一种可调控细胞粘附性能的磷酸钙生物活性支架制造技术

本发明专利技术涉及一种可调控细胞黏附性能的磷酸钙陶瓷活性支架。该发明专利技术通过对磷酸钙生物陶瓷支架表面个性化设计钙磷微纳活性涂层，实现对细胞在黏附行为方面的精确调控，进而调控组织的修复进程。本发明专利技术中，可以通过3D打印、发泡法、压片法等工艺得到磷酸钙陶瓷支架，利用水热、矿化、电沉积等工艺得到表面钙磷微纳活性涂层。该设计在微纳米级别精确作用于细胞的黏附蛋白，进而实现细胞粘附行为的改变。本发明专利技术使材料对细胞的黏附、活性、增殖、分化的调控作用明显增强，并具有更高的亲水性、蛋白吸附性、募集干细胞以及促组织修复能力。募集干细胞以及促组织修复能力。募集干细胞以及促组织修复能力。

【技术实现步骤摘要】
一种可调控细胞粘附性能的磷酸钙生物活性支架


[0001]本专利技术涉及生物医用材料
，公开了一种可调控细胞粘附性能的磷酸钙生物活性支架。

技术介绍

[0002]由于骨外伤、骨老化、骨肿瘤等疾病造成的骨骼缺损日趋增多。目前应用于骨修复的材料主要有三种：自体骨、异体骨和骨组织工程。由于自体骨的来源有限，异体骨存在着严重的免疫排斥反应，使得骨组织工程的应用变得越来越广泛。其中生物活性陶瓷是一种良好的骨修复材料，并且在研究中发现，具有一定孔隙(通常200μm～600μm)的生物活性陶瓷具备一定的骨诱导能力，这为骨组织再生领域带来了无限希望。用于骨修复的生物陶瓷一般要求具有一定的力学性能，因此，烧结这一程序成为了制备骨组织陶瓷修复支架十分重要的一环。但是烧结后的陶瓷支架表面致密而光滑，而表面形貌对细胞行为的调控具有重要作用。由于表面形貌的缺失，致使陶瓷对细胞的黏附和募集性能大打折扣。
[0003]近些年的一些研究发现，材料表面可控的微纳米形貌能够指导间充质干细胞定向分化，例如，钛合金支架表面制备的不同直径的钛纳米管能够使骨髓间充质干细胞向成骨方向分化，并对细胞的黏附和增殖有显著的促进作用。与此同时，就我们之前研究的结果来看，具有亚微米尺寸表面晶须的双相磷酸钙，能够对周围环境的蛋白质进行大量募集，在后期成骨分化中起到至关重要的作用。在目前研究中，关于材料表面的微纳米级表面形貌对细胞的影响机制尚未完全了解。一种可能的机制是表面形貌对细胞刺激产生收缩力，从而增大细胞对材料的黏附以及亲和作用。另一种可能的机制是通过材料表面微纳形貌对周围环境中的蛋白质选择性吸附，间接影响细胞的一系列行为。所有的研究均表明，在制备生物活性陶瓷支架时，要充分考虑到表面形貌的设计，进而去调控陶瓷支架的一系列生物学功能。
[0004]基于此，一种能够在纳米级别精确作用于细胞的黏附蛋白，进而实现细胞粘附行为的改变的陶瓷活性支架是目前行业内急需的。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种可调控细胞黏附性能的磷酸钙陶瓷活性支架的制备方案。该设计能够在纳米级别精确作用于细胞的黏附蛋白，进而实现细胞粘附行为的改变。本专利技术使材料对细胞的黏附、活性、增殖、分化的调控作用明显增强，并具有更高的亲水性、蛋白吸附性、募集干细胞以及促组织修复能力。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]一种可调控细胞黏附性能的磷酸钙陶瓷活性支架，包括：基体磷酸钙支架以及表面钙磷微纳活性涂层。
[0008]进一步的，所述基体磷酸钙支架选用陶瓷材料作为基体材料；所述陶瓷材料包括：羟基磷灰石、磷酸三钙、双相磷酸钙、磷酸四钙等一种或多种材料。
[0009]进一步的，所述基体磷酸钙支架的成型方法包括：3D打印法、压片法、发泡法中的一种或多种成型方法。
[0010]进一步的，所述陶瓷材料的孔隙率为0
‑
90％。
[0011]进一步的，所述陶瓷材料的宏观孔径尺寸范围是100μm
‑
1000μm。
[0012]进一步的，所述陶瓷材料的的烧结温度范围为1000℃
‑
1300℃。
[0013]进一步的，所述钙磷微纳活性涂层制备方法包括：水热法、矿化法、电化学沉积法中的一种或多种。
[0014]进一步的，所述钙磷微纳活性涂层形状包括：棒状、针状、片状等中的一种或多种。
[0015]进一步的，所述钙磷微纳活性涂层形貌的尺寸范围为10
