一种含锌人工骨及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种骨组织修复用含锌人工骨及其制备方法，其制备原料包括：含锌粉末、生物陶瓷粉末和高分子聚合物粘结剂；按照质量百分比计，各原料用量为：含锌粉末0.1％‑15％，生物陶瓷粉末80％‑98％，高分子聚合物粘合剂0.5％‑10％。所述的含锌人工骨的制备方法，通过3D打印工艺制备得到。本发明专利技术解决了传统生物陶瓷人工骨骨诱导性差、促成骨性能不佳的问题，解决了传统生物陶瓷人工骨力学强度较差、较难满足承重部位的骨修复需要的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种含锌人工骨及其制备方法
本专利技术属于医疗
，涉及一种临床骨缺损修复用含锌人工骨及其制备方法。
技术介绍
骨缺损是骨科临床常见病症，缺损原因是患者因为严重创伤、关节置换、骨肿瘤切除、骨髓炎、先天畸形等各种骨科病症所导致。治疗骨缺损最有效的手段是进行骨移植手术修复。在骨缺损修复中采用何种修复材料，一直是临床医学和生物材料学努力研发的方向。自体骨移植一直是最理想的植骨材料，但因供区受限、二次手术、引发感染、供区结构破坏及残留疼痛等缺点，使其应用受到局限。同种异体骨具有组织形态、结构、强度及骨诱导能力等优点，但存在免疫排斥及疾病传播的潜在危险。异种骨有类似异体骨的优点，但有无法回避的伦理学问题，且排异反应和疾病传播更为明显。上述材料的不足使骨替代材料一直成为研究的热点，通过长期的研究和改进，一些新的植骨材料相继出现，包括金属、有机材料和无机材料等。其中，羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP)生物陶瓷与人的骨矿物组成最为相似。这两种材料在目前已上市的骨缺损修复用人工骨植入物中应用最多。HA最先被应用，但是它在人体内降解缓慢或者基本不降解。β-TCP虽然具有可生物降解的优点，但是它的力学强度较差，较难满足承重部位的骨修复需要。所以传统上由这两种材料单一或者组合制备的人工骨，都存在成骨性能和力学性能不足的缺点。公开号为CN103845762A的中国专利文件公开了一种激光制备多孔骨支架并添加氧化锌提高性能的方法，但它采用的是激光烧结(SLS)工艺，激光光斑照射的温度高达2000℃-3000℃，在高温条件下把加入的氧化锌熔化为液相，用来填充陶瓷粉末间隙而使之致密化。虽然这样做有利于提高机械性能，但是牺牲了含锌成分和生物陶瓷材料的生物活性。激光烧结使生物陶瓷材料和氧化锌高温瓷化，制备出的人工骨在体内难以生物降解。而公开号为CN210096010U的中国技术专利文件公开了一种骨组织工程支架，该支架是用金属钛或者锌合金制备主体网格支架，并且内部设计金属支撑柱。然后在该金属主体网格支架上填充锌基金属球、金属丝卷成的蓬松球，以及填充β-TCP颗粒。虽然应用目的是骨组织工程领域，但该支架实质上是一款金属支架。如果用钛金属做支架网格主体，则众所周知，钛或者钛合金非常稳定，不降解。如果全部用锌或者锌基金属做支架网格主体，那么加上填充的锌基金属球，整个支架几乎全部为锌基金属材料制备。这样带来的问题是，锌要全部降解完，周期会非常长，短则几年，长则十几年。更为严重的是，局部锌离子浓度过高，会超过锌离子的安全浓度阈值(在100～150uM之间)，超过安全浓度阈值对组织周围细胞的生长有毒性，有危害。这作为医疗植入物是不可接受的。公开号为CN110508788A的中国专利文件公开了一种锌或锌合金或其复合材料组织工程支架的制备方法，该制备方法先是用3D打印制备出一个聚乳酸多孔支架，然后用熔模铸造的原理，用石膏、盐灌注浆料包裹聚乳酸支架。再用560℃～650℃的高温将聚乳酸溶解去除，然后往翻模体中浇铸锌或锌合金熔融金属液，最后洗掉包裹材料。得到锌或锌基金属多孔支架。其原理就是熔模铸造的原理，得到的还是锌或锌基金属支架。金属支架与生物陶瓷支架不同，主体材料不同。另外，公开号为CN111012949A的中国专利文件公开了一种具有抗炎功能的含锌离子组织工程支架的制备方法。此专利巧妙应用了锌离子的抗炎功能的优点，但是它是一个利用沃顿胶为支架主体，诱导沉积锌离子的软骨组织工程支架，应用于软骨修复领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种骨组织修复用含锌人工骨及其制备方法，解决了传统生物陶瓷人工骨骨诱导性差、促成骨性能不佳的问题，解决了传统生物陶瓷人工骨力学强度较差、较难满足承重部位的骨修复问题。本专利技术通过以下技术方案实现：一种含锌人工骨，其制备原料包括：含锌粉末、生物陶瓷粉末和高分子聚合物粘结剂；按照质量百分比计，各原料用量为：含锌粉末0.1％-15％，生物陶瓷粉末80％-98％，高分子聚合物粘合剂0.5％-10％。优选的，所述的含锌粉末为纯锌粉末、锌基金属粉末、氧化锌、氢氧化锌粉末和氯化锌粉末中的任意一种或多种的混合物。进一步的，所述锌基金属粉末中含有锌和合金元素，合金元素为Mg、Li、Fe、Ag、Ca、Sr和Mn元素中的任意一种或至少两种的组合。优选的，所述生物陶瓷粉末为羟基磷灰石、磷酸三钙、硫酸钙、硅酸钙、碳酸钙、硅酸镁钙和生物活性玻璃中的一种或至少两种的组合。优选的，所述高分子聚合物粘合剂为聚乙烯醇、右旋聚乳酸、左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸聚乙醇酸、聚乳酸-乙醇酸共聚物、聚己内酯、磷酸、光敏树脂、壳聚糖、明胶、透明质酸和海藻酸钠中的一种或多种的组合。所述的含锌人工骨的制备方法，通过3D打印工艺制备得到。优选的，所述3D打印工艺为无丝挤出3D打印工艺、铺粉3D打印工艺或光固化3D打印工艺。进一步的，所述无丝挤出3D打印工艺如下：(1)膏体制备：将生物陶瓷粉末和含锌粉末混合均匀，得到固体料，将高分子聚合物粘结剂加水稀释成水溶液，得到液体料；固体料和液体料混合后搅拌均匀，再进行脱泡处理后得到膏体；(2)人工骨三维模型：使用三维建模CAD软件建立标准件的三维模型或者利用患者CT数据获取缺损部位的三维模型，将三维模型利用3DSlicer软件和FreeCAD软件设计出打印人工骨的Gcode文件；(3)无丝挤出3D打印：利用3D生物陶瓷打印机，根据Gcode文件进行人工骨的打印；(4)冷冻干燥：将上述步骤(3)无丝挤出3D打印制备的人工骨进行冷冻干燥，获得含锌人工骨。优选的，所述铺粉3D打印工艺如下：(1)备料：将生物陶瓷粉末和含锌粉末混合，搅拌均匀后将得到的粉料平铺在打印机料箱内；配制粘结剂；(2)人工骨三维模型：使用三维建模CAD软件设计多孔人工骨模型，并导出*.STL格式数据；(3)粉末黏结三维打印：将上述步骤(2)导出的*.STL格式数据输入到3D打印机，利用3D打印机读取人工骨三维截面信息数据，根据人工骨三维截面信息数据喷洒粘结剂，选择性地将打印机料箱中生物陶瓷材料和含锌粉末材料黏在一起，得到人工骨；(4)干燥：待步骤(3)完成后，将人工骨干燥，吹去未黏结的粉末，获得含锌人工骨。优选的，所述光固化3D打印含锌人工骨的制备方法如下：(1)光固化浆料配制：将生物陶瓷粉末、含锌粉末和光敏树脂混合，搅拌均匀；(2)人工骨三维模型：在计算机中利用CAD软件设计人工骨的三维模型，将计算机与DLP光固化陶瓷3D打印机数据连接，DLP光固化陶瓷3D打印机配套的软件将三维模型形成数控程序；(3)DLP光固化陶瓷3D打印机进行三维打印，打印完成后将成型的人工骨取出；(4)清洗：将上述步骤(3)打印成型的人工骨放入清洗液中进行清洗；(5)烧结：将上述步骤(4)清洗之后的人工骨放入烧结炉烧结，然后随炉冷却后获得含锌人工骨。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含锌人工骨，其特征在于，其制备原料包括：含锌粉末、生物陶瓷粉末和高分子聚合物粘结剂；按照质量百分比计，各原料用量为：含锌粉末0.1％-15％，生物陶瓷粉末80％-98％，高分子聚合物粘合剂0.5％-10％。/n

