一种携功能性离子微囊的骨修复支架及其制备方法

本发明涉及医用材料，具体涉及一种携功能性离子微囊的骨修复支架及其制备方法。

背景技术：

1、如今，骨问题层出不穷，骨修复材料市场急缺，目前主流的人工骨修复材料由金属材料、生物陶瓷材料、高分子材料等。但是，唯一组分的骨支架往往性能单一，存在许多的弊端。人工骨的发展是一个无限仿生的过程，无论在材料还是结构上都理应更贴近天然骨的相关特征。众所周知，天然骨由羟基磷灰石和胶原蛋白组成，并且具有三维多孔结构。

2、光固化打印技术现如今凭借其个性化的设计，优秀的成形速度，在陶瓷制造领域得到了迅猛的发展。另外，该技术成形精度高，可以精确地成形得到相关的结构尺寸。对此，该技术在成形多孔骨支架领域上被广泛应用。

3、聚合物涂层材料如今也被广泛应用于支架表面的改性，提高支架的生物性能以及力学性能。然而，直接涂敷的方式会导致内部多孔的堵塞，细胞无法长入，透气性不好，最终导致骨长入的失败。对此，急需一种比表面积大、透气性良好的类细胞结构形式。

4、另外，人工骨在植入的早期，往往因伤口发炎等问题细胞诱导作用不够明显。对此，功能离子如mg2+、ag+、cu2+、sr+的添加可以提升支架的成骨诱导性，对此，医疗上常常采用注射的方式将这些功能离子送到伤口处。然而，这些离子在体内呈游离态一方面作用位置不精准，另一方面常常被过早的分解。因此，如何准确的，缓慢地释放离子成为困扰研究人员的难题。

技术实现思路

1、本发明针对以上问题，提出了一种携功能性离子微囊的骨修复支架及其制备方法，针对骨支架性能单一以及手术后短期内支架骨诱导性能不足的问题，通过光固化技术成形骨支架，再将携带功能性离子的微球通过一次性注射器注射于支架的孔中，冷冻干燥，形成了聚合物和生物陶瓷相互交错的仿生天然骨结构，得到该种携功能性离子微囊的骨修复支架。

2、本发明的技术方案为：在所述骨修复支架中注射有携功能性离子的微囊，所述功能性离子包括钙、镁、锌、铜、锶、铁离子中的一种或多种。

3、该微囊由生物相容性良好的水凝胶组成，具有三维网状结构，球形状态也使得其具有类似的细胞外基质的结构，具有较大的比表面积，良好的透气性，优异的细胞粘附性。

4、制备方法包括以下步骤：

5、步骤1：将陶瓷粉末、光敏树脂以及分散剂混合，在900rpm的转速、0.08mpa的真空度下搅拌15分钟得到混合均匀的陶瓷浆料；

6、步骤2：将支架模型导入3d打印机中，倒入上述陶瓷浆料打印成形得到具有三维多孔结构的陶瓷坯体，超声清洗后得将坯体脱脂烧结得到多孔骨支架；

7、步骤3：将一定量的无水功能性离子化合物溶于pbs中得到含功能性离子的pbs溶液；

8、步骤4：将一定量的gelma固体置于避光离心管中，加入上述含功能性离子的pbs溶液，在50℃的水浴中保温15分钟使其融化，然后加入0.25wt％的lap光引发剂，再经15分钟的50℃水浴后充分溶解得到3wt％gelma溶液作为分散相；

9、步骤5：在毛细硅胶管的一端用注射泵以一定速度泵入石蜡油作为连续相，在距离注射端30-40mm的位置插入一个一次性注射针头，用注射泵以一定速率注入步骤4中的分散相，注射后的硅胶管暴露在紫外灯下，微球发生交联，最后将另一端插入装石蜡油的培养皿中以收集产生的微球；

