[发明专利]一种3D打印人工骨修复材料及其制备方法

说明书

本发明创造提供了一种3D打印人工骨修复材料及其制备方法，方案中利用了纳米晶羟基磷灰石/胶原复合材料(矿化胶原)为原材料，能够大大的减少骨科疾病愈合的时间，同时采用3D打印的技术能够针对个性化实体进行快速制备。同时采用矿化胶原/聚乳酸复合材料和3D打印技术结合制备人工骨的方法具有简单易行的优点，能够满足大批量快速制备的需要。除此以外，采用本方案所制备出的可用于人工骨修复的3D打印线材的拉伸模量、拉伸强度、断裂伸长率均符合国家标准。

技术领域

本发明创造属于生物医学领域，尤其是涉及一种3D打印人工骨修复材料及其制备方法。

背景技术

近年来，由于交通运输业、采矿业、建筑业的快速发展，先天性、感染、肿瘤等疾病的多发，造成的高能量损伤、骨缺损的情况呈现出上升的趋势。自体骨移植、磷酸钙骨水泥、丙烯酸酯类骨水泥、生物陶瓷、羟基磷灰石、生物活性玻璃、组织工程骨等作为骨缺损的主要治疗手段被广泛的应用在骨缺损的治疗领域。其中羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)是用于骨组织修复的最重要的一种生物陶瓷，其化学成分与人体硬组织的无机质成分极为相近，化学式为Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂。将HA制备成不同形状和尺寸的人工骨植入人体，可在很短时间内与人体硬组织形成紧密的生物结合，进而长成一个整体，显示出极好的生物相容性和生物活性。但是，块状HA的降解速度非常缓慢，并且力学性能不够理想，脆性大，塑形不佳。其他骨修复材料也都存在一定的缺陷和问题，如生物相容性、力学强度、生物降解性、骨诱导活性等方面仍然有待提高。

3D打印技术作为一种快速增材制造技术，能够减少资源的浪费，最大程度的满足个性化快速生产的需要，被广泛的应用在生物医疗、航空航天、教育教学、建筑生活等领域。FDM打印机具有操作简单、成本低廉、材料相容性广的特点具有可快速大面积推广的潜力。

2013年初，欧洲的医生利用3D打印定制出一个人造下颚以替换病人的受损骨骼，使病人得以成功康复。德国的研究人员正在采用3D打印技术制造具有生物相容性的人造血管。牛津性能材料公司制备的头骨植入物已经在2013年2月18日获得美国食物和药物管理局(FDA)的批准，并成功帮助一位病人替换了75％的头骨，其所用原材料为不可降解的聚醚醚酮材料。

上述案例所使用的原材料和天然骨存在区别，3D打印的产品仅从形状等宏观结构上与患者匹配，而成分和微结构上与人天然骨不同。近日韩国李红大学的研究团队研究出一种新的可生物降解材料用于3D打印面部植入物，并在植入之后促进组织再生，其采用的是聚己内酯制成的医疗聚合物。

目前，市场上主要以HA复合的生物材料多是以HA/胶原、HA/TCP(β-TCP)、HA/PLA、镁-羟基磷灰石/聚乳酸等的以压缩成型或者冷冻干燥成型为主的方式，进行骨缺损的修复，较少使用3D打印的方式进行修复体的构建。另外，胶原及其与天然生物衍生骨复合材料也被广泛的使用在骨修复的领域，其中胶原基纳米羟基磷灰石复合材料因其具有良好的生物相容性、生物可降解性、易加工性、机械强度较好的特点而被研究者作为研究的热点。一种胶原/羟基磷灰石人工骨的制备方法和多孔胶原复合纳米羟基磷灰石人工骨的制备方法中均采用冷冻干燥的方法进行骨修复材料成型的制备，此种方法不利于制备孔隙结构可控的植入体模型，不能够满足快速制备个性化骨植入体的特点。可用于FDM 3D打印机型的生物骨线材制造方法中，将羟基磷灰石和β-磷酸三钙分别与聚乳酸材料进行机械混合然后通过双螺杆挤出机进行混合挤出为3D打印机使用的线性材料，但没有将胶原这种主要的结构蛋白考虑在内。

综上所述，现有的技术不能完全满足材料的生物相容性，并且采用的材料和人体自然骨的成分存在差异，并且多数不能用于3D打印，制作时间长，与患者病患部位不能完全匹配，存在力学强度不足的特点。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种3D打印人工骨修复材料及其制备方法，以解决现有技术存在的问题。