一种基于马钱子碱的3D打印人工骨组合物和制备基于马钱子碱的3D打印人工骨的方法技术

本发明专利技术涉及3D打印人工骨领域，公开了一种基于马钱子碱的3D打印人工骨组合物和制备基于马钱子碱的3D打印人工骨的方法，该组合物中含有左旋聚乳酸(PLLA)、聚乙醇酸(PGA)、羟基磷灰石和马钱子碱，其中，在所述组合物中，所述羟基磷灰石的含量为5‑20wt％，所述马钱子碱的含量为1‑10wt％，以及所述左旋聚乳酸和所述聚乙醇酸的总含量为70‑94wt％。本发明专利技术的方案能够克服基于马钱子碱、PLLA和PGA一起形成的3D打印人工骨组合物机械强度低的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种基于马钱子碱的3D打印人工骨组合物和制备基于马钱子碱的3D打印人工骨的方法
本专利技术涉及3D打印人工骨领域，具体涉及一种基于马钱子碱的3D打印人工骨组合物和一种制备基于马钱子碱的3D打印人工骨的方法
技术介绍
创伤、感染、骨肿瘤切除及其它骨疾病经常会导致粉碎性骨折、骨质丧失、骨坏死等现象的出现，致使骨骼间形成较大间隙从而造成骨缺损。由于人体自身对骨的修复能力有限，缺损部位难以自我愈合，因此寻找一种既能起支撑作用，又能修复骨缺损促使骨组织重建的替代物是非常有必要的。人工骨，作为替代人体骨或者修复骨组织缺损的人工生物材料，其可再生、来源广、易成型、具有良好的生物相容性，且具有合适的力学性能，并具有使新生骨组织生长的合适孔隙率等优点。若能将人工骨做到降解速度可控，使得其与宿主新生骨生长速度基本匹配的话，将有助于在骨组织重建中由人造体向生物体的转化，从而很好地修复骨缺损。长期以来，人工骨支架材料的选择及支架构建，一直是生物材料研究领域中的热点之一。左旋聚乳酸(Poly(L-lactide)，PLLA)，作为美国药品食品监管局批准的生物可降解聚合物材料之一，它具有良好的生物相容性和机械性能，但其较差的亲水性限制了其降解速率。相比而言，聚乙醇酸(Polyglycolide，PGA)，具有良好的生物相容性和优越的亲水性能，在水中的降解速率快且降解产物无毒，可被人体自然吸收，是一种有影响力的生物可降解医用高分子材料，缺点是PGA材料的力学强度较低，致使塑型能力差，机械性能不佳。羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)，是生物有机体骨骼和牙齿的主要无机成分，生物活性好，能促进骨传导，刺激骨的形成与结合。由于HA单一使用时高度易脆，限制了其在骨缺损修复领域的应用，因此目前HA往往会结合其它材料一起制备成复合支架，提高复合材料的机械性能及生物相容性。选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering,SLS)，是3D打印的一种，其原理主要是通过计算机控制激光束的功率，使激光束温度达到材料熔点对材料粉末进行瞬间烧结，然后逐层打印使粉末循环粘连堆积，直至打印出所需支架的三维结构。SLS技术能快速成型，制备工艺简单，可对多种混合粉末及药物进行烧结，打印出来的支架孔径及孔隙率能满足骨组织生长的基本要求，任何一种粉状物质或药物，只要在激光束下能熔化且不分解，都可用来构建人工骨支架，使同一支架中包含不同的物质成为可能。因此，SLS技术为具有复杂成分的载药骨支架构建提供了新工艺与方法。马钱子碱，是中药马钱子中的有效成分之一，具有促进创伤愈合，抗肿瘤，镇痛抗炎，促进血液循环，调节免疫等作用。且近代研究表明，马钱子碱有促进软骨细胞增殖的作用，且能加快骨折修复细胞的分化、增殖，诱导骨折局部BMP合成。但由于其治疗窗窄，有效剂量与最小中毒剂量较为接近，限制了其在临床上的应用。因此，我们将马钱子碱作为生物活性物质，以复合生物材料为载药支架材料，利用3D打印技术构建马钱子碱仿生人工骨支架，随着支架材料在组织中的缓慢降解，马钱子碱被仿生控释出来，达到局部控释给药的作用，既可以避免全身给药的毒性，又可以发挥其诱导细胞扩增和成骨分化及矿化的目的，从而促进骨缺损的修复和成骨再生。
技术实现思路
本专利技术期望解决的技术问题是克服基于马钱子碱、PLLA和PGA一起形成的3D打印人工骨组合物机械强度低的缺陷。本专利技术的专利技术人是基于如下构思获得本专利技术的技术方案的：在人工骨的3D打印中，协调解决人工骨的生物可降解性、生物相容性、亲水性和机械性能是人工骨的实用性对其的基本要求。专利技术人基于现有技术的研究后发现PLLA和PGA的联用能够很好地解决人工骨的生物可降解性、生物相容性、亲水性和机械性能，但是，专利技术人发现，当将具有抗炎作用的马钱子碱或者其他药物和生物活性物质与PLLA和PGA一起用于3D打印人工骨时，获得的人工骨的机械强度明显降低，从而导致载药人工骨的实践应用受限。