【技术特征摘要】
1.一种含锌人工骨，其特征在于，其制备原料包括：含锌粉末、生物陶瓷粉末和高分子聚合物粘结剂；按照质量百分比计，各原料用量为：含锌粉末0.1％-15％，生物陶瓷粉末80％-98％，高分子聚合物粘合剂0.5％-10％。


2.根据权利要求1所述的含锌人工骨，其特征在于，所述的含锌粉末为纯锌粉末、锌基金属粉末、氧化锌、氢氧化锌粉末和氯化锌粉末中的任意一种或多种的混合物。


3.根据权利要求2所述的含锌人工骨，其特征在于，所述锌基金属粉末中含有锌和合金元素，合金元素为Mg、Li、Fe、Ag、Ca、Sr和Mn元素中的任意一种或至少两种的组合。


4.根据权利要求1所述的含锌人工骨，其特征在于，所述生物陶瓷粉末为羟基磷灰石、磷酸三钙、硫酸钙、硅酸钙、碳酸钙、硅酸镁钙和生物活性玻璃中的一种或至少两种的组合。


5.根据权利要求1所述的含锌人工骨，其特征在于，所述高分子聚合物粘合剂为聚乙烯醇、右旋聚乳酸、左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸聚乙醇酸、聚乳酸-乙醇酸共聚物、聚己内酯、磷酸、光敏树脂、壳聚糖、明胶、透明质酸和海藻酸钠中的一种或多种的组合。


6.权利要求1-5任一项所述的含锌人工骨的制备方法，其特征在于，通过3D打印工艺制备得到。


7.根据权利要求6所述的含锌人工骨的制备方法，其特征在于，所述3D打印工艺为无丝挤出3D打印工艺、铺粉3D打印工艺或光固化3D打印工艺。


8.权利要求7所述的含锌人工骨的制备方法，其特征在于，所述无丝挤出3D打印工艺如下：
(1)膏体制备：将生物陶瓷粉末和含锌粉末混合均匀，得到固体料，将高分子聚合物粘结剂加水稀释成水溶液，得到液体料；固体料和液体料混合后搅拌均匀，再进行脱泡处理后得到膏体；
(2)人工骨三维模型：使用三维建模CAD软件...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆丰，益明星，
申请(专利权)人：西安点云生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61