负载氮化硅的3D打印多孔骨支架及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种负载氮化硅的3D打印多孔骨支架及其制备方法和应用，属于能够移植到骨骼的假体，或假体材料的技术领域。本发明专利技术中生物墨水分散液是以浓度为4

【技术实现步骤摘要】
负载氮化硅的3D打印多孔骨支架及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于能够移植到骨骼的假体，或假体材料的
，具体涉及一种负载氮化硅的3D打印多孔骨支架及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]骨组织功能的衰竭是导致生活质量下降的主要原因之一，大尺寸骨缺损的修复一直以来都是临床上的难题，自体骨移植或同种异体骨移植治疗策略由于供体疾病和供体有限等缺点很大程度上限制了其治疗效果，开发理想的骨支架移植物具有重要意义。氮化硅作为非生物活性陶瓷具有促进骨再生的优势，且作为加工材料广泛用于脊椎融合器、关节假体等非可降解骨科医疗器械的制备，但并未发现将其加工成纳米颗粒作为可释放硅离子的生物活性物质与丝素蛋白、明胶等天然材料进行复合形成制备成可降解的生物活性支架治疗骨缺损的再生。传统支架制备工艺虽然在加工成型方面有一定的优势，但由于缺乏对缺损尺寸的适应性，不适合不规则的伤口，满足不了临床的定制化需求。鉴于目前3D打印技术在定制化骨科医疗产品方面的广泛应用，通过创造性的将氮化硅、丝素蛋白与明胶制备成3D打印生物墨水，并付诸于劳动性配比优化以及打印工艺的探索，有望获得可释放硅离子的定制化骨支架，以提升骨缺损方面的修复效果。