‑
1000nm。
[0016]进一步的，所述钙磷微纳活性涂层具有促进细胞黏附的功能。
[0017]本专利技术还公开了一种上述任一可调控细胞黏附性能的磷酸钙陶瓷活性支架在制备骨修复材料中的应用。
[0018]本专利技术的有益效果在于：
[0019](1)本专利技术制备的磷酸钙陶瓷支架可以进行个性化定制，可实现支架复杂形状、孔隙率与结构的制备。
[0020](2)本专利技术制备的磷酸钙陶瓷支架活性涂层能够在纳米级别精确作用于细胞的黏附蛋白，进而实现细胞粘附行为的改变，促进细胞黏附。
[0021](3)在超高温烧结陶瓷支架基体的情况下(1050℃～1200℃)，涂层仍旧可以保持支架的良好的生物学功能，具有良好的生物相容性，增加细胞亲和性。
[0022](4)涂层制备的工艺方法简便，原料价格低廉，易于实施和实现大规模制备，有良好的市场应用前景。
附图说明
[0023]图1为3D打印生物活性陶瓷宏观孔结构SEM；
[0024]图2为采用EDTA
‑
二钠钙和磷酸二氢钠作为水热介质，pH值为7时，支架的表面形貌SEM细节图；
[0025]图3为采用EDTA
‑
二钠钙和磷酸二氢钠作为水热介质，pH值为7时，支架的表面钙磷微纳活性涂层SEM形貌图；
[0026]图4为细胞在支架钙磷微纳活性涂层表面黏附SEM图；
[0027]图5为采用模拟体液作为水热介质，支架的钙磷微纳活性涂层形貌呈现片状结构的SEM图。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0029]实施例1
[0030](1)采用挤出式3D打印设备制备陶瓷修复支架。首先将10％的聚乙烯醇缩丁醛(PVB，分子量：170000
‑
250000)的酒精溶液和羟基磷灰石粉末用脱泡仪混合均匀。将混合好
的陶瓷浆料装进打印料筒中进行3D打印。其中打印速度8mm/s，打印层厚0.32mm，挤出压力0.3MPa，孔隙间距1mm。
[0031](2)采用马弗炉对打印好的羟基磷灰石支架进行高温烧结，以去除支架内部的粘结剂，使陶瓷支架固化。所采用的烧结温度是1200℃，烧结时间2小时。烧结后，支架的宏观孔隙率是69％，整体收缩率为35％。
[0032](3)采用水热法制备支架的钙磷微纳活性涂层以增加烧结陶瓷对细胞的黏附募集作用。首先配置好水热介质：将2.3g EDTA
‑
二钠钙粉末和1.5g磷酸二氢钠放入37℃的去离子水中，采用磁力搅拌器将药品充分溶解后，用1mol的HCL和NaOH溶液调节pH值至7，然后将溶液倒出备用。
[0033](4)将制备好的水热介质连同烧结后的陶瓷支架装入水热釜中的聚四氟乙烯内胆中，水热介质放置70ml，陶瓷支架铺满内胆底部。将水热釜组装拧紧后放入烘箱中加热至120℃，反应12小时。
[0034](5)将水热釜水冷至常温后打开，取出制备好的陶瓷支架，用去离子水洗去表面残留物后，放入烘箱烘干。经过上述步骤制备的3D打印陶瓷支架如附图1所示，陶瓷支架丝径纵横交错并层层相叠，丝径直径约300μm，支架孔隙约500μm。其通过水热方式制备的表面钙磷微纳活性涂层如附图2和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调控细胞黏附性能的磷酸钙陶瓷活性支架，包括：基体磷酸钙支架；以及表面钙磷微纳活性涂层。2.如权利要求1所述的磷酸钙陶瓷活性支架，其中：所述基体磷酸钙支架选用陶瓷材料作为基体材料；陶瓷材料包括：羟基磷灰石、磷酸三钙、双相磷酸钙、磷酸四钙等一种或多种材料。3.如权利要求2所述的磷酸钙陶瓷活性支架，其中：所述基体磷酸钙支架的成型方法包括：3D打印法、压片法、发泡法中的一种或多种成型方法。4.如权利要求2所述的磷酸钙陶瓷活性支架，其中：所述陶瓷材料的孔隙率为0
‑
90％。5.如权利要求2所述的磷酸钙陶瓷活性支架，其中：所述陶瓷材料的宏观孔径尺寸范围是100μm
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长春，吴丽娜，张勃庆，苏子璇，桂兴宇，王科锋，范洪远，蒋青，樊渝江，张兴栋，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：