本发明属于生物材料领域，具体涉及用于骨缺损的再生修复的功能梯度支架的材料和制备。
背景技术：
由于肿瘤、创伤及骨坏死等多种原因可造成较大的骨组织缺损。天然骨替代材料，如自体骨或异体骨，可用于骨组织的修复重建，但由于供区、术区的感染疼痛，病原体的传播以及诱发机体产生免疫排斥反应，使得天然骨替代材料的临床应用受到了限制。近年来，基于材料学与组织工程学的飞速发展，使得构建人工骨替代材料成为了可能。
生物陶瓷是一类生物活性材料以羟基磷灰石(ha)和β-磷酸三钙(β-tcp)为代表，它们具有良好的生物安全性、生物相容性、骨整合、骨传导(osteoconductive)能力并且化学组成和天然骨中的无机成分类似。但是ha不具有骨诱导(osteoinductive)的能力，并且硬度和脆性过大，且不易降解，目前常用于种植体表面改性，提高金属种植体的骨结合能力。β-tcp虽然较ha具有更好的生物相容性和降解性能，可以促进成骨细胞的粘附增殖，但是机械性能较差。目前行业内都在积极寻找更合适的生物陶瓷材料作为羟基磷灰石(ha)和β-磷酸三钙(β-tcp)的替代。
另外，骨组织支架材料的结构和表面形态，对骨的再生和重建起到重要的作用。不同孔隙大小的材料在组织再生过程中起到的作用是不同的。一般认为支架的孔隙为300μm至600μm时最利于细胞的长入，而材料表面的微孔隙(小于几十微米)能够提供足够的表面积，更利于的细胞黏附。同时，研究还显示随着材料的孔隙率的增加可以提高材料的降解速率，但是降低了材料机械强度。因此，如何准确控制材料的孔隙率和孔隙大小并研究不同空隙大小的支架对骨再生的影响及其机制，在支架的构建中具有重要的意义。
理想状态下，支架应当模拟自然的骨骼，具有一定的功能梯度，功能梯度材料(functionallygradedmaterials，fgm)是指材料的理化的性质在材料的不同位置逐渐(梯度)变化。自然界中所有的动植物在不断进化的过程中，逐渐形成各种不同天然的功能梯度材料，如：树木、动物甲壳以及骨骼等。自然的骨骼结构主要由ha和胶原构成，但是骨骼能用极低的重量提供优异的强度，就是自然骨骼的功能梯度的功劳。然而，以传统的制备工艺，难以精确的控制支架的孔隙大小，制造fgm材料的难度和成本远超其应用价值，即使很多骨骼专家均认同fgm材料的优势，但在这一领域展开深入研究的也非常少。
技术实现要素：
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种磷酸镁生物陶瓷功能梯度骨再生支架的制作方法，通过3d打印技术，以磷酸镁(mgp)生物陶瓷为支架制备出功能梯度支架材料用于骨缺损的再生修复。
技术方案：本发明所述磷酸镁生物陶瓷功能梯度骨再生支架的制作方法，包括如下步骤：
(1)制备mgp粉末，将mg(oh)2与h3po4按3：2的摩尔比混合加入水中形成水溶液，混合溶液持续搅拌至完全混合后静置，形成沉淀物，将形成的沉淀物过滤后干燥并进行热处理，最后将得到的粉末在研磨机中研磨至平均粒径为3-4μm；
(2)制备mgp支架混合液，将得到的mgp粉末与粒径为25-50μm的nacl以质量比为3～1:1的比例混合，再将mgp和nacl混合粉加入羟丙基甲基纤维素和乙醇溶液中混合均匀，得到mgp和nacl的混合液，备用；
(3)制备hips(耐冲击性聚苯乙烯)多孔支撑支架，根据所需支架的形态和大小，设计支架3d数字化模型，模型孔隙大小从内层100μm到外层800μm逐渐变化，支架的孔隙率恒定为40％-60％，再通过fdm打印机(fdm是一种基于挤出式的3d打印技术，通过融合打印材料后挤出，可以用于打印多种金属和塑料)以hips作为打印材料打印具有功能梯度的hips支架，备用；