为了解决该问题，专利技术人进行了大量的创造性实验，期望能够通过向形成人工骨的组合物中添加具有较高硬度的安全添加剂来改善该状况，但是，在应用大量的具有较高硬度的添加剂例如磷酸钙生物陶瓷、氧化铝生物陶瓷、玻璃陶瓷等进行试验后发现，由此形成的组合物在亲水性、生物相容性、可降解性等综合来说具有各种缺陷。然而，专利技术人在实验中意外地发现，具有高度脆性的羟基磷灰石(HA)以特定含量加入以PLLA和PGA为基体材料用于3D打印载药人工骨的组合物时，由于加入了药物马钱子碱而导致的人工骨机械强度低的缺陷完美地被克服了。有鉴于此，首先，本专利技术提供了一种基于马钱子碱的3D打印人工骨组合物，其特征在于，该组合物中含有左旋聚乳酸、聚乙醇酸、羟基磷灰石和马钱子碱，其中，在所述组合物中，所述羟基磷灰石的含量为5-20质量％，所述马钱子碱的含量为1-10质量％，以及所述左旋聚乳酸和所述聚乙醇酸的总含量为70-94质量％。优选情况下，在所述组合物中，所述羟基磷灰石的含量为8-12质量％，所述马钱子碱的含量为2-6质量％，以及所述左旋聚乳酸和所述聚乙醇酸的总含量为82-90质量％。该优选情况下的组合物获得的3D打印人工骨的机械强度明显更高。根据一种优选的具体实施方式，以所述左旋聚乳酸和所述聚乙醇酸的总质量为基准，所述左旋聚乳酸的含量为40-90质量％。根据一种更优选的具体实施方式，以所述左旋聚乳酸和所述聚乙醇酸的总质量为基准，所述左旋聚乳酸的含量为50-80质量％。专利技术人发现，上述提供的两种优选的具体实施方式下的组合物获得的3D打印人工骨的生物可降解性、生物相容性、亲水性、机械强度和抗炎作用能够实现最佳匹配。然后，本专利技术还提供了一种应用前述的组合物制备基于马钱子碱的3D打印人工骨的方法，其特征在于，该方法包括：(1)将左旋聚乳酸、聚乙醇酸和羟基磷灰石在无水乙醇中进行超声处理，得到第一混合物；(2)将所述第一混合物进行搅拌混合，得到第二混合物；(3)将所述第二混合物进行过滤，得到作为第三混合物的滤渣；(4)将所述第三混合物进行干燥，得到第四混合物；(5)应用SLS技术将粉末状的马钱子碱和粉末状的所述第四混合物一起形成3D打印人工骨。本文的制备基于马钱子碱的3D打印人工骨的方法中的各组分的种类和含量均与前文的组合物中所述内容相同，本专利技术在此不再进行重复说明。优选地，在步骤(1)中，所述超声处理的条件包括：温度为0-50℃，时间为0.1-5h，超声频率为10-50KHz。本专利技术对无水乙醇的用量没有特别的要求，例如以左旋聚乳酸、聚乙醇酸和羟基磷灰石的总质量为1g计，所述无水乙醇的用量可以为20ml。优选地，在步骤(2)中，所述搅拌混合的条件包括：温度为0-50℃，时间为0.1-10h，搅拌速度为50-500rpm。在步骤(3)中，例如，所述过滤可以采用抽滤方式进行。优选地，在步骤(4)中，所述干燥的条件包括：温度为20-80℃，时间为2-24h。优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于马钱子碱的3D打印人工骨组合物，其特征在于，该组合物中含有左旋聚乳酸、聚乙醇酸、羟基磷灰石和马钱子碱，其中，在所述组合物中，所述羟基磷灰石的含量为5-20质量％，所述马钱子碱的含量为1-10质量％，以及所述左旋聚乳酸和所述聚乙醇酸的总含量为70-94质量％。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于马钱子碱的3D打印人工骨组合物，其特征在于，该组合物中含有左旋聚乳酸、聚乙醇酸、羟基磷灰石和马钱子碱，其中，在所述组合物中，所述羟基磷灰石的含量为5-20质量％，所述马钱子碱的含量为1-10质量％，以及所述左旋聚乳酸和所述聚乙醇酸的总含量为70-94质量％。


2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，在所述组合物中，所述羟基磷灰石的含量为8-12质量％，所述马钱子碱的含量为2-6质量％，以及所述左旋聚乳酸和所述聚乙醇酸的总含量为82-90质量％。


3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，以所述左旋聚乳酸和所述聚乙醇酸的总质量为基准，所述左旋聚乳酸的含量为40-90质量％。


4.根据权利要求3所述的组合物，其特征在于，以所述左旋聚乳酸和所述聚乙醇酸的总质量为基准，所述左旋聚乳酸的含量为60-85质量％。


5.一种应用权利要求1-4中任意一项所述的组合物制备基于马钱子碱的3D打印人工骨的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将左旋聚乳酸、聚乙醇酸和羟基磷灰石在无水乙醇中进行超声处理，得到第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴萍，李勇敏，黄丹，胡师，帅词俊，冯佩，杨春光，陈慧，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43