一种半定制化分层多孔镁基支架及其制备方法

本发明涉及一种骨修复生物材料支架及其制备方法，尤其涉及一种半定制化分层多孔镁基支架及其制备方法。

背景技术：

1、关节骨组织一旦缺损很难实现自修复，虽然临床上已有许多技术应用于骨缺损的治疗，但各种疗法都存在不足。骨组织工程的研究与开发为骨缺损的修复带来了新思路。

2、现有的镁合金骨修复支架具有良好的力学性能，其弹性模量接近人体骨骼，同时具有良好生物相容性，在人体环境中可降解，降解形成的镁元素能被人体吸收促进骨组织恢复。但镁合金的降解速率过高不能匹配骨组织愈合周期。同时不同患者病情各不相同，手术部位可能会有炎症等并发症，必须给予相应的药物治疗有助于组织修复。

3、近年来针对镁合金的降解性能和功能化改善有多种途径，包括表面处理、热处理以及改变成分合金化等等。其中，专利cn109680319a提出了一种基于钙盐的镁合金表面耐腐蚀自修复涂层的制备方法，解决了现有的技术中镁合金表面涂层在腐蚀条件下易失效及自我修复能力较差的问题，但其中部分元素对人体的影响尚不明确。

4、另外，专利cn115627512a通过在镁合金表面制备了一种复合涂层，该涂层由具有多孔结构的底层和功能性表层组成，具有一定抗菌效果，但该镁合金功能化单一，且力学性能情况不明，不能满足生物支架实际使用中的多功能化需求。

5、骨支架材料需具备良好的生物相容性、与骨组织再生相匹配的降解速率和力学性能等特性。损伤组织在愈合周期内不同阶段拥有不同的需求，初期易引发炎症，中后期需要植入物提供适当的力学支撑和促修复性能，且不同病人损伤组织范围大小不一，故需要开发一种既具有抗感染效果同时具有优异生物相容性和力学性能的半定制化支架。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种既具有抗感染效果又具有优异生物相容性和力学性能的半定制化分层多孔镁基支架；

2、本发明的第二个目的是提供上述的半定制化分层多孔镁基支架的制备方法。

3、技术方案：本发明所述的半定制化分层多孔镁基支架，包括高度依次降低、由内向外嵌套设置的第一圆柱形多孔镁支架、第二环形多孔镁支架、第三环形多孔镁支架；所述第一圆柱形多孔镁支架的上下表面分别设有与第二环形多孔镁支架的内径相等的第一圆形多孔镁垫片；所述第二环形多孔镁支架的上下表面分别设有与第三环形多孔镁支架的内径相等的第二圆形多孔镁垫片。

4、其中，所述第一圆柱形多孔镁支架、第一圆形多孔镁垫片、第二环形多孔镁支架或第三环形多孔镁支架中至少一个的表面设有耐腐蚀层、自修复层或抗菌层；耐腐蚀层厚度为3.5～4.1μm；自修复层的厚度为10～17μm；抗菌层的厚度为0.8～5mm。所述多孔镁支架的孔隙中填充有药物，用于实现定制化载药。

5、其中，所述镁合金的成分包括0wt％～1.8wt％的mn或0wt％～0.3wt％的ca，1wt％～6wt％的zn,余量为mg；所述多孔镁为通孔结构，孔径范围为200～900μm，孔隙率为50％～80％，压缩屈服强度为1～30mpa。

6、上述的半定制化分层多孔镁基支架的制备方法，通过模板复刻法，利用第一圆柱形模具制备获得第一圆柱形多孔镁支架、第一圆形多孔镁垫片；利用第二圆柱形模具制备获得第二圆形多孔镁垫片；利用第二环形模具、第三环形模具分别制备获得第二环形多孔镁支架、第三环形多孔镁支架；所述第二环形模具内径等于第一圆柱形模具直径，所述第二环形模具外径等于第二圆柱形模具直径，所述第三环形模具内径等于第二环形模具外径；所述第二环形多孔镁支架内径等于第一圆柱形多孔镁支架直径，同时等于第一圆形多孔镁垫片直径；所述第三环形多孔镁支架内径等于第二环形多孔镁支架外径，同时等于第二圆形多孔镁垫片的直径。

7、其中，所述第一圆形多孔镁垫片的高度等于第二环形多孔镁支架与第一圆柱形多孔镁支架高度差的二分之一；所述第二圆形多孔镁垫片的高度等于第三环形多孔镁支架高度差的二分之一。

