[发明专利]载二甲双胍人工骨材料以及制备人工骨的方法

说明书

本发明公开一种载二甲双胍人工骨材料以及制备人工骨的方法，该方法包括：将羟基磷灰石颗粒、胶原蛋白粉末、分散剂、二甲双胍和微量元素溶于去离子水，并调节PH值，混合均匀得到浆料；将浆料球磨和超声振荡后，制得墨水悬浮液；将墨水悬浮液装入3D直写成型设备的喷筒中，将计算机与直写成型设备连接，设置3D直写设备的程序以及仿骨结构模型，通过控制墨水悬浮液的流变性能逐层叠加在空气中打印，干燥后得到载二甲双胍仿骨结构材料；其中，仿骨结构模型的建立步骤为采集患者骨缺损部位信息，通过CAD软件建立个体化骨支架三维模型。本发明人工骨材料，可发挥修复骨缺损和药物载体的双重作用，具有良好的生物相容性及诱导骨再生能力。

技术领域

本发明属于生物医学材料制备成型领域，具体涉及载二甲双胍人工骨材料以及制备人工骨的方法。

背景技术

骨缺损是骨科临床常见的一种疾病，可由创伤，肿瘤侵蚀，骨髓炎等多种因素导致，目前其治疗主要是用合适的植入骨填充缺损部位，恢复骨组织的解剖关系和生理功能。自体骨、异体骨移植是传统的骨缺损修复方法，但存在着很多缺陷。自体骨来源有限，不能满足大块的骨缺失，会对患者造成二次伤害，还会遗留术后感染和疼痛等并发症。异种骨和同种异体骨都会存在免疫排斥的问题，且同种异体骨的骨诱导性较差，不能满足骨缺损的修复需求。骨组织工程支架近来成为骨组织工程的研究热点。天然骨的结构十分精密复杂，由有机质，无机质和少量的水组成。有机质主要为胶原纤维，90％以上是I型胶原蛋白，赋予了骨良好的韧性和弹性，无机质主要为羟基磷灰石晶体，赋予了骨足够的硬度和强度。因此，理想的骨支架应与天然骨在材料组成和结构上尽量接近。其应该满足以下条件：1)具有良好的生物相容性；2)具有合适的力学性能；3)有微孔结构，使新生骨组织得以长入；4)其吸收速度与新骨生长速度大致保持同步；5)易于加工成所需的大小和形状。生物陶瓷是比较常用的骨支架制备材料，主要分为羟基磷灰石、磷酸三钙和生物活性玻璃。羟基磷灰石具有良好的骨诱导和骨结合能力，同时能够较好地支持成骨细胞的黏附、增殖及分化，在人体中的降解速度十分缓慢。但其脆性较大，断裂韧性远小于正常密质骨，抗张抗压强度也不能完全模仿生理骨组织。β-磷酸三钙同样具有良好的骨诱导性和生物相容性，其降解过程中释放钙离子和磷酸根离子，有助于促进新骨形成，但其降解速度过快，不适用于大面积骨缺损的修复，脆性也较大，抗张抗压强度不够。生物活性玻璃可与骨组织紧密结合，促进骨组织的再生和血管化，但其成骨活性不如羟基磷灰石和β-磷酸三钙。有学者将羟基磷灰石与高分子材料混合，通过控制材料比例一定程度解决了生物陶瓷脆性过大，抗压能力不够的问题。如何将有机材料、无机材料的优缺点互补，制备机械性能和生物性能均较好的复合支架，是目前的研究热点。

发明内容

本发明提供一种载二甲双胍人工骨材料及利用3D直写成型技术制备载药人工骨材料的方法。本发明运用直写成型技术可实现骨支架的个体化制备，将有机和无机材料的结合可改善骨支架性能，制备出生物相容性，机械性能均较好的骨支架。同时，本发明在骨支架中加入二甲双胍成分，制得的骨支架具有治疗骨质疏松、糖尿病、减轻肥胖病人体重，促进骨缺损恢复等多种功效。

为实现上述目的，本发明提供的一种载二甲双胍人工骨材料包括羟基磷灰石颗粒、胶原蛋白粉末、分散剂、二甲双胍、微量元素和去离子水。

为实现上述目的，本发明提供的一种利用3D直写成型技术制备载二甲双胍人工骨材料的方法包括以下步骤：

(1)将羟基磷灰石颗粒、胶原蛋白粉末、分散剂、二甲双胍和微量元素溶于去离子水，并调节PH值，混合均匀得到浆料；

(2)将浆料球磨和超声振荡后，制得墨水悬浮液；

(3)将墨水悬浮液装入3D直写成型设备的喷筒中，将计算机与直写成型设备连接，设置3D直写设备的程序以及仿骨结构模型，通过控制墨水悬浮液的流变性能逐层叠加在空气中打印，干燥后得到载二甲双胍仿骨结构材料；其中，仿骨结构模型的建立步骤为采集患者骨缺损部位信息，通过CAD软件建立个体化骨支架三维模型。

优选地，所述羟基磷灰石颗粒的粒径范围为0.8-10um。