[发明专利]一种三维打印多孔白硅钙石生物陶瓷支架及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种三维打印多孔白硅钙石生物陶瓷支架及其制备方法与应用。本发明首先通过将白硅钙石粉体、烧结助剂和一定比例的粘结剂水溶液进行调和后得到浆料，之后利用三维打印技术制备获得具有可控多孔结构的陶瓷支架坯体，再通过高温烧结得到具有多孔结构与良好力学性能的白硅钙石陶瓷支架材料。本发明所制备的三维打印白硅钙石生物陶瓷支架，其孔径和孔隙率可控，生物相容性好，力学性能显著优于同结构的磷酸钙陶瓷支架，同时具有优异的诱导成骨活性以及成血管活性，预期可用于促进各种类型缺损骨组织的再生修复。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种三维打印多孔白硅钙石生物陶瓷支架及其制备方法与应用。

背景技术

由创伤、肿瘤、先天性畸形、老龄化及事故等原因导致的骨缺损是威胁人体健康的主要原因。目前被视作临床金标准的自体骨移植经常受供体来源和二次创伤的限制，同种异体或异种骨修复材料存在病毒传播及免疫排斥等风险，因此具有良好的促进骨再生特性的人工合成骨修复材料有着迫切的临床需求和广阔的发展前景。

目前在临床中广泛使用的合成骨修复材料为磷酸盐类生物陶瓷，如羟基磷灰石和β-磷酸三钙陶瓷，其显著优点在于组成与天然骨组织的无机组分类似，因此具有良好的生物相容性和骨传导性，但存在不能主动诱导骨再生及降解过慢等不足。近年来，钙硅基生物活性材料由于在力学、降解性及生物学效应方面表现出了显著优于传统磷酸盐陶瓷的独特优点，因此获得了大量的关注和研究。白硅钙石(bredigite，Ca₇MgSi₄O₁₆)作为一类具有代表性的硅酸盐生物活性陶瓷，表现出了优异的生物相容性、磷灰石矿化能力和生物活性。白硅钙石生物陶瓷在模拟体液中浸泡后能在其表面形成一层羟基磷灰石矿化层，成骨细胞可在其表面进行良好的贴附和铺展(Wu C,Chang J,Wang J,et al.Preparation andcharacteristics of a calcium magnesium silicate(bredigite)bioactive ceramic.[J].Biomaterials,2005,26(16):2925-2931.)，同时在降解过程中白硅钙石陶瓷可释放Ca²⁺,Mg²⁺,Si⁴⁺等多种离子产物，Ca²⁺和Si⁴⁺能够促进骨髓间充质干细胞增殖和分化，Mg²⁺也被证实可通过免疫调控过程对血管化和骨再生有显著的促进作用，是制备具有骨诱导功能再生修复材料的理想组成(Wang M,Yu Y,Dai K,et al.Improved osteogenesis andangiogenesis of magnesium-doped calcium phosphate cement via macrophageimmunomodulation[J].Biomaterials Science,2016,4(11):1574-1583.)。

除在组成上含有可促进成骨及成血管的营养元素外，理想的骨修复材料还需要具有良好的多孔结构与优异的力学强度。传统采用造孔剂法、发泡法及冻干法等制备得到的多孔骨修复支架材料存在孔径连通性差、力学性能不足等问题，限制了其在骨缺损修复中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维打印白硅钙石生物陶瓷支架及其制备方法和用途。该生物陶瓷支架通过三维打印成型可以获得可控的多孔结构，通过高温烧结可以获得致密的微结构与良好的力学性能，并具有良好的生物相容性、成骨以及成血管活性。

本发明的第一方面是提供一种生物陶瓷支架。

本发明所提供的生物陶瓷支架，是利用三维打印技术制备的白硅钙石生物陶瓷支架，即三维打印白硅钙石生物陶瓷支架。

所述三维打印白硅钙石生物陶瓷支架，具有可控的孔结构，孔径为100～500μm，孔隙率为20％～80％。