(4)制备空白mgp支架，将步骤(2)得到的混合液缓慢加入装有步骤(3)得到的hips多孔支架的容器中，使mgp支架混合液充分进入hips支架的空隙中，并真空干燥；在真空环境下将混合mgp支架混合液的hips多孔支撑支架进行固化；再将支架浸泡再柠檬烯中溶解掉hips，将支架浸泡在双蒸水中溶解掉nacl后取出支架，再次进行固化后干燥，获得mgp功能梯度骨再生支架。
本发明进一步优选地技术方案为，步骤(1)中mg(oh)2与h3po4的混合水溶液需持续搅拌至少10h，再静置至少24h。
作为优选地，静置后形成的沉淀物的干燥方法为，置于80°的烘箱干燥2天；热处理方法为在850℃下热处理6h。
优选地，步骤(2)的羟丙基甲基纤维素和乙醇溶液中羟丙基甲基纤维素的浓度为1％，乙醇浓度为30％。
优选地，mgp和nacl混合粉与羟丙基甲基纤维素和乙醇溶液的粉液质量体积比为1:0.75。
优选地，步骤(4)中第一次固化的方法为：将混合mgp支架混合液的hips多孔支撑支架在真空环境下整体浸泡于3.5m的磷酸氢二铵中固化3h；第二次固化的方法为：将mgp支架浸泡于3.5m的磷酸氢二铵中24h。
优选地，所述溶解hips时，支架至少浸泡在柠檬烯中48h；溶解nacl时，支架至少浸泡在双蒸水中24h；两种浸泡液每隔6h更换一次。
有益效果：(1)本发明通过3d打印技术的优势，以mgp为支架制备功能梯度支架材料用于骨缺损的再生修复，该支架材料具有多尺度的孔隙结构，内层具有疏松孔隙，孔隙为300-500μm，不但可以利于细胞生长，还可以较快的降解，促进天然骨结构形成；同时支架材料表面还具有50μm左右的微孔隙，利于细胞的黏附；外层支架具有较密的孔隙(100-200μm)，在给予支架足够的机械强度的同时，提供较长的降解时间，为内部的骨再生提供稳定的再生微环境，可以起到促进骨缺损再生修复的作用；
(2)本发明中的支架材料采用磷酸镁生物陶瓷，与磷酸钙材料相比具有更加优秀生物相容性、机械性能和生物活性，可以促进成骨细胞的粘附、增殖与分化，而且与ha相比mgp具有更加优秀的降解性能；
(3)本发明中采用fdm打印机以hips作为打印材料打印具有功能梯度的hips支架，能够快速、精准地控制支架的结构形态，这是传统制造技术无法比拟的，fdm是一种基于挤出式(extrusion-based)的3d打印技术，通过融合打印材料后挤出，可以用于打印多种金属和塑料，具有成本低、使用方便、适配打印材料多样、精确度较高等优点，使支架具备功能梯度成为可能，并能够进行商业化发展。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：一种磷酸镁生物陶瓷功能梯度骨再生支架的制作方法，包括如下步骤：
(1)制备mgp粉末，将mg(oh)2与h3po4按3：2的摩尔比混合加入水中形成水溶液，混合溶液持续搅拌10h后静置24h，形成沉淀物，将形成的沉淀物过滤后置于80°的烘箱干燥2天，再在850℃下热处理6h，最后将得到的粉末在研磨机中研磨至平均粒径为3μm；
(2)制备mgp支架混合液，将得到的mgp粉末与粒径为25μm的nacl以质量比为3:1的比例混合，再将mgp和nacl混合粉加入1％羟丙基甲基纤维素和30％乙醇溶液中混合均匀，粉液质量体积比为1:0.75，得到mgp和nacl的混合液，备用；
(3)制备hips多孔支撑支架，根据所需支架的形态和大小，设计支架3d数字化模型，模型孔隙大小从内层100μm到外层800μm逐渐变化，支架的孔隙率恒定为40％，再通过fdm打印机以hips作为打印材料打印具有功能梯度的hips支架，备用；
