[发明专利]一种自固化3D打印生物墨水及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种自固化3D打印生物墨水及其制备方法和应用，属于生物医用材料领域。该生物墨水包括羟基磷灰石、硅钙基自固化材料和聚醚F127溶液，硅钙基自固化材料选自硅酸三钙、硅酸二钙中的一种或几种；羟基磷灰石与硅钙基自固化材料的质量比为（0.05～20）：1；聚醚F127溶液的质量浓度为5%~25%；羟基磷灰石与硅钙基自固化材料的总质量与聚醚F127溶液的质量之比为1：（0.25～0.5）。本发明克服了现有技术中α‑TCP较差的自固化特性以及有机粘结剂制备工艺复杂的不足之处，不但易于3D打印成型，在温和条件下自行固化，还能够负载药物、蛋白质及生长因子等，可实现与生物活性物质共打印。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种自固化3D打印生物墨水及其制备方法和应用。

背景技术

创伤、骨肿瘤、感染以及人口老龄化相关疾病导致的骨缺损问题日趋严峻，基于骨修复材料移植的修复和重建是治疗患者骨缺损问题的有效策略。羟基磷灰石生物活性陶瓷材料在组成和结构上与人体硬组织中无机成分类似，并具有良好的骨传导性、生物相容性和生物活性等特性，因而广泛用于临床的骨缺损修复治疗。多孔支架不仅可为细胞的黏附和生长提供载体支撑，还有利于生长因子、营养物质和代谢废物的运输，因此能够有效加速骨组织修复和再生过程。传统羟基磷灰石支架制备方法主要有模板法、冷冻干燥法、发泡剂法、溶剂挥发法和熔融浇铸/食盐微粒浸出法等等，但这些方法的制备工艺较为复杂繁琐，并且发泡剂法和溶剂挥发法易引入毒性物质。另外，传统支架制备方法难以控制孔结构、空间分布和联通特性，从而限制支架的修复效果。

3D打印技术（又称增材制造）是20世纪80年代诞生的高新快速制造技术，该技术基于计算机辅助设计模型，再利用打印系统按照逐层打印方式制造出三维空间支架。3D打印技术与骨修复材料的结合推动着现代组织工程和再生医疗技术的发展。3D生物打印技术不但可以实现对患者骨缺损位置的个性化定制，制造出形状复杂的骨修复支架，而且能够精细控制支架的孔隙率、孔径以及孔的联通性。然而，单纯羟基磷灰石粉体无流动打印特性及固化性能，通常利用聚乳酸（PLA）、聚乳酸/羟基乙酸共聚物（PLGA）及聚己内酯（PCL）等热塑性生物可降解高分子、光固化树脂或其他有机物等制得粘稠流动的浆料，再通过3D打印设备打印成型。在与上述热塑性高分子联用时，一般需要使用二氯甲烷等有机溶剂或者在较高温下直接挤出3D打印，但该方法可能会引入有毒有害物质，并且高温环境不能用于细胞、蛋白质、生物活性材料的混合打印。同样，通过光敏树脂的光固化打印也存在该缺陷。此外，基于无固化特性有机物打印出的支架，一般需要后续高温烧结硬化处理，但高温处理后的支架会产生较大尺寸收缩，也不适合负载生物活性物质。