一种活性粘土/磷酸镁/明胶复合多孔支架及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种活性粘土/磷酸镁/明胶复合多孔支架，按重量份计，其原料包括2

【技术实现步骤摘要】
一种活性粘土/磷酸镁/明胶复合多孔支架及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及生物医用材料
更具体地，涉及一种活性粘土/磷酸镁/明胶复合多孔支架及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]3D打印是20世纪80年代逐步发展起来的用于制造组织工程支架的工艺过程。与传统的骨修复支架制备方法如气体发泡法、添加造孔剂法、冷冻干燥法、纤维粘结法等相比，3D打印方法可以在支架内部形成连通孔结构并支持个性化定制。在生物陶瓷以及组织工程领域，常用的3D打印技术包括选择性激光烧结，光固化成型，熔融沉积成型，三维印刷成型以及浆料直写成型等。浆料直写成型技术也被称为3D
‑
plotting技术，是一种将“墨水”挤出并经过层层叠加的方式制备三维结构的技术，其优点是加工成型过程简单、快捷，成型过程无需加热，室温下即可制造支架材料，也不需要激光和紫外线辅助。浆料直写成型技术制备骨修复陶瓷支架时往往需要后处理过程以获得最终的硬化支架材料，主要的后处理过程有焙烧过程和低温水化固化过程。
[0003]高温固化方式会将支架材料中的高分子完全除去，支架中只含有无机物组分，会导致支架弹性模量不足。低温水化固化过程则要求原料具有水化固化性能，大大限定了原料的选取范围，且支架中的磷酸镁类化合物的种类也会受限制，因此，需要通过改进支架的原料，适用于3D打印的同时，避免采用高温固化、低温水化固化后处理过程，进而获得性能良好的支架。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的在于提供一种活性粘土/磷酸镁/明胶复合多孔支架，该支架的原料包括活性粘土和明胶，两者之间存在静电相互作用，可调节原料流变性质，3D打印成型后，采用饱和蒸汽交联，使支架具有良好的细胞相容性、体外降解性和机械性能。
[0005]本专利技术的另一个目的在于提供一种活性粘土/磷酸镁/明胶复合多孔支架的制备方法。
[0006]本专利技术的又一个目的在于提供一种活性粘土/磷酸镁/明胶复合多孔支架的应用。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0008]一种活性粘土/磷酸镁/明胶复合多孔支架，其特征在于，按重量份计，其原料包括2
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20份活性粘土、60
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95份磷酸镁类材料、2
‑
20份明胶、0
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5份高分子辅助试剂、0
‑
5份无机物辅助试剂。
[0009]不同于现有技术中，多孔支架的主要材料为磷酸镁类材料，本专利技术中复合多孔支架的主要原料为活性粘土、磷酸镁类材料和明胶，其中活性粘土和明胶之间存在静电相互作用，能够调节原料混合浆料的流变性质，更加适合3D打印，可以在压力的作用下从喷嘴中被流畅地挤出，而被挤出的线条又具有一定的强度可以堆叠在一起形成三维孔状支架材
料。同时，明胶具有交联性质，在交联剂的作用下形成交联网络结构，避免采用高温固化或低温水化固化等硬化方式，使支架具有与松质骨类似的抗压强度以及改进的弹性模量。
[0010]优选地，所述活性粘土为具有层状晶体结构的硅酸盐，含有硅酸根及多种金属离子。活性粘土分散于水中可形成凝胶结构，能够稳定乳液或者悬浮液并调节流变性质，具有化学稳定性和生物惰性，与明胶之间的静电作用使浆料更适用于3D打印，且能够保证生物安全性。
[0011]实际应用中，活性粘土种类丰富多样，分子式复杂，例如凹凸棒石attapulgite分子式为(Mg,Al)2Si4O
10
·
4(H2O)，锂皂石hectorite分子式为[Si8(Mg
5.34
Li
0.66
)O
20
(OH)4]Na
0.66
，合成纳米锂皂石laponite分子式为Na
0.7
Si8Mg
5.5
Li
0.3
O
20
(OH)4，高岭土等。
[0012]在具体的实施过程中，由于天然活性粘土的成分及来源无法确定，所以优先选用成分和来源更加明确的人工合成活性粘土。
[0013]磷酸镁类材料具有良好的生物相容性，在人体结石中检测到了磷酸镁组分，同时磷酸镁具有较高的降解速率，是一种较为理想的骨缺损修复与再生材料。现有技术中以磷酸镁类材料为主要原料的支架制备过程中主要采用的是高温固化或低温水化固化等后处理方式，得到的支架往往较脆，弹性模量不足。本专利技术中的支架原料中添加了活性粘土和明胶，利于提高支架的韧性。
