[发明专利]一种高强度功能型PCL/HA多孔骨支架的成型工艺方法

说明书

本发明提供一种高强度功能型PCL/HA多孔骨支架的成型工艺方法，基于PCL/HA复合粉体，利用3DP工艺实现骨支架的个性化制造，并结合PCL熔点低的特性，利用二次加热实现骨支架的二次固化，从而使支架的力学性能得到进一步提高。本发明在保证支架强度的同时，避免了高能后处理工艺，使功能性物质能随支架成型进行同步复合，且不影响其功能。复合粉体的使用使得成型后的支架具备HA赋予的高生物活性和高硬度，利于细胞的粘附和增殖，也具备PCL赋予的高韧性和生物降解特性，既保证支架降解与新骨形成的平稳过渡，维持了修复全过程的骨稳定性，也为内部高孔隙率设计预留足够的冗余量。此外功能性物质能够均布于支架整体而非只是表面，使所制备的支架具有更好的功能和骨修复重建效果。

技术领域

本发明涉及大段骨缺损修复领域，具体是指一种高强度功能型PCL/HA多孔骨支架的成型工艺方法，属于骨组织工程领域。

背景技术

由创伤、肿瘤等导致的骨缺损一直是治疗的重点及难点，临床上通常采用自体、同种异体或异种骨移植等方式进行修补。然而自体骨来源不足，术后并发症多；异体骨与宿主骨的结合能力较弱，有抗原特性，会因剧烈的免疫排斥反应导致植入失败，且存在疾病传播可能性，临床应用能力有限。骨组织工程学的发展提供了一种新的解决途径，其核心是建立由细胞/活性因子/骨支架构成的空间复合体，植入缺损部位促进骨的修复和再生。其中骨支架为细胞提供停泊、代谢和物质交换的场所，是形成新的有特定形态和功能的骨组织的物质基础。

骨支架需负载功能性物质以及与患处机体组织紧密贴合的特性，对支架生物学特性，力学特性，结构成分等提出一系列要求。一方面支架要有足够的力学强度，能够与自体骨组织相匹配，避免过高强度导致的应力屏蔽，过低强度引起的压溃等现象出现。为满足这一要求，现有支架制备方法往往需要烧结或单体/聚合物渗透作为后处理步骤调节其强度，但这很大程度上牺牲了负载功能性物质的可选择性。另一方面，支架开放、互连的多孔结构对于营养运输和组织血管形成至关重要，表面多孔结构还可以促进支架和周围组织之间的联锁以提高植入物的机械稳定性，但过高的孔隙率势必影响支架的机械性能。为协调支架强度与结构之间的相互制约，人们试图从两个方面着手。一方面寻找易于成型支架且力学性能更佳的生物材料，另一方面通过仿生原生骨组织的分层结构来调整成型后的支架整体力学特性，此时就需要一种精密可控的成型方式来成型有合适孔隙率及孔分布的骨支架。

压电喷墨打印技术(3DP)是快速成型技术的一种，其工作原理是三维打印机读取零件三维截面信息数据，通过控制喷嘴，喷洒黏结剂，选择性地将生物骨材料黏在一起形成截面轮廓，层层递进，最后得到零件整体。申请人团队研究发现，选用合适浓度的高分子粘结剂，依托三维打印平台，可以制备高强度的生物陶瓷骨支架，该成型过程在常温下完成，可以实现同步打印药物、功能性蛋白质和生长因子等，且材料组分、孔隙结构精准可控。但同时，成型后的支架强度仍需改善，韧性较差。PCL是一种半结晶型聚合物，相对于其它聚合物，具有更高的结晶度。其玻璃化转变温度为-60℃，熔点一般位于59℃-64℃之间，较高的结晶度和较低的熔点导致了它在相对较低的温度下就具有优异的成型加工性能和药物加工性能。且PCL的降解缓慢，植入人体后不会因为降解速率过快产生过多的游离态物质，降低对自身组织的影响，较长的降解周期也保证支架不会短时间内失效，为新骨形成预留足够时间。将其与生物陶瓷材料复合，可以实现材料性能互补。一方面陶瓷相的存在可以降低PCL的结晶度，进一步提高其粘弹性，也能有效避免PCL的疏水性和低细胞粘附性对支架的影响。另一方面，PCL显著改善生物陶瓷材料硬而脆的缺陷，提高支架力学性能。但同时PCL的含量对支架的成型精度影响极大，过量的PCL导致支架收缩变形严重，过少则支架强度不足，性能改善不明显。如何确定两者最佳配比及其成型工艺是3DP打印PCL/HA功能型骨支架所面临的关键问题。

发明内容