【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医用材料，涉及一种纤维支架的制备，尤其是一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法。
技术介绍
1、骨缺损是因先天或后天原因导致骨的结构完整性被破坏的病症。造成骨缺损的原因包括急性骨缺失、骨感染后的清创、以及放疗或骨肿瘤切除后骨不连或骨失去血供。临床常用的骨缺损修复手段包括自体骨移植、异体骨移植以及骨组织工程技术。因自体骨移植来源有限、异体骨移植易出现免疫排异反应等问题，人工骨成为目前骨缺损修复的研究热点。
2、天然骨是一种具有多级有序的无机/有机复合材料，其中有机成分主要是ⅰ型胶原，无机矿物主要是羟基磷灰石。矿化胶原复合材料因成分及结构与天然骨相似，且具有良好的生物相容性和可降解性，是较为理想的骨组织工程材料之一。
3、传统的流延法（tape casting，tc）制备的矿化胶原纤维支架力学性能较差，难以维持骨再生空间，不利于骨缺损修复。因此，本研究设计3d打印制备矿化胶原纤维支架，使胶原纤维规则取向排列，使得矿化胶原纤维支架力学性能增强，成骨能力增强。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法，制备具有取向性的结构稳定的矿化胶原纤维支架，增强力学性能，还可促进成骨细胞的增殖及分化。
2、为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：提供了一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法，包括以下步骤：
3、（1）胶原蛋白溶液的制备：将胶原蛋白凝胶在冰乙酸
4、（2）胶原纤维支架（collagen fiber scaffolds，col）的制备：通过挤出式3d打印法，通过设置不同打印模型制备具有不同拓扑结构（0°、45°、90°）、不同厚度的支架，浸泡naoh溶液调节ph=6~8，再浸泡戊二醛溶液交联2h，去离子水冲洗后得到胶原纤维支架；
5、（3）矿化胶原纤维支架（mineralized collagen fiber scaffolds，mc）的制备：将胶原纤维支架先后浸泡于cacl2溶液和na2hpo4溶液中，每种溶液每次浸泡2h，共循环浸泡3次，去离子水冲洗后，得到矿化胶原纤维支架；所述冰乙酸溶液为0.525m，胶原蛋白溶液为8~12mg/ml，naoh溶液为0.2m，戊二醛溶液浓度为3~5g/l，cacl2溶液为0.5m，na2hpo4溶液为0.3m，ca/p摩尔比为1.66～1.68。
6、相对于现有技术，本专利技术所述的矿化胶原纤维支架的制备方法，具有以下有益效果：
7、（1）本专利技术所述方法制备的矿化胶原纤维支架，通过3d打印的剪切力作用，使胶原纤维规则排列，具有明显取向性，由于人体承重组织的机械强度取决于高度各向异性的胶原蛋白结构，具有取向性的矿化胶原纤维支架力学性能增强，规则的胶原纤维结构还可促进矿化，促进成骨细胞沿纤维方向增殖、分化。
8、（2）本专利技术可根据骨缺损修复部位不同的力学要求，通过更改打印参数设计对应的3d打印模型，制备矿化胶原纤维支架。通过设置3d打印的挤出速度为0.5~2mm3/s，可制备具有明显取向性的胶原纤维支架，增强力学性能；通过设置0°~90°的打印角度，可制备具有不同拓扑结构的支架，促进细胞取向性增殖、分化；通过增加支架的打印层数，可提高支架的力学强度。
9、（3）本专利技术采用naoh溶液调节胶原纤维支架的ph值，随着ph的升高，胶原蛋白中组氨酸脱质子化、氨基酸侧链上的可电离基团电离，胶原纤维内净电荷和电离基团数量增加，相邻胶原分子间的静电吸引力增加，胶原分子由球状突起逐渐拉长成纤维状结构并相互平行排列，但随着ph继续升高，胶原纤维间距增大，最终纤维彼此分离，因此通过设计调节ph=6~8，可以稳定纤维平行且相连的结构。
10、（4）本专利技术采用戊二醛溶液进行化学交联，而胶原的交联程度在稳定胶原构象和促进成骨方面起着重要作用。戊二醛可与胶原中的氨基和羟基作用形成缩醛或产生烷醇化合，形成分子内和分子间的共价键，使结构更稳定，力学性能增加；由于戊二醛可消耗氨基，过剩的羧基可结合游离钙，为钙离子的富集和沉积提供位点，可促进胶原蛋白矿化。
11、（5）本专利技术采用循环矿化法进行矿化，可提高矿化率。首先浸泡0.5m的cacl2溶液2h，使ca2+与胶原微纤维上的-cooh和c=o上的o原子配位结合，作为有机相和无机相连接的作用位点，诱导矿化；再根据ca/p摩尔比为1.66～1.68，浸泡0.3m的na2hpo4溶液2h，在胶原纤维表面沉积羟基磷灰石。