10、步骤6：将上述微囊用蒸馏水洗涤三次，用注射器收集，然后将其注射到步骤2得到的支架中；

11、步骤7：将上述注射后的支架冷冻干燥，得到携功能性离子微囊的骨修复支架。

12、进一步地，步骤1中所述生物陶瓷粉末为羟基磷灰石、硅酸钙、氧化铝、氧化锆、磷酸钙中的一种或多种。

13、进一步地，步骤1中所述光敏树脂和分散剂在混合物中所占的质量比分别为30％-60％，2％-3％。

14、进一步地，步骤2中支架模型的孔隙率为65％-75％，孔径为400nm-500nm。

15、进一步地，步骤3中功能离子浓度为5mm-10mm。

16、进一步地，步骤5中连续相的泵入速度为4ul/min-6ul/min，分散相泵入速度为1ul/min-3ul/min。

17、进一步地，步骤5中毛细硅胶管的内径为0.2-0.6mm，一次性注射针头的直径小于毛细管内径，为0.1-0.3mm，且针头为锥形斜开口的针头，以产生较大的剪切力。

18、进一步地，步骤5中插入针头时针头的锥形开口朝向硅胶管外侧。

19、进一步地，步骤6中的注射器针头直径大于毛细硅胶管的直径，为0.4-0.8mm。

20、本发明通过在多孔支架上注射包有功能性离子的水凝胶微囊，一方面，提高了支架的韧性；另一方面，该支架通过表面以及孔径中微囊的离子缓释，提高了支架的生物活性。

21、与现有技术相比，本发明的效益在于：

22、一、本发明通过生物陶瓷与聚合物水凝胶的复合模拟了天然骨的材料特性，进一步提高了支架的韧性，生物活性，解决了单一材料性能上的弊端。

23、二、本发明通过微流控技术，制造了能携带功能性离子的水凝胶微球，起到了离子缓释的作用，进一步提高了支架的生物性能。

24、三、本发明的水凝胶微球，具有三维网状结构，比表面积大，透气性良好，避免了涂层水凝胶堵塞多孔的问题。

25、四、该微囊形水凝胶具有类细胞结构，能促进细胞的粘附。

技术特征：

1.一种携功能性离子微囊的骨修复支架，其特征在于，在所述骨修复支架中注射有携功能性离子的微囊，所述功能性离子包括钙、镁、锌、铜、锶、铁离子中的一种或多种。

2.一种权利要求1所述的携功能性离子微囊的骨修复支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种携功能性离子微囊的骨修复支架的制备方法，其特征在于，步骤1中所述生物陶瓷粉末为羟基磷灰石、硅酸钙、氧化铝、氧化锆、磷酸钙中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的一种携功能性离子微囊的骨修复支架的制备方法，其特征在于，步骤1中所述光敏树脂和分散剂在混合物中所占的质量比分别为30％-60％，2％-3％。

5.根据权利要求2所述的一种携功能性离子微囊的骨修复支架的制备方法，其特征在于，步骤2中支架模型的孔隙率为65％-75％，孔径为400nm-500nm。

6.根据权利要求2所述的一种携功能性离子微囊的骨修复支架的制备方法，其特征在于，步骤3中功能离子浓度为5mm-10mm。

7.根据权利要求2所述的一种携功能性离子微囊的骨修复支架的制备方法，其特征在于，步骤5中连续相的泵入速度为4ul/min-6ul/min，分散相泵入速度为1ul/min-3ul/min。

8.根据权利要求2所述的一种携功能性离子微囊的骨修复支架的制备方法，其特征在于，步骤5中毛细硅胶管的内径为0.2-0.6mm，一次性注射针头的直径小于毛细管内径，为0.1-0.3mm，且针头为锥形斜开口的针头。

9.根据权利要求2所述的一种携功能性离子微囊的骨修复支架的制备方法，其特征在于，步骤5中插入针头时针头的锥形开口朝向硅胶管外侧。

10.根据权利要求2所述的一种携功能性离子微囊的骨修复支架的制备方法，其特征在于，步骤6中的注射器针头直径大于毛细硅胶管的直径，为0.4-0.8mm。

技术总结
本发明公开了一种携功能性离子微囊的骨修复支架及其制备方法，涉及医用材料技术领域。针对骨支架性能单一以及手术后短期内支架骨诱导性能不足的问题，在所述骨修复支架中注射有携功能性离子的微囊，所述功能性离子包括钙、镁、锌、铜、锶、铁离子中的一种或多种。本发明通过在多孔支架上注射包有功能性离子的水凝胶微囊，一方面，提高了支架的韧性；另一方面，该支架通过表面以及孔径中微囊的离子缓释，提高了支架的生物活性。

技术研发人员：焦晨,吴俊男,余涵娇,葛梦醒,沈理达,田宗军,赵剑峰
受保护的技术使用者：南京航空航天大学无锡研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13