[发明专利]一种矿化细菌纤维素三维多孔骨组织修复支架的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物支架材料的制备加工技术领域。特别涉及一种矿化细菌纤维素三维多孔骨组织修复支架的制备方法的制备方法。

背景技术

多年来骨组织修复技术主要采用自体或异体骨移植的方式，然而自体骨移植受自身供体数量限制，异体骨移植存在抗原性问题且来源短缺。随着组织工程技术的发展，为骨组织修复提供了新的途径。骨组织工程是以骨组织修复支架为载体，结合有成骨能力的种子细胞、生长因子，通过体内或体外培养构建骨组织。在这一过程中骨组织修复支架材料具有重要作用，它为细胞、组织的重建提供了必要的三维空间和力学支持，起到模拟细胞外基质的作用。具有良好的组织相容性；适合的孔径和孔隙率，利于细胞的增殖和黏附，以及营养物质的渗入和细胞代谢产物的排出。因此需要骨组织修复支架材料具有优良的生物材料性质，且能够具有与正常骨组织相符的宏观形貌和微观结构。

细菌纤维素（Bacterial Cellulose，BC）具有优良的理化性能，目前已成为材料科学尤其是生物材料研究的热点。BC已经被用作人工皮肤、人工血管。BC的生物相容性非常好，在组织工程支架构建方面具有潜在价值，它的纤维结构和组成骨头的胶原纤维在形态学方面是一致的，这种微纤维表面修饰能以类似于骨组织增长过程的方式诱导晶体形成。这种优良的性质使得BC具有作为骨组织工程支架的潜能。羟基磷灰石是一种磷酸钙生物陶瓷，是骨修复材料中的重要一类，其与人体骨骼的晶体成分和结构基本一致。羟基磷灰石的生物相容性、界面生物活性均优于各类医用钛合金、硅橡胶及植骨用碳素材料，并有极好的骨传导性、骨结合能力，且无毒副、致癌作用，所以被广泛用作硬组织修复材料和骨填充材料的生理支架。因此，细菌纤维素与羟基磷灰石复合将是一种优良的骨组织修复材料。目前已有研究将细菌纤维素与羟基磷灰石复合应用于骨组织修复。但这些研究大都局限在材料性能以及纳米级形貌的控制，很少涉及其与正常骨组织相符的宏观形貌和微观结构的制备。

本发明采用计算机断层扫描技术、三维快速成型技术、菌株/石蜡混合发酵技术以及细菌纤维素矿化技术，制备了一种矿化细菌纤维素三维多孔骨组织修复支架。在制备过程中通过菌株与石蜡负型混合发酵制备三维多孔骨组织修复支架，该支架具有与正常骨组织相符的宏观形貌和微观结构。通过矿化处理，得到羟基磷灰石颗粒均匀镶嵌在细菌纤维素三维网络结构内部。制备的矿化细菌纤维素三维多孔骨组织修复支架具有良好的力学强度、结构稳定性和成骨性能，高孔隙率并且孔隙的相互贯通程度高，有利于成骨细胞进入支架内部黏附、增殖，同时方便蛋白质等营养成分通过。该方法制备的三维多孔支架可应用于骨组织工程领域修复骨组织缺损和骨组织再生的治疗性植入物。

发明内容

本发明公开了一种矿化细菌纤维素三维多孔骨组织修复支架的制备方法。涉及一种支架材料的制备加工技术领域。本发明工艺简单，操作方便，制备的矿化细菌纤维素三维多孔骨组织修复支架具有良好的力学强度、结构稳定性和成骨性能，高孔隙率并且孔隙的相互贯通程度高，有利于成骨细胞进入支架内部黏附、增殖，同时方便蛋白质等营养成分通过。该方法制备的三维多孔支架可应用于骨组织工程领域修复骨组织缺损和骨组织再生的治疗性植入物。

本发明公开了一种矿化细菌纤维素三维多孔骨组织修复支架的制备方法。包括：

（1）    采用计算机断层扫描技术分别对预期修复的骨组织和经脱钙处理的骨组织经行扫描，获得预期修复的骨组织三维多孔结构的数字模型，通过布尔运算得到骨组织三维负型数字模型。

（2）    利用三维快速成型技术，采用三维快速打印机，以石蜡粉末作为成型材料，制得骨组织三维多孔支架的石蜡负型。

（3）    选取能分泌细菌纤维素的菌株活化制备成种子醪液，然后将种子醪液均匀滴加在经灭菌处理的石蜡负型上，加入发酵培养基培养。发酵产物经石蜡脱除、纯化处理，得到细菌纤维素三维多孔支架。

（4）    将细菌纤维素三维多孔支架浸泡在CaCl₂溶液中，经去离子水清洗后浸泡在Na₂HPO₄溶液中，然后经去离子水清洗、冷冻干燥，得到细菌纤维素与羟基磷灰石复合的矿化细菌纤维素三维多孔骨组织修复支架。

作为优选的技术方案：