12、（6）本专利技术采用3d打印制备矿化胶原纤维支架，可实现个性化定制。骨缺损是因先天或后天原因导致骨的结构完整性被破坏的病症，骨缺损部位通常大小、形态不规则。矿化胶原纤维支架能在骨结构中起到结构性的网架作用，具有平行、编织、胶合板状、放射状等不同的排列方式。通过更改打印参数，设计不同3d打印模型，可制备更符合骨缺损部位尺寸形状、满足该部位骨结构矿化胶原纤维排列方式的支架，有利于促进新骨的形成。通过更改模型尺寸，设置支架每一层的大小形状，可制备更贴合骨缺损部位的支架；通过更改打印路径，在0°~90°的范围内设置支架每一层的打印角度，可制备符合骨缺损部位要求的胶原纤维排列方式的支架。
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1.一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，冰乙酸溶液为0.525M，在4℃下静置12h，去除气泡；所述步骤（2）中，NaOH溶液为0.2M，戊二醛溶液浓度为3~5g/L；所述步骤（3）中，CaCl2溶液为0.5M，Na2HPO4溶液为0.3M，Ca/P摩尔比为1.66～1.68。
3.根据权利要求1所述的一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法，其特征在于：所述作为生物墨水的胶原蛋白溶液浓度为8～12mg/mL。
4.根据权利要求1所述一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法，其特征在于：设置3D打印的挤出速度为0.5 ~2mm3/s。
5.根据权利要求1所述一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法，其特征在于：按照骨缺损修复部位的力学要求，选择对应的3D打印模型，通过设置0°~90°的打印角度，制备具有不同胶原纤维取向性及拓扑结构的支架，根据支架的力学强度要求，设
6.根据权利要求1所述一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述浸泡于NaOH溶液调节pH值为6~8。
7.根据权利要求1所述一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法，其特征在于，浸泡戊二醛溶液交联2小时。
8.根据权利要求1所述的一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）循环浸泡于CaCl2溶液和Na2HPO4溶液中，每种溶液每次浸泡2小时，共循环浸泡3次，在胶原纤维支架表面沉积羟基磷灰石。
9.权利要求1～8任一项所述一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法制得的矿化胶原纤维支架。
10.权利要求9所述的具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架在骨缺损修复中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，冰乙酸溶液为0.525m，在4℃下静置12h，去除气泡；所述步骤（2）中，naoh溶液为0.2m，戊二醛溶液浓度为3~5g/l；所述步骤（3）中，cacl2溶液为0.5m，na2hpo4溶液为0.3m，ca/p摩尔比为1.66～1.68。
3.根据权利要求1所述的一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法，其特征在于：所述作为生物墨水的胶原蛋白溶液浓度为8～12mg/ml。
4.根据权利要求1所述一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法，其特征在于：设置3d打印的挤出速度为0.5 ~2mm3/s。
5.根据权利要求1所述一种具有取向性的力学增强矿化胶原纤维支架的制备方法，其特征在于：按照骨缺损修复部位的力学要求，选...
【专利技术属性】
技术研发人员：连小洁，周祎，芦镱，朱琦，冯浩楠，康俊嘉，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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