[0014]需要说明的是，磷酸镁类材料具有多种物相，每种磷酸镁物相具有不同的元素和组成，从而具有不同的理化性质以及生物性质。用于骨缺损修复的磷酸镁类材料是一类盐矿物的统称，其成分除了含有磷酸根以及镁元素外，通常还包含钾元素、钠元素、氢元素、铵根等中的一种或一种以上，以及数量不等的结晶水。本专利技术中支架的硬化处理采用的是饱和蒸汽交联方式，对于磷酸镁类材料的选取没有限制，可以制备含有多种磷酸镁物相的复合多孔支架。
[0015]优选地，所述磷酸镁类材料的粒径小于50μm，为了避免3D打印挤出过程中堵塞喷嘴，能够顺利打印。
[0016]优选地，所述磷酸镁类材料包括但不限于为磷镁石(Mg3(PO4)2)及其含有结晶水的衍生物、鸟粪石(MgNH4PO4·
6H2O)及其钾取代的衍生物(MgKPO4·
6H2O)、磷酸镁铵石(NH4MgPO4·
H2O)、镁磷石(MgHPO4·
3H2O)或无定形磷酸镁等。
[0017]明胶是胶原经过酸碱或者酶处理后的部分水解的产物，具有良好的生物相容性、生物降解性，不具有生物抗原性，分子链中含有精氨酸
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甘氨酸
‑
天冬氨酸RGD的氨基酸序列，有助于细胞黏附，是一种应用广泛的生物高分子材料。同时，明胶具有良好的水溶性，交联后的明胶水溶性降低，容易形成分子量更高的生物大分子，其机械强度随之升高。
[0018]本专利技术通过在支架原料中添加明胶，在提高支架韧性的同时，使原料更适用于3D打印，且可通过饱和蒸汽交联实现硬化处理。本专利技术中，优选地，明胶的重均分子量不小于20万Da；优选地，所述明胶的溶解温度为室温至60℃，进一步优选为35
‑
55℃。
[0019]本专利技术中多孔支架的原料还包括有高分子辅助试剂和无机物辅助试剂。优选地，所述高分子辅助试剂包括但不限于为壳聚糖，羟丙基甲基纤维素、F127、P123、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乳酸
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羟基乙酸共聚物、阿拉伯树胶、阿魏酸、透明质酸、茶多酚等。
[0020]所述无机物辅助试剂包括但不限于为磷酸钙类化合物、磷酸锌类化合物、磷酸锶类化合物、硅酸钙类化合物或氧化镁等。在实际应用中，无机物辅助剂中的钙离子、锌离子、
锶离子、硅离子在合适的溶出范围内有利于材料的骨修复效果；氧化镁是磷酸镁骨水泥的一种组分，适当过量的MgO能够增强磷酸镁骨水泥的抗压强度。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活性粘土/磷酸镁/明胶复合多孔支架，其特征在于，按重量份计，其原料包括2
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20份活性粘土、60
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95份磷酸镁类材料、2
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20份明胶、0
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5份高分子辅助试剂、0
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5份无机物辅助试剂。2.根据权利要求1所述的活性粘土/磷酸镁/明胶复合多孔支架，其特征在于，所述活性粘土为具有层状晶体结构的硅酸盐，含有硅酸根及多种金属离子。3.根据权利要求1所述活性粘土/磷酸镁/明胶复合多孔支架，其特征在于，所述磷酸镁类材料的粒径小于50μm；优选地，所述磷酸镁类材料选自磷镁石及其含有结晶水的衍生物、鸟粪石及其钾取代的衍生物、磷酸镁铵石、镁磷石或无定形磷酸镁中的至少一种。4.根据权利要求1所述活性粘土/磷酸镁/明胶复合多孔支架，其特征在于，所述明胶的重均分子量不小于20万Da；优选地，所述明胶的溶解温度为室温至60℃。5.根据权利要求1所述活性粘土/磷酸镁/明胶复合多孔支架，其特征在于，所述高分子辅助试剂选自壳聚糖，羟丙基甲基纤维素、F127、P123、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乳酸
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羟基乙酸共聚物、阿拉伯树胶、阿魏酸、透明质酸或茶多酚中的至少一种；优选地，所述无机物辅助试剂选自磷酸钙类化合物、磷酸锌类化合物、磷酸锶类化合物、硅酸钙类化合物或氧化镁中的至少一种。6.一种如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭燕川，曹霄峰，马铭，王毅虎，卢伟鹏，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：