软骨修复支架及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种软骨修复支架及其制备方法。本申请提供的软骨修复支架包括金属支架，复合软骨层和光滑层，其中，复合软骨层和金属支架各自独立地为多孔结构，该复合软骨层的孔隙率为40%~60%，孔径为300~800μm；金属支架的孔隙率为30~90%，孔径为200~1200μm，弹性模量为2.5~4.5Gpa。本申请提供的软骨修复支架不仅能够支持细胞生长，而且能够促进骨生长，进而缩短术后恢复周期。此外，在复合软骨层上设置有具备光滑表面结构的光滑层，能够有效避免软骨修复支架与机体的摩擦。软骨修复支架与机体的摩擦。软骨修复支架与机体的摩擦。

【技术实现步骤摘要】
软骨修复支架及其制备方法


[0001]本专利技术涉及骨科植入物
，具体而言，涉及一种软骨修复支架及其制备方法。

技术介绍

[0002]骨软骨损伤在临床骨科中较为常见，骨软骨缺损的修复仍然是骨科最具挑战性的临床问题之一。由于软骨细胞缺乏迁徙能力，软骨细胞少且增殖能力差，软骨组织内无血液供应，营养来源于周围关节滑液等原因导致软骨损伤难以修复。到目前为止，已经有各种临床治疗方法可以在一定程度上缓解症状和提高生活质量，包括微骨折技术、马赛克成形术、软骨下钻孔、软骨刮除、磨损关节成形术、自体/同种异体骨移植和关节置换手术(Redman等人，2005年；Gracitelli等人，2016年)，但他们都具有一些缺点，如清创术或灌洗术只适合于损伤小于2 cm2，且术后不能快速恢复活动能力；对于马赛克技术，则只适合大于4 cm2的创伤，且由于需要取正常软骨作为移植原料，导致手术创伤较大且术后存在一些并发症如关节炎等。尤其当骨软骨损伤涉及到不同层次的关节软骨、软骨
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骨界面及软骨下骨的复杂情况时，这些方法都不能实现骨软骨炎（Osteochondritis, OC）的完全修复和关节功能的满意重建。
[0003]近年来，越来越多的学者对不同梯度的骨软骨组织进行研究，包括其微观结构、生物学特性(Ansari等人，2019年)，基于不同梯度支架的骨软骨组织工程策略取得了很大的进展。但目前大多数的梯度支架均没有实现与骨软骨相当的力学性能，植入后病人不能在短期内恢复行走。3D打印金属支架通过调节金属支架的孔径及孔隙率，几乎可以达到与松质骨相当的力学性能，从而实现术后即刻承重的效果。但钛金属本身并无生物活性，仅仅起到一个细胞攀爬的支架作用，无法促进骨组织修复。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种软骨修复支架及其制备方法，以解决现有技术中大多数梯度支架均没有实现与骨软骨相当的力学性能，3D打印金属支架能够达到与松质骨相当的力学性能，但钛金属并未无生物活性无法促进骨组织修复的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种软骨修复支架，该软骨修复支架包括金属支架，该金属支架包括金属软骨下骨层和与该金属软骨下骨层固定连接的固定柱，该金属软骨下骨层远离固定柱的表面设置有光滑层，该光滑层与金属软骨下骨层之间设置有复合软骨层；其中，复合软骨层和金属支架各自独立地为多孔结构，该复合软骨层的孔隙率为40~60%，孔径为300~800μm；金属支架的孔隙率为30%~90%，孔径为200~1200μm，弹性模量为2.5~4.5GPa。
[0007]进一步地，金属支架的材料各自独立地选自Ti、Ti
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6Al
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4V、Ti
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6Al
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17Nb、Ti
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13Nb
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13Zr或Ti
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5Zr
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3Mo
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15Nb中的至少一种。
[0008]进一步地，金属支架的空隙中填充有水凝胶，该水凝胶的材料包括第一可降解物和氯化镁，优选第一可降解物与氯化镁的质量比为（5~25）:（8~40）；其中，第一可降解物为海藻酸钠和/或透明质酸。
[0009]进一步地，复合软骨层的材料包括第一可降解物、氯化镁以及第二可降解物，且三者的质量比为1~3:1~3:1；其中第一可降解物为海藻酸钠和/或透明质酸，该第二可降解物为羟基磷灰石和/或生物玻璃。
[0010]进一步地，光滑层的材料包括第一可降解物、氯化镁、第二可降解物和丝素蛋白，且四者质量比为0.5~2.5:0.5~2.5:1:3~5，其中，第一可降解物、第二可降解物各自独立地为海藻酸钠和/或透明质酸。
[0011]进一步地，软骨修复支架的总高度为5~13mm。
[0012]进一步地，光滑层的厚度为200~1000μm.
[0013]进一步地，复合软骨层的厚度为1~2mm。
[0014]进一步地，金属软骨下骨层的厚度为3~5mm。
[0015]进一步地，固定柱的个数为2~6。
[0016]为了实现上述目的，根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种软骨修复支架的制备方法，该制备方法包括以下步骤：步骤S1，通过3D打印的方式制备金属软骨下骨层以及与金属软骨下骨层固定连接的固定柱，得到金属支架；步骤S2，将复合软骨层复合于金属软骨下骨层远离固定柱的表面，得到双层复合支架；步骤S3，在复合软骨层上通过静电纺丝形成光滑层，得到软骨修复支架；其中，金属支架、金属软骨下骨层、固定柱、复合软骨层和光滑层均有上述第一个方面中相同含义。
