一种可降解三维多孔支架制造技术

本实用新型专利技术涉及一种可降解三维多孔支架，支架用于模拟骨组织的软骨结构，支架包括：第一仿生层，用于模拟软骨细胞与软骨基质连接结构；第二仿生层，用于模拟软骨基质及分布在软骨基质中的纤维；第三仿生层，用于模拟软骨膜；第三仿生层凭借布置在第一仿生层和第二仿生层组合整体部分外表面的方式形成半包围或全包围结构；各仿生层通过配置有不同尺寸或数量微孔结构的方式形成模拟正常软骨的三维多孔支架，支架能够通过调整分层结构和微孔布局特点的方式获得可满足不同部位力学性能需求的结构；可降解材料制备的支架可以容纳和附着大量活性细胞和生长物质，对于软骨结构的短期功能替代和生物结构重建具有重要意义。能替代和生物结构重建具有重要意义。能替代和生物结构重建具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种可降解三维多孔支架


[0001]本技术涉及医疗材料及器械
，尤其涉及一种可降解三维多孔支架。

技术介绍

[0002]组织工程学是一门基于细胞生物学和材料学的学科，主要涉及使用各类特性材料制作或制备用于实现支撑、连接、修复等功能的各种形态的支架或连接结构，涉及骨结构组织、血管组织、神经组织及脏器组织等；其中，材料类型和支架结构是组织工程的核心要素，直接影响到支架在生物相容性、力学性能、药物承载特性、可降解特性等方面的效果。
[0003]例如，适用于骨结构组织工程的支架材料中，包括：天然生物材料，如胶原、壳聚糖、卵磷脂、明胶以及基于天然材料制作的碳纳米管、碳纤维、石墨烯等；高分子材料，如聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)、聚羟基乙酸(PGA)、聚乙二醇(PEG)等；生物陶瓷材料，如羟基磷灰石(HA)、磷酸三钙(TCP)、硅酸钙(CaSiO3)、碳酸钙(CaCO3)、生物玻璃等；其中，上述材料各有缺点，由单一材料或常用方法制作的支架往往无法满足骨组织工程在性能方面的需求，即支架机械强度符合要求，可保持结构形状稳定；有一定生物活性可诱导细胞生长、分化，并可被人体降解吸收；良好的组织相容性，不会发生较强的免疫排斥反应。
[0004]现有技术常通过改性或复合的方式获得新型骨支架材料并基于结构设计以获得性能提升。例如，公开号为CN214967159U的专利公开了一种三相复合软骨支架，包括从上至下依次层叠排布的软骨支架层、钙化支架层及软骨下骨支架层，所述软骨支架层与钙化支架层为一体结合，所述钙化支架层与软骨下骨支架层锚定连接；而公开号为CN213697361U的专利公开了一种一体化多层仿生软骨支架，包括对应于软骨浅表层设置的第一仿生层、对应于软骨中间层设置的第二仿生层、对应于软骨深层设置的第三仿生层、对应于钙化软骨层设置的第四仿生层，第一仿生层、第二仿生层、第三仿生层、第四仿生层自上而下依次一体连接，第四仿生层的底部还一体连接有至少一个楔形支腿。上述专利的技术方案基于仿生分层结构模拟真实软骨结构，从而获得预骨结构组织相匹配的力学性能，分层设置有孔洞通道或设置为网孔结构，用以细胞附着生长以及分化增殖，也可以作为养分物质或代谢产物的转移通道。
[0005]公开号为CN202751469U的专利公开了一种多孔性骨支架，由生物活性添加物、可降解金属、可降解无机物和可降解聚合物形成。该多孔性骨支架的形状为长方体、圆柱体、正方体或横截面为菱形的柱体，多孔性骨支架上形成多个孔洞，孔洞的连通率大于97％，孔洞的孔壁上形成有多个微孔，孔洞的孔径为100～800微米，微孔的孔径为5～100微米、孔深1～50微米，多孔性骨支架的孔隙率为60～95％。该专利的技术方案通过设置大尺寸孔洞和小尺寸孔洞的方式组合形成高生物特性的微孔结构，即促进细胞粘附，使其分化和增殖，为细胞生长提供适宜环境。但该技术方案中的柱状支架对于真实软骨结构组织仿生模拟不足，即不同深度的支架结构应当存在力学性能差异。
[0006]基于上述分析，现有关于骨组织工程的仿生支架未提供一种同时满足结构性能需求和生物活性需求的三维多孔支架，支架同时设置有模拟真实软骨结构的分层结构和满足
生物活性需求的微孔结构，使得支架能够通过调整分层结构和微孔布局特点的方式获得可满足不同部位力学性能需求的结构。
[0007]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本技术不具备这些现有技术的特征，相反本技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的至少一部分不足之处，本申请提出了一种可降解三维多孔支架，可模拟骨组织的软骨结构，支架包括：第一仿生层，用于模拟软骨细胞与软骨基质连接结构；第二仿生层，用于模拟软骨基质及分布在软骨基质中的纤维；第三仿生层，用于模拟软骨膜；在第一仿生层与第二仿生层连接为一体的情况下，第三仿生层凭借布置在第一仿生层和第二仿生层组合整体部分外表面的方式形成半包围或全包围结构；其中，在第一仿生层至第三仿生层均配置有微孔结构的情况下，第一仿生层至第三仿生层按照配置有不同尺寸或数量微孔结构的方式形成模拟正常软骨的三维多孔支架。