(4)制备空白mgp支架，将步骤(2)得到的混合液缓慢加入装有步骤(3)得到的hips多孔支架的容器中，使mgp支架混合液充分进入hips支架的空隙中，并真空干燥；在真空环境下将混合mgp支架混合液的hips多孔支撑支架整体浸泡于3.5m的磷酸氢二铵中固化3h；再将支架浸泡再柠檬烯中48h溶解掉hips，将支架浸泡在双蒸水中24h，溶解掉nacl，两种浸泡液每隔6h更换一次，取出支架再次浸泡于3.5m的dahp中24h固化，干燥，获得mgp功能梯度骨再生支架。
实施例2：一种磷酸镁生物陶瓷功能梯度骨再生支架的制作方法，包括如下步骤：
(1)制备mgp粉末，将mg(oh)2与h3po4按3：2的摩尔比混合加入水中形成水溶液，混合溶液持续搅拌10h后静置24h，形成沉淀物，将形成的沉淀物过滤后置于80°的烘箱干燥2天，再在850℃下热处理6h，最后将得到的粉末在研磨机中研磨至平均粒径为4μm；
(2)制备mgp支架混合液，将得到的mgp粉末与粒径为50μm的nacl以质量比为1:1的比例混合，再将mgp和nacl混合粉加入1％羟丙基甲基纤维素和30％乙醇溶液中混合均匀，粉液质量体积比为1:0.75，得到mgp和nacl的混合液，备用；
(3)制备hips多孔支撑支架，根据所需支架的形态和大小，设计支架3d数字化模型，模型孔隙大小从内层100μm到外层800μm逐渐变化，支架的孔隙率恒定为60％，再通过fdm打印机以hips作为打印材料打印具有功能梯度的hips支架，备用；
(4)制备空白mgp支架，将步骤(2)得到的混合液缓慢加入装有步骤(3)得到的hips多孔支架的容器中，使mgp支架混合液充分进入hips支架的空隙中，并真空干燥；在真空环境下将混合mgp支架混合液的hips多孔支撑支架整体浸泡于3.5m的磷酸氢二铵中固化3h；再将支架浸泡再柠檬烯中48h溶解掉hips，将支架浸泡在双蒸水中24h，溶解掉nacl，两种浸泡液每隔6h更换一次，取出支架再次浸泡于3.5m的dahp中24h固化，干燥，获得mgp功能梯度骨再生支架。
实施例3：一种磷酸镁生物陶瓷功能梯度骨再生支架的制作方法，包括如下步骤：
(1)制备mgp粉末，将mg(oh)2与h3po4按3：2的摩尔比混合加入水中形成水溶液，混合溶液持续搅拌10h后静置24h，形成沉淀物，将形成的沉淀物过滤后置于80°的烘箱干燥2天，再在850℃下热处理6h，最后将得到的粉末在研磨机中研磨至平均粒径为4μm；
(2)制备mgp支架混合液，将得到的mgp粉末与粒径为40μm的nacl以质量比为2:1的比例混合，再将mgp和nacl混合粉加入1％羟丙基甲基纤维素和30％乙醇溶液中混合均匀，粉液质量体积比为1:0.75，得到mgp和nacl的混合液，备用；
(3)制备hips多孔支撑支架，根据所需支架的形态和大小，设计支架3d数字化模型，模型孔隙大小从内层100μm到外层800μm逐渐变化，支架的孔隙率恒定为50％，再通过fdm打印机以hips作为打印材料打印具有功能梯度的hips支架，备用；
(4)制备空白mgp支架，将步骤(2)得到的混合液缓慢加入装有步骤(3)得到的hips多孔支架的容器中，使mgp支架混合液充分进入hips支架的空隙中，并真空干燥；在真空环境下将混合mgp支架混合液的hips多孔支撑支架整体浸泡于3.5m的磷酸氢二铵中固化3h；再将支架浸泡再柠檬烯中48h溶解掉hips，将支架浸泡在双蒸水中24h，溶解掉nacl，两种浸泡液每隔6h更换一次，取出支架再次浸泡于3.5m的dahp中24h固化，干燥，获得mgp功能梯度骨再生支架。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。