本发明专利技术涉及一种内表面具有花蕊型层叠片状微纳米拓扑形貌的骨水泥多孔支架及其制备方法。该骨水泥多孔支架的内部为不规则多孔结构，孔径为100～1000μm、孔隙率为5～95%，孔与孔之间相互联通，孔的内表面为不光滑表面，连续分布着大小为200～800nm的颗粒，其中不连续的分布着微米级的凸起结构，该凸起结构的大小为2～8μm，高度为1～5μm。本方法制备的具有特殊形貌的骨水泥多孔支架可以促进细胞在支架内表面的黏附，进而调控细胞的其他行为及对缺损部位的修复，可用于硬组织尤其是骨组织的修复。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种骨水泥多孔支架及其制备方法，特别是一种。
技术介绍
利用组织工程学修复骨组织缺损的三要素为种子细胞、信号因子及多孔支架材料。其中，多孔支架材料可提供细胞和血管长入的三维空间环境及物质运输的传输通道，并为新生组织的生成提供物理支撑，理想的多孔支架材料还应具有良好的生物相容性、生物降解性、细胞-材料黏附界面及一定的机械强度等特点。磷酸钙骨水泥支架有着自行固化、方便赋形、骨诱导性和骨传导性好、机械强度高等优点，尽管具有脆性大的缺点，仍成为骨组织工程领域研究的重要分支之一，有着广阔的市场前景。据文献报道，二维表面的纳米及微米拓扑结构对细胞黏附和细胞分化都有着重要的调节作用[Kulangara K and Leong Kff, 2009, Soft Matter; Geblinger D, et al,2010, Journal of Cell Science; Pan Z, et al, 2012, Biomaterials.]。具有合适微米、纳米尺度拓扑结构的表面比同种材料的平滑表面更有利于细胞的黏附生长和细胞分化方向的调控。利用生物可降解高分子材料制备的多孔支架，其内表面往往相对比较平整，不容易进行拓扑结构的修饰。而磷酸钙骨水泥固化后的表面一般自行形成微米或纳米级的拓扑结构，常见的有片状、凹坑、凸起等结构。由β -磷酸三钙/羟基磷灰石(β -TCP/HA)组成的双相磷酸钙(BCP)最早出现于1920年(当时认为是磷酸三钙)，在具有一般磷酸钙盐良好的生物相容性的同时，还结合了羟基磷灰石骨诱导性好、力学强度高及β_磷酸三钙降解快、骨吸收性好的优点。β-TCP和HA比例也可进行调节，合适比例及孔结构的BCP陶瓷可具有骨诱导性。因此，BCP在硬组织修复、置换等方面的应用被大量研究，已经在20世纪80年代初以BCP陶瓷的形式在牙科和药物应用中进入了临床。[LeGeros RZ, et al, Journal of Materials Science:Materials in Medicine, 2003; Kurashina K, et al, Biomaterials, 2002; Gerber T,et al, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2003.] 现有的关于骨水泥多 孔支架的文献和专利报道中，孔的内表面多为颗粒堆积的拓扑结构，或并无明显高低起伏，细胞的黏附生长优于普通的高分子类组织工程支架。本专利技术针对以上背景，提供一种具有多级尺度的拓扑形貌的新型骨水泥多孔支架，进一步改善细胞的黏附生长。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种内表面具有花蕊型层叠片状微纳米拓扑形貌的骨水泥多孔支架，以提高细胞在支架内表面的黏附，进而调控细胞的其他行为并促进组织修复，其内表面分布有不连续的微纳米结构的花蕊型层叠片状凸起，与在背景区域连续堆积的颗粒结构。本专利技术的目的之二在于提供该多孔支架的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的构思是:β -磷酸三钙/羟基磷灰石双相磷酸钙作为骨水泥粉末的主要原料，通过物理混合掺入碳酸钙作为发泡剂；以柠檬酸水溶液体系为固化液，添加壳聚糖作为增强剂。将骨水泥粉末与固化液按照一定的液固比调和成粘稠膏状，反应 生成二氧化碳进行发泡致孔，注入模具进行塑型，待凝固后脱模。然后在一定的温度和湿度条件下养护，至强度基本稳定，再经打磨加工，去除与模具直接接触的部分，使支架内部的联通孔露出，最终制得内表面具有复杂拓扑形貌的骨水泥多孔支架材料，内表面具有不连续的微纳米花蕊型层叠片状结构与连续的几百个纳米大小的颗粒结构。根据上述构思，本专利技术采用如下技术方案: 一种内表面具有花蕊型层叠片状微纳米拓扑形貌的骨水泥多孔支架，其特征在于该骨水泥多孔支架的内部为不规则多孔结构，孔径为100 1000 μ m、孔隙率为5 95%，孔与孔之间相互联通，孔的内表面为不光滑表面，连续分布着大小为200 800 nm的颗粒，其中不连续的分布着微米级的凸起结构，该凸起结构的大小为2 8 μπι,高度为I 5 μ m。上述的微米级凸起结构为花蕊型层叠片状的微纳米复合结构，其花瓣状单片的厚度小于10 nm。