的质量比加入氧化镁，然后以乙醇为介质湿磨，烘干，干磨，过孔径为100微米的检验筛，即得所述的仿生人工骨支架材料。上述方案中，所述逐渐加热的程序如下表所示：表1马弗炉时间温度设置表本专利技术所述的仿生人工骨支架材料诱导成骨分化及血管化性能优良，可用于制备仿生人工骨支架，该骨支架的具体制备方法由以下步骤组成：(A)取上述仿生人工骨支架材料，加入质量百分浓度为20％的明胶溶液，并使得为仿生人工骨支架材料在所述明胶溶液中的浓度为2g/mL，制得3D打印墨水；(B)将步骤(A)制得3D打印墨水装入3D打印机并设置好打印参数；(C)将股骨头坏死患者的股骨头的三维重建模型导入三维绘图软件(如常用的UG或proe)中绘制出其图形并保存为STL文件，然后将该文件导入Slic3r中转换为gcode文件并发送至3D打印机，打印出所述股骨头的假体模型的假体模型；(D)将所得到的假体模型冻干后移入马弗炉中于1250℃下烧结2小时；冷却后真空封装，置于60Coγ-射线下以20kGy剂量辐照灭菌，即得所述的仿生人工骨支架。本专利技术所述仿生人工骨支架材料特异选择β-磷酸三钙(β-TCP)与氧化镁的配比为99︰1，此举不仅显著提高了支架的抗压强度，而且可以明显提高骨髓间充质干细胞中ALP活性、成骨基因表达量，及内皮细胞中血管化基因的表达量，细胞增殖明显，同时还降低了细胞毒性。附图说明图1为坏死股骨头的三维重建模型。图2为按图1所示重建模型绘制的三维图形。具体实施方式例1(制备支架材料)本例中，所述仿生人工骨支架材料的具体制备方法如下：(1)将碳酸钙28g(0.4mol)、96.32g(0.8mol)的二水磷酸氢钙和185.5mL无水乙醇放入球磨机中湿磨2小时后，在热风炉中干燥48小时，然后置于马弗炉中按下表1设置好的升温程序，逐渐加热至1000℃，制得β-磷酸三钙；表1马弗炉时间温度设置表(2)取步骤(1)制得的β-磷酸三钙59.4g，加入氧化镁0.6g，然后放入行星球磨机中加入无水乙醇湿磨2小时后，取出烘干，再放入球磨机中干磨2小时，过孔径为100微米的检验筛，即得所述的仿生人工骨支架材料(以下简称Mg-TCP)；其中，所述湿磨的料球混合比为Mg-TCP︰研磨球︰无水乙醇＝1︰2︰1.5的质量比；所述湿磨的工艺参数为直径为1cm的大号研磨球与直径为0.4cm的小号研磨球质量比为1：2，研磨转速：300rpm；所述干磨的料球混合比为Mg-TCP︰研磨球＝1︰2的质量比；所述干磨的工艺参数为直径为1cm的大号研磨球与直径为0.4cm的小号研磨球质量比为1：2，研磨转速：400rpm。例2(制备骨支架)本例中，所述仿生人工骨支架的具体制备方法如下：(A)取例1所制备仿生人工骨支架材料4g，加入质量百分浓度为20％的明胶溶液2mL，制得3D打印墨水；其中所述质量百分浓度为20％的明胶溶液由购于美国Sigma-Aldrich公司的明胶和医用水混合制成；(B)将步骤(A)制得3D打印墨水装入广州迈普再生医学科技有限公司的LivprintNorm3D打印机并设置好打印参数；其中所述打印参数设置为：选用内径为420μm(22G)的点胶针头，并设置模型填充率为30％；针头温度为40℃，料筒温度为50℃，置物台温度为-5℃，挤出气压为200Kpa，打印机坐标系移动最大速度为30[pulse/ms]；(C)将股骨头坏死患者的股骨头的三维重建模型(见图1)导入proe三维绘图软件中绘制出其完本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生人工骨支架材料，该材料由以下方法制成：/n(1)取碳酸钙，按摩尔比加入2倍的二水磷酸氢钙，以乙醇为介质湿磨2小时后热风干燥，然后置于马弗炉逐渐加热至1000℃，制得β-磷酸三钙；/n(2)取步骤(1)制得的β-磷酸三钙，并按β-磷酸三钙︰氧化镁＝99︰1的质量比加入氧化镁，然后以乙醇为介质湿磨，烘干，干磨，过孔径为100微米的检验筛，即得所述的仿生人工骨支架材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种仿生人工骨支架材料，该材料由以下方法制成：
(1)取碳酸钙，按摩尔比加入2倍的二水磷酸氢钙，以乙醇为介质湿磨2小时后热风干燥，然后置于马弗炉逐渐加热至1000℃，制得β-磷酸三钙；
(2)取步骤(1)制得的β-磷酸三钙，并按β-磷酸三钙︰氧化镁＝99︰1的质量比加入氧化镁，然后以乙醇为介质湿磨，烘干，干磨，过孔径为100微米的检验筛，即得所述的仿生人工骨支架材料。


2.一种仿生人工骨支架的制备方法，该方法由以下步骤组成：
(A)取权利要求1所述仿生人工骨支架材料，加入质量百分浓度为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛维，顾一帆，
申请(专利权)人：广东省中医院广州中医药大学第二附属医院，广州中医药大学第二临床医学院，广东省中医药科学院，
类型：发明
国别省市：广东;44