[0009]骨组织的软骨结构由软骨组织及其周围的软骨膜构成，软骨组织由软骨细胞、基质及纤维构成，根据软骨组织内所含纤维成分的不同，可将软骨分为透明软骨、弹性软骨和纤维软骨三种；针对现有技术中未能提供一种能够同时模拟软骨多层次结构和活性结构的支架的问题，本申请同时设置有模拟真实软骨结构的分层结构和满足生物活性需求的微孔结构，即用于模拟软骨细胞与软骨基质连接结构的第一仿生层、用于模拟软骨基质及分布在软骨基质中的纤维的第二仿生层和用于模拟软骨膜的第三仿生层。
[0010]因此，本申请中，为保证支架能够较好地模拟真实软骨结构并提供近似的力学性能和生物活性基础，支架在通过第一仿生层至第三仿生层模拟软骨的分成结构的基础上，在第一仿生层至第三仿生层分别设置有不同尺寸和不同数量的微孔结构，不同尺寸指微孔孔径在单层配置为不同范围，以保证活性物质的流通和对应的力学性能，例如弹性模量、韧性挠度等，使得各层的性能与真实软骨结构的性能相近且能够满足支架各层的功能需求；同时，支架也能够通过调整分层结构和微孔布局特点的方式获得可满足不同部位力学性能需求的结构以适用于不同关节位置，可降解材料制备的支架可以容纳和附着大量活性细胞和生长物质，可用于促进软骨结构重建，当支架在达到设定寿命开始降解后，重新生长形成的软骨结构就可替代支架形成新的骨组织，从而避免需要重新手术取出支架的问题，对于临床上应用活性药物配合软骨重建具有重要意义。
[0011]优选地，微孔结构包括第一孔道和第二孔道，其中，在第一孔道是可延伸至不同仿生层的连通结构的情况下，第二孔道布置在第一孔道内壁面并沿第一孔道的径向方向形成远离第一孔道中心轴线的孔洞。微孔结构包括用于活性物质流通的第一孔道和用于活性物质附着发展的第二孔道，其中，第一孔道尺寸允许细胞、养分及药物等物质从骨组织向支架内部移动以重新构建软骨结构，第二孔道分布在第一孔道的内壁面，可显著增加第一孔道内壁的不光滑程度，也显著扩展了第一孔道内壁的表面积，有利于细胞等活性位置的附着、繁殖和发展，从而重新构建软骨结构。
[0012]优选地，第一仿生层配置有与骨关节面接触的第一子层和与第二仿生层接触的第
二子层，其中，在第一子层配置有用于容纳软骨细胞附着的若干陷窝的情况下，第二子层配置有与第一子层连通的若干第一孔道。为模拟软骨结构与骨关节面连接的位置，第一仿生层分为富含软骨细胞的第一子层和与第二仿生层连接的第二子层，软骨细胞位于软骨基质内的软骨陷窝中，当软骨生长时，细胞渐向软骨的深部移动，并具有较明显的软骨囊，细胞在囊内进行分裂，逐渐形成有若干细胞的细胞群；则第一子层和第二子层之间的第一孔道可用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可降解三维多孔支架，用于模拟骨软骨结构，其特征在于，所述支架包括：第一仿生层(100)，用于模拟软骨细胞与软骨基质连接结构；第二仿生层(200)，用于模拟软骨基质及分布在软骨基质中的纤维；第三仿生层(300)，用于模拟软骨膜；在所述第一仿生层(100)与所述第二仿生层(200)连接为一体的情况下，所述第三仿生层(300)凭借布置在所述第一仿生层(100)和所述第二仿生层(200)组合整体部分外表面的方式形成半包围或全包围结构；其中，在所述第一仿生层(100)至所述第三仿生层(300)均配置有微孔结构的情况下，所述第一仿生层(100)至所述第三仿生层(300)按照配置有不同尺寸或数量所述微孔结构的方式形成模拟正常软骨的三维多孔支架。2.根据权利要求1所述的支架，其特征在于，所述微孔结构包括第一孔道(201)和第二孔道(202)，其中，在所述第一孔道(201)是可延伸至不同仿生层的连通结构的情况下，所述第二孔道(202)布置在所述第一孔道(201)内壁面并沿所述第一孔道(201)的径向方向形成远离所述第一孔道(201)中心轴线的孔洞。3.根据权利要求2所述的支架，其特征在于，所述第一仿生层(100)配置有与骨关节面(400)接触的第一子层(101)和与所述第二仿生层(200)接触的第二子层(102)，其中，在所述第一子层(101)配置有用于容纳软骨细胞附着的若干陷窝的情况下，所述第二子层(102)配置有与所述第一子层(101)连通的若干所述第一孔道(201)。4.根据权利要求3所述的支架，其特征在于，在所述第一仿生层(100)远离所述第二仿生层(200)一侧设置为配合所述骨关节面(400)的第一曲面(203)的情况下，所述第二仿生层(200)远离所述第一仿生层(100)一侧设置为与所述第一曲面(203)相互配合的第二曲面(204)，其中，所述第一仿生层(100)和所述第二仿生层(200)基于所述第一曲面(203)和所述第二曲面(204)包围所述骨关节面(400)，使得所述第二仿生层(200)远离所述第一仿生层(100)一侧的表面至所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈金伟，陈大华，吴丽旋，林嘉定，黄创显，廖乐桦，谢恒辉，赵崇耀，宋辉，
申请(专利权)人：广东轻工职业技术学院，
类型：新型
国别省市：