一种制备上述的内表面具有花蕊型层叠片状微纳米拓扑形貌的骨水泥多孔支架的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为: a.在磷酸三钙/羟基磷灰石双相磷酸钙的粉末中掺入碳酸钙，作为骨水泥粉末原料；碳酸 丐的质量为双相磷酸 丐的质量的0.5-50%οb.配制质量百分比浓度为0.05-50%的柠檬酸的水溶液，并添加壳聚糖，搅拌使其溶解，得到pH〈 4.0的酸性固化液，并使壳聚糖的质量百分比浓度为0.05 3%。c.将步骤a所得骨水泥粉末与补助b所得固化液按照0.2 1.0 ml:lg的液固比进行混合，调和成粘稠膏状，注模塑型，待骨水泥凝固后脱模； d.将脱模后的骨水泥经养护、打磨加工，最终制得内表面具有花蕊型层叠片状微纳米拓扑形貌的骨水泥多孔支架。上述的步骤a中所述的双相磷酸钙的粒径大小为150 nm I μπι，其中β-磷酸三钙与羟基磷灰石的晶相比例在99:1 30:70。上述的碳酸钙的粒径不超过5 μπι。上述的步骤d所述的养护过程的工艺参数为:温度15 50 °C，湿度条件为相对湿度5 80%，养护时间为18 h以上。上述的步骤d中所述的打磨方式为机械打磨、砂纸干磨或非水介质的湿法打磨。。本专利技术以磷酸三钙/羟基磷灰石双相磷酸钙作为骨水泥固体粉末，以碳酸钙固体粉末作为发泡剂，以柠檬酸/壳聚糖水溶液作为固化液，经化学发泡制备具有花蕊型层叠片状微纳米拓扑形貌的骨水泥多孔支架。本方法制备的骨水泥多孔支架在具有合适的孔径(150 1000 μπι)、孔隙率(5 95%)及抗压强度(最高可达40 MPa);其内表面具有不连续分布的花蕊型层叠片状结构的微纳米凸起，背景区域由几百个纳米的颗粒连续堆积而成。花蕊型的凸起为I 20 μπι，高0.5 15 μ m，其花瓣状单片厚度小于10 nm，颗粒大小为150 1000 nm。花蕊型凸起的尺寸及分布密度可通过改变碳酸钙含量、固化液pH值、液固比等参数进行调节；背景区域颗粒尺寸主要由骨水泥粉末的初始颗粒尺寸决定。本方法制备的具有特殊形貌的骨水泥多孔支架可以促进细胞在支架内表面的黏附，进而调控细胞的其他行为及对缺损部位的修复，可用于硬组织尤其是骨组织的修复。附图说明图1是本专利技术实施例一所制备的内表面具有花蕊型层叠片状微纳米形貌的骨水泥多孔支架的不规则多孔结构，孔径尺寸为100 500 μ m，微孔与微孔之间相互联通。图2是本专利技术实施例一所制备的内表面具有花蕊型层叠片状微纳米形貌的骨水泥多孔支架的表面拓扑结构，微孔内表面为不光滑表面。图3是图2的放大图，表明微孔内表面上不连续分布的微米级凸起的结构图，其大小为2-8 μ m，高度为1-5 μπι。图4本专利技术实施例一所制备的内表面具有花蕊型层叠片状微纳米形貌的骨水泥多孔支架的微米凸起在纳米尺度的细微结构，为花蕊型层叠片状结构，其花瓣状单片的厚度小于10 nm。图5是专利技术实施例一所制备的内表面具有花蕊型层叠片状微纳米形貌的骨水泥多孔支架的微米凸起在纳米尺度的细微结构，为花蕊型层叠片状结本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种内表面具有花蕊型层叠片状微纳米拓扑形貌的骨水泥多孔支架，其特征在于该骨水泥多孔支架的内部为不规则多孔结构，孔径为100～1000?μm、孔隙率为5～95%，孔与孔之间相互联通，孔的内表面为不光滑表面，连续分布着大小为200～800?nm的颗粒，其中不连续的分布有微米级的凸起结构，该凸起结构的大小为2～8?μm，高度为1～5?μm。
【技术特征摘要】
1.一种内表面具有花蕊型层叠片状微纳米拓扑形貌的骨水泥多孔支架，其特征在于该骨水泥多孔支架的内部为不规则多孔结构，孔径为100 1000 μ m、孔隙率为5 95%，孔与孔之间相互联通，孔的内表面为不光滑表面，连续分布着大小为200 800 nm的颗粒，其中不连续的分布有微米级的凸起结构，该凸起结构的大小为2 8 μ m,高度为I 5 μ m。2.根据权利要求1所述的内表面具有花蕊型层叠片状微纳米拓扑形貌的骨水泥多孔支架，其特征在于所述的微米级凸起结构为花蕊型层叠片状的微纳米复合结构，其花瓣状单片的厚度小于10 nm。3.一种制备根据权利要求1或2所述的内表面具有花蕊型层叠片状微纳米拓扑形貌的骨水泥多孔支架的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为: a.在磷酸三钙/羟基磷灰石双相磷酸钙的粉末中掺入碳酸钙，作为骨水泥粉末原料；碳酸 丐的质量为双相磷酸 丐的质量的0.5-50%ο b.配制质量百分比浓度为0.05-50%的柠檬酸的水溶...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙钢，闫策，刘训伟，何丹农，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，中国人民解放军济南军区总医院，
类型：发明
国别省市：
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