[0017]进一步地，步骤S1包括：步骤S11，通过3D打印得到金属软骨下骨基底和与金属软骨下骨基底固定连接的固定柱基底；步骤S12，将金属软骨下骨基底以及固定柱基底在惰性气氛下进行热处理，得到金属支架，优选热处理的温度为800~1300℃，时间为1~2h。
[0018]进一步地，步骤S1还包括设置于步骤S12之后的步骤S13，步骤S13为：在金属支架的孔隙中填充水凝胶，包括以下步骤：步骤S131，将第一可降解物溶解于水中，得到第一可降解物溶液，其中，第一可降解物与水的质量体积比为5~25g:100mL；步骤S132，将第一可降解物溶液与氯化镁溶液混合，得到水凝胶溶液，其中，第一可降解物溶液与氯化镁溶液的体积比为1:1~2，氯化镁溶液的质量浓度为8~20%；步骤S133，将金属支架置于水凝胶溶液中进行交联处理后取出，冻干，得到孔隙中填充有水凝胶的金属支架。
[0019]进一步地，步骤S2包括：步骤S21，先将第二可降解物与第一可降解物溶液混合，得到可降解物混合溶液，再将氯化镁溶液与可降解物溶液混合，得到降解物与氯化镁的混合溶液，其中，第一可降解物与第二可降解物的质量比为1~3:1，氯化镁溶液与降解物混合溶液的体积比为1:1~2；步骤S22，将降解物与氯化镁的混合溶液依次进行交联处理和固液分离，得到待成型复合软骨材料；步骤S23，将待成型复合软骨材料铺设于金属软骨下骨层远离固定柱的表面，冻干，得到双层复合材料。
[0020]进一步地，步骤S3包括：步骤S31，将水凝胶溶液依次进行交联处理和固液分离，得到下层凝胶；步骤S32，将下层凝胶、第二可降解物和丝素蛋白混合并分散于有机溶剂中，得到混合纺丝液，下层凝胶、第二可降解物和丝素蛋白的质量比为1~5:1:3~5，有机溶剂优选为六氟异丙醇；步骤S33，将混合纺丝液进行静电纺丝，在复合软骨层远离金属支架的表面
形成静电纺丝膜，该静电纺丝膜即光滑层。
[0021]进一步地，上述制备方法还包括设置于步骤S3之后的步骤S4，该步骤S4包括：将软骨修复支架进行灭菌处理。
[0022]进一步地，灭菌处理为Co辐照灭菌。
[0023]应用本申请的技术方案，通过在金属支架上设依次置复合软骨层和光滑层模拟骨软骨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软骨修复支架，其特征在于，所述软骨修复支架包括金属支架，所述金属支架包括金属软骨下骨层和与所述金属软骨下骨层固定连接的固定柱，所述金属软骨下骨层远离所述固定柱的表面设置有光滑层，所述光滑层与所述金属软骨下骨层之间设置有复合软骨层；其中，所述复合软骨层和所述金属支架各自独立地为多孔结构，所述复合软骨层的孔隙率为40~60%，孔径为300~800μm；所述金属支架的孔隙率为30~90%，孔径为200~1200μm，弹性模量为2.5~4.5GPa。2.根据权利要求1所述的软骨修复支架，其特征在于，所述金属支架的材料各自独立地选自Ti、Ti
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6Al
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4V、Ti
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6Al
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17Nb、Ti
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13Nb
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13Zr或Ti
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5Zr
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3Mo
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15Nb中的至少一种；所述金属支架的孔隙中填充有水凝胶，所水凝胶的材料包括第一可降解物和氯化镁，优选所述第一可降解物与所述氯化镁的质量比为（5~25）:（8~40）；其中，所述第一可降解物为海藻酸钠和/或透明质酸。3.根据权利要求1所述的软骨修复支架，其特征在于，所述复合软骨层的材料包括第一可降解物、氯化镁以及第二可降解物，且三者质量比为1~3:1~3:1；其中，所述第一可降解物为海藻酸钠和/或透明质酸，所述第二可降解物为羟基磷灰石和/或生物玻璃。4.根据权利要求1所述的软骨修复支架，其特征在于，所述光滑层的材料包括第一可降解物、氯化镁、第二可降解物和丝素蛋白，且四者质量比为0.5~2.5:0.5~2.5:1:3~5；其中，所述第一可降解物为海藻酸钠和/或透明质酸，所述第二可降解物为羟基磷灰石和/或生物玻璃。5.根据权利要求1至4中任一项所述的软骨修复支架，其特征在于，所述软骨修复支架的总高度为5~13mm；和/或，所述光滑层的厚度为200~1000μm；和/或，所述复合软骨层的厚度为1~2mm；和/或，所述金属软骨下骨层的厚度为3~5mm；和/或，所述固定柱的个数为2~6。6.一种软骨修复支架的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：步骤S1，通过3D打印的方式制备金属软骨下骨层以及与所述金属软骨下骨层固定连接的固定柱，得到金属支架；步骤S2，将复合软骨层设置于所述金属软骨下骨层远离所述固定柱的表面，得到双层复合支架；步骤S3，在所述复合软骨层上通过静电纺丝形成光滑层，得到所述软骨修复支架；其中，所述金属支架、所述金属软骨下骨层、所述固定柱、所述复合软骨层和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏崇斌，张芹，于娟娟，张少坤，毛联甲，
申请(专利权)人：北京爱康宜诚医疗器材有限公司，
类型：发明
国别省市：