8、其中，所述模板复刻法，包括：筛取粒径范围在200-900μm的填充颗粒分别置于第一圆柱形模具、第二圆柱形模具、第二环形模具及第三环形模具中制成填充模板，将镁合金熔体在负压渗流设备中渗入填充模板的空隙，待自然冷却后脱模并滤去填充模板，通过机械加工即可制得。

9、其中，将所述第一圆柱形多孔镁支架套入第二环形多孔镁支架内，再将整体套入第三环形多孔镁支架内，将两片第一圆形多孔镁垫片分别置于所述第一圆柱形多孔镁支架上下表面，将两片第二圆形多孔镁垫片分别置于所述第二环形多孔镁支架上下表面，最终组装成一种半定制化分层多孔镁基支架。

10、其中，在第一圆柱形多孔镁支架、第二环形多孔镁支架或第三环形多孔镁支架上制备耐腐蚀层，方法为：将在第一圆柱形多孔镁支架、第二环形多孔镁支架或第三环形多孔镁支架浸泡于40～48％hf氟化液中，在37～85℃温度下进行40～42h水热处理，烘干，制得。

11、其中，在第一圆柱形多孔镁支架、第二环形多孔镁支架或第三环形多孔镁支架上和/或第一圆形多孔镁垫片或第二圆形多孔镁垫片表面制备自修复层，方法为：将第一圆柱形多孔镁支架、第二环形多孔镁支架或第三环形多孔镁支架上和/或第一圆形多孔镁垫片或第二圆形多孔镁垫片置于室温流动的自修复液中，自修复液为ca(no3)2和nh4h2po4混合充分溶解后的上清液；化学转化处理1～3h后，烘干，制得。

12、其中，在第一圆柱形多孔镁支架、第二环形多孔镁支架或第三环形多孔镁支架上和/或第一圆形多孔镁垫片或第二圆形多孔镁垫片表面制备抗菌层，方法为：将甲基丙烯酰胺海藻酸钠与光引发剂按照50～150：1的质量体积比与过饱和硫酸锌溶液混合，将混合物充分搅拌形成凝胶前体液；将所述的第一圆柱形多孔镁支架、第二环形多孔镁支架或第三环形多孔镁支架上和/或第一圆形多孔镁垫片或第二圆形多孔镁垫片分别和凝胶前体液置于密闭模具中，对密闭装置内部加压使凝胶前体液充分浸透多孔镁孔内和表面，然后将凝胶前体液固化为凝胶，形成抗菌层；优选的，该模具为透明密闭模具；使用紫外灯照射使前体液固化为凝胶，形成抗菌层；其中；使用365～450nm紫外灯照射30～120s对密闭装置内部加压至0.5～2.0mpa，保持5～30min。

13、其中，本发明优选在第一圆柱形多孔镁支架表面制备形成耐腐蚀层；在第一圆形多孔镁垫片及第二环形多孔镁支架表面制备形成自修复层和载药；在第二圆形多孔镁垫片及第三环形多孔镁支架表面制备形成抗菌层。而最外层为抗菌层，用来消炎抗感染是因为植入手术初期会出现伤口感染现象，通过支架在支架表面覆一层含抗菌离子的水凝胶；内层的耐腐蚀层和自修复层可降低降解速率。

14、本发明的耐腐蚀层和自修复层均为通过化学反应制备的微米级涂层，其沉积在多孔支架裸露的表面上，包括支架外表面和孔的表面。本发明实现的载药是将粉末状或液体类药物充入支架的多孔孔隙中，可按实际需求选择药物，载药层也可按实际需求放入不同层。

15、有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：(1)可实现支架各层的独立处理来获得不同的功能性，各层级支架的表面处理互不影响；该支架基体材料采用优异生物可降解材料多孔镁合金，且支架设有抗菌层，因此既具有抗感染效果又具有优异生物相容性和力学性能。(2)支架组装过程中，能够根据患者病情选择特定药物充入第二环形多孔镁支架和第一圆形多孔镁垫片的孔隙中，可以实现载药定制化。(3)支架第一层抗菌层，通过凝胶载抗菌离子以实现支架在植入前期达到抗感染效果；支架第二层自修复载药层，能够根据患者情况选择药物充入支架孔隙中以达到药物治疗的效果，同时自修复涂层不仅能延缓支架降解速率，还具有良好生物相容性，能够促进细胞增殖分化；支架第三层耐蚀层，进一步控制支架的降解速率延长降解周期以此来匹配骨组织的愈合周期。(4)可根据患者年龄、骨修复能力的差异，可以选择不同镁合金成分的支架部件组装获得多孔镁支架，以此来匹配患者的愈合周期。