[发明专利]一种复合磁性纳米材料的3D打印多孔金属支架及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医学材料领域，涉及一种复合磁性纳米材料的3D打印多孔金属支架及其制备方法，具体涉及一种复合了由生物陶瓷材料、天然高分子材料、磁性粒子构成的三维微支架的多孔金属支架及其制备方法。

背景技术

由于疾病和创伤造成的骨缺损是临床上的常见病，也是骨科治疗的世界性难题之一，严重影响着患者的生活质量。目前，治疗骨缺损的方法有自体骨和异体骨移植、可降解生物材料和医用金属材料移植，以及组织工程技术等。自体骨虽好，但来源有限，而且会给患者带来不必要的二次创伤；异体骨又存在免疫原性和致病性等缺点；可降解生物材料因具有良好的生物相容性在临床上已有了比较广泛的应用，但由于缺乏足够的机械强度，只能应用于小范围、非承重部位骨缺损的治疗；大范围、承重部位骨、关节缺损的治疗在临床上只能采用金属材料的移植，医用金属材料虽然具有良好的生物相容性，但缺乏生物活性，且金属材料的弹性模量远高于人体骨组织，因此，术后出现了各种并发症，治疗效果不够理想。组织工程技术虽然比较先进，并开始在临床上逐渐应用，但目前组织工程技术构建的骨修复体仍然缺乏足够的机械强度，不适合大范围、承重部位骨缺损的修复。因此，研发一种新型骨修复材料，使其既具有理想的机械强度和与人体骨组织相匹配的弹性模量，又具备可降解生物材料的优异生物学性能，对于提高大范围、承重部位骨缺损治疗的远期疗效具有重要的科学意义和实用价值。

目前，快速成型技术三维打印被广泛应用于个性化骨修复支架材料的制备，是生物医学、材料科学和现代制造技术等多学科交叉发展的产物，能够满足临床治疗的迫切需求。三维打印骨组织工程支架的强力较大，更接近于天然骨的力学性能。该方法有效地缩短了开发周期，降低了研发费用，其精确定制可以满足不同部位不同形状的骨缺损修复，在复杂性状的骨支架制备方面具有独特的优势。可以根据病人个性化的要求快速制备出任意形状大小的骨组织工程支架。然而现有的三维打印骨组织工程支架由于打印技术的限制，其结构无法再更精细的尺度上模仿天然骨的结构，孔径尺寸过大无法提供所必需的粘附位点使得组织难以长入支架内部。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种复合磁性纳米材料的3D打印多孔金属支架。所述复合磁性纳米材料的3D打印多孔金属支架既克服了多孔金属支架缺乏生物活性的缺陷，同时克服了生物可降解材料机械强度不够导致应用范围小的缺陷。本发明的复合磁性纳米材料的3D打印多孔金属支架可用于临床上承重部位的大段骨缺损的修复和治疗。另外，本发明的目的还在于提供了一种上述复合磁性纳米材料的3D打印多孔金属支架的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种复合磁性纳米材料的3D打印多孔金属支架，所述复合多孔金属支架由多孔金属支架和位于所述多孔金属支架内部由磁性粒子、天然高分子材料、生物陶瓷构成的三维微支架组成。本发明的复合磁性纳米材料的3D打印多孔金属支架平均孔径为50-100μm。

优选地，所述磁性粒子与天然高分子材料的质量比为1-20：1.5-20；更优选地，所述磁性粒子与天然高分子材料的质量比为5：3-5。

优选地，所述天然高分子材料与生物陶瓷的质量比为4：1-4。

进一步，本发明的多孔金属支架可以是多孔钛合金支架、多孔纯钛支架、多孔不锈钢支架、多孔钴合金支架。在本发明的具体实施方案中，所述多孔金属支架是多孔钛合金支架。

进一步，本发明使用的天然高分子材料可以是胶原、明胶、丝素蛋白、玉米蛋白、藻酸盐、壳聚糖、透明质酸钠、海藻酸钠、硫酸葡聚糖、肝素钠、硫酸软骨素或硫酸角质素中的一种或几种。在本发明的具体实施方案中，所述天然高分子材料为明胶。

进一步，本发明使用的生物陶瓷可以是纳米羟基磷灰石、磷酸三钙或者磷酸钙中的一种或几种。在本发明的具体的实施方案中，所述生物陶瓷是纳米羟基磷灰石。优选地，所述纳米羟基磷灰石的直径为20nm。

进一步，本发明使用的磁性粒子是γ-Fe₂O₃或Fe₃O₄。

本发明还提供了一种复合磁性纳米材料的3D打印多孔金属支架的制备方法，所述制备方法包括下列步骤：

(1)制备多孔金属支架；

(2)制备磁性粒子、天然高分子材料、生物陶瓷的混合液；

(3)将步骤(2)获得的混合液注入步骤(1)获得的多孔金属支架中；

(4)将步骤(3)获得的多孔金属支架浸泡在步骤(2)制备的混合液中，放置4℃冰箱冰冻；