[发明专利]一种梯度组织工程支架制作方法

权利要求书

1.一种梯度组织工程支架制作方法，其特征在于，包括采用生物高分子材料和水凝胶，利用低温沉积3D打印机打印三种网格，形成分层结构，分别为对应于浅层切向纤维的切向型网格、对应于中层过渡纤维的均匀网格以及对应于底层法向纤维的法向型网格，形成网格支架，其在力学强度上具有抗压力从浅到深逐渐增加，抗剪力从浅到深逐渐降低的特征；打印完后对网格支架进行第一次冷冻干燥，之后在成形的网格支架孔隙内灌入dECM溶液，并进行第二次冷冻干燥，除去dECM中的溶剂成分，获得具有接近正常软骨定向微观组织的复合的梯度组织工程支架；其中第二次冷冻干燥时，将灌入dECM的网格支架置放入定向冷冻匣进行定向冷冻，所述定向冷冻匣具有高热导率部分和低热导率部分，在外围具有用低热导率部分隔开的隔热空气层；dECM由高热导率部分的表面开始结冻，生长表层切向、中层过渡、底层法向的定向晶体结构；

其中对形成的分层网格分别测量压缩模量，剪切模量和抗压强度，将获得的三种力学性能作为参数，计算并优化网格的力学强度；

其中三种分层网格在组合时近似于等截面叠加，其中通过以下方式的一种或多种进行压缩模量、剪切模量优化：

(1)将三种分层网格相互间进行固接约束，边界和加载条件为周边无约束，上下使用刚体压头的压缩或剪切，调节三种网格在厚度方向的分布比例，通过力学仿真的形变量，反比例换算复合支架力学强度；

(2)对于正面承压复合支架，通过下式确定三层的分层比例：

对于侧面承压复合支架，通过下式确定三层的分层比例：

E＝aE₁+bE₂+cE₃

其中E为期望达到的真实软骨力学强度、E1、E2、E3为各分层的力学强度，a+b+c＝1。

2.如权利要求1所述的梯度组织工程支架制作方法，其特征在于，所述生物高分子材料为PLGA在1，4-二氧六环溶剂中的分散系，所述水凝胶为天然软骨脱细胞基质dECM在乙酸中的分散系、胶原、壳聚糖或明胶。

3.如权利要求2所述的梯度组织工程支架制作方法，其特征在于，PLGA的粘度1.7，浓度0.15g/ml；打印材料在-20℃下挤出，并进行8h的第一次冷冻干燥。

4.如权利要求1所述的梯度组织工程支架制作方法，其特征在于，打印时，通过以下任一者或多者来改变网格的压缩和剪切力学强度：(1)提高或降低单层网格的疏密程度；(2)增加或降低单一方向连续打印的网格层数；(3)改变不同方向网格的层数比例。

5.如权利要求1所述的梯度组织工程支架制作方法，其特征在于，打印使得所述切向型网格的剪切模量略高于真实软骨，法向型网格的压缩模量略高于真实软骨，其余各模量则与真实软骨相当或略低。

6.如权利要求1所述的梯度组织工程支架制作方法，其特征在于，还包括力学测量确定各层的力学强度，其中针对正面承压的软骨或骨缺损修补的需求，对网格支架各层上下加载压缩或剪切载荷；针对侧面承压的软骨或骨缺损修补的需求，将网格支架绕水平轴旋转90度再进行相应压缩或剪切载荷的加载。

7.如权利要求1至6任一项所述的梯度组织工程支架制作方法，其特征在于，所述高热导率部分为紫铜，所述低热导率部分为PLA。

8.如权利要求2至3任一项所述的梯度组织工程支架制作方法，其特征在于，在dECM和PLGA溶液中加入水溶性致孔剂，在加工完毕后，通过溶解除去致孔剂，以获得微观孔径，实现连通度高的分级孔隙结构。

9.如权利要求8所述的梯度组织工程支架制作方法，其特征在于，在dECM中加入营养物质，以促进软骨组织的形成。

10.如权利要求9所述的梯度组织工程支架制作方法，其特征在于，所述营养物质包括诱导软骨形成的IGF-1蛋白。