技术实现思路

[0003]本专利技术就是为了解决目前的3D打印骨支架，在不规则骨缺损存在难以个性化制备，以及生物活性不足等问题，而提供了一种负载氮化硅的3D打印多孔骨支架及其制备方法和应用。
[0004]本专利技术具体是通过如下技术方案来实现的。
[0005]一种负载氮化硅的3D打印多孔骨支架，其打印机加料管中的生物墨水分散液是浓度为4
‑
10％g/mL的明胶水溶液和浓度为2
‑
5％g/mL的丝素蛋白水溶液按1:1的体积比混合成复合溶液，再按氮化硅和复合溶液的质量体积比的1
‑
8％g/mL于复合溶液中加入氮化硅，通过低温3D打印设备制备而成。
[0006]一种负载氮化硅的3D打印多孔骨支架的制备方法，其实将将浓度为4
‑
10％g/mL的明胶水溶液和浓度为2
‑
5％g/mL的丝素蛋白水溶液，按1:1的体积比混合成复合溶液，再按氮化硅和复合溶液的质量体积比的1
‑
8％g/mL于复合溶液中加入氮化硅成生物墨水，37℃搅拌制成生物墨水分散液，经预冷处理，将获得的凝胶置于3D打印机中，在打印喷头压力作用下，通过挤出自下而上逐层打印，形成多层支架半成品，采用无水乙醇浸泡，0.01mo l/L磷酸缓冲液清洗5次，冻干即得3D打印多孔骨支架。
[0007]所述的制备方法，其预冷处理的温度为4℃，时间为30min。
[0008]所述的制备方法，其打印喷头温度设置成21℃，平衡5min，打印机接收平台温度设置成4℃。
[0009]所述的制备方法，其打印喷头直径为0.4
‑
0.8mm，施加至3D打印喷头的压力为60
‑
500kPa，出丝间距为200
‑
1000μm。
[0010]所述的制备方法，其逐层打印层数为5
‑
10层，打印速度为40
‑
60mm/s。
[0011]所述的制备方法，其生物墨水分散液需均一且无气泡。
[0012]一种负载氮化硅的3D打印多孔骨支架在制备骨缺损修复材料中的应用。
[0013]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0014]本专利技术针对传统多孔支架在不规则骨缺损存在难以个性化制备以及生物活性不足的问题，采用3D打印技术制备生物活性多孔支架，使其能够释放硅离子，促进间充质干细胞成骨分化，增强骨缺损的愈合，以实现个性化骨缺损治疗，具体优势体现在：
[0015](1)材料选取上，生物可降解的天然丝素蛋白和明胶拥有较好的生物相容性。明胶具有低温成型的特点，有利于材料进行低温3D打印。丝素蛋白具有良好的力学性能，可增强明胶的力学强度。
[0016](2)制备工艺上，利用3D打印技术，可实现支架的个性化制备；采用物理交联的方法进行支架固化，具有制备条件温和的特点。
[0017](3)产物功能上，制备的支架具有均一、可控的孔径结构，且可释放硅离子，促进间充质干细胞向成骨细胞分化，增强骨缺损的愈合，有利于骨缺损的修复与再生。
附图说明
[0018]图1是本专利技术中多孔骨支架的宏观形貌A与微观形貌B观察图；
[0019]图2是本专利技术中多孔骨支架的硅离子释放行为图；
[0020]图3是本专利技术中多孔骨支架的促进rBMSCs成骨分化效果图；
[0021]图4是采用苏木素&伊红染色评价打印多孔骨支架促进骨再生效果图；
[0022]图5为采用马森三色染色评价打印多孔骨支架促进骨再生效果图。
具体实施方式
[0023]为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0024]下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均为市售商品。
[0025]本专利技术的专利技术构思：
[0026]为了解决传统多孔支架在不规则骨缺损存在难以个性化制备，以及生物活性不足的问题，本专利技术以氮化硅为生物活性物质，丝素蛋白与明胶为生物墨，通过低温3D打印设备有机结合物理交联法构建的多孔支架。
[0027]下面通过以下实施例和数据对本
技术实现思路
进行具体说明。
[0028]实施例1
[0029]负载氮化硅的3D打印多孔骨支架的制备方法，包括以下步骤：
[0030](1)生物墨水的配制：配制浓度为5％g/mL的明胶水溶液和浓度为2.5％g/mL的丝素蛋白水溶液(SF溶液)，将二者按照体积比1:1的比例进行混合形成复合溶液；随后，按氮化硅与复合溶液质量体积比的8％g/mL于复合溶液中加入氮化硅形成生物墨水。将墨水至于37℃水浴锅中充分搅拌使氮化硅均匀分散后，转移打印机加料管中备用。
[0031](2)负载氮化硅的3D打印多孔骨支架制备：将装有墨水的料筒放入打印喷头中，设置喷头温度为4℃预冷墨水30min，随后，将喷头温度设置成21℃，并同时设置打印接收平台温度为4℃，平衡5min后进行打印。打印过程中，自下而上逐层打印，打印层数为8层，打印速度为50mm/s，打印针头直径为0.6mm；施加至3D打印喷头的压力大小为100kPa，出丝间距为500μm。
[0032]实施例2
[0033]负载氮化硅的3D打印多孔骨支架的制备方法，包括以下步骤：
[0034](1)生物墨水的配制：配制浓度为6％g/mL的明胶水溶液和浓度为3％g/mL的SF溶液，将二者按照体积比1:1的比例进行混合形成复合溶液；随后，按氮化硅与复合溶液质量体积比的4％g/mL于复合溶液中加入氮化硅形成生物墨水。将墨水至于3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载氮化硅的3D打印多孔骨支架，其特征在于：打印机加料管中的生物墨水分散液是浓度为4
‑
10％g/mL的明胶水溶液和浓度为2
‑
5％g/mL的丝素蛋白水溶液按1:1的体积比混合成复合溶液，再按氮化硅和复合溶液的质量体积比的1
‑
8％g/mL于复合溶液中加入氮化硅，通过低温3D打印设备制备而成。2.一种负载氮化硅的3D打印多孔骨支架的制备方法，其特征在于：将浓度为4
‑
10％g/mL的明胶水溶液和浓度为2
‑
5％g/mL的丝素蛋白水溶液，按1:1的体积比混合成复合溶液，再按氮化硅和复合溶液的质量体积比的1
‑
8％g/mL于复合溶液中加入氮化硅成生物墨水，37℃搅拌制成生物墨水分散液，经预冷处理，将获得的凝胶置于3D打印机中，在打印喷头压力作用下，通过挤出自下而上逐层打印，形成多层支...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨强，董云生，王淑芬，万金鹏，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：