本發明專利技術公開了一種兼具力學適配性和成骨活性的骨植入體及其制備方法，該骨植入體的制備方法包括以下步驟：1)制備硅烷化的多孔鈦合金支架；2)合成甲基丙烯酸酐改性明膠；3)甲基丙烯酸酐改性明膠水凝膠和多孔鈦合金骨架的復合。本發明專利技術的骨植入體中含有3D打印的低模量、高強度多孔鈦支架支撐結構，且多孔鈦支架孔隙內復合有水凝膠，為細胞構建了類似體內的三維微環境，可以調控骨髓間充質干細胞的協同成骨分化和血管生成。
A bone implant with mechanical adaptability and osteogenic activity and its preparation method
The invention discloses a bone implant with mechanical adaptability and osteogenic activity and a preparation method thereof. The preparation method of the bone implant includes the following steps: 1) preparing porous silicon alloy bracket with silylation; 2) synthesizing methacrylic anhydride modified gelatin; 3) modifying the gelatin hydrogel and the porous titanium alloy skeleton by methacrylic anhydride. The porous titanium scaffold has a low modulus and high strength porous titanium scaffold supporting structure printed in 3D, and the porous titanium scaffold is compounded with hydrogel to construct a three-dimensional micro-environment similar to that in vivo for cells, which can regulate the synergistic osteogenesis and angiogenesis of bone marrow mesenchymal stem cells.
【技術實現步驟摘要】
一種兼具力學適配性和成骨活性的骨植入體及其制備方法
本專利技術涉及一種兼具力學適配性和成骨活性的骨植入體及其制備方法，屬于生物醫學材料
技術介紹
骨是人體承重和運動的主要器官，而由創傷、畸形、腫瘤、退行性病變等因素導致的骨缺損十分常見。據不完全統計，我國每年新增的骨缺損病例高達300萬，嚴重影響人們的生活質量與壽命。目前，小范圍的骨缺損可通過多種手段進行治療，但對于承重部位大段骨缺損的修復與重建仍是世界難題。目前，治療骨缺損的方法有自體骨移植、異體骨移植、可降解生物材料移植、醫用金屬材料移植等。自體骨移植的效果雖好，但來源有限，而且會給患者帶來不必要的二次創傷；異體骨移植存在免疫原性、致病性等缺點；可降解生物材料移植在臨床上已有比較廣泛的應用，具有生物相容性良好的優點，但存在機械強度不夠的缺陷，只能應用于小范圍、非承重部位骨缺損的治療；醫用金屬材料移植是目前臨床上唯一可行的大范圍、承重部位骨、關節缺損的治療方法，具有生物相容性良好、機械強度高等優點，但長期臨床應用亦暴露出不少問題，其中的關鍵問題之一就是植入物與宿主骨組織之間的界面整合效果不理想以及功能性供血不足，從而易引發炎癥、骨吸收等并發癥，最終導致植入物失效，使得植入物的服役壽命不能很好地滿足臨床應用的要求。醫用金屬材料移植易引發炎癥、骨吸收等并發癥的原因在于：植入體與骨組織的力學性能不匹配，成骨活性差以及功能性供血不足，導致骨的整合不理想。因此，研發一種新型骨修復材料，使其既具有理想的機械強度和與人體骨組織相匹配的彈性模量，又具備成骨活性、促血管生成等功能，對于大范圍、承重部位的骨缺損治療具有重要意義。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種兼具力學適配性和成骨活性的骨植入體及其制備方法。本專利技術所采取的技術方案是：一種兼具力學適配性和成骨活性的骨植入體的制備方法，包括以下步驟：1)根據設計的模型3D打印多孔鈦支架，再對多孔鈦支架進行氧等離子體表面處理、硅烷偶聯劑溶液浸泡處理，得到硅烷化的多孔鈦合金支架；2)將明膠溶解在PBS緩沖液中，再加入甲基丙稀酸酐，充分反應，再對反應液進行透析，再離心取上層清液進行冷凍干燥，得到甲基丙烯酸酐改性明膠；3)將甲基丙烯酸酐改性明膠和光引發劑溶解在PBS緩沖液中，再將硅烷化的多孔鈦合金支架浸入其中，再置于紫外光源下進行聚合反應，得到兼具力學適配性和成骨活性的骨植入體。步驟1)所述多孔鈦支架上的孔洞直徑為300～500μm，孔隙率為60％～85％。步驟1)中3D打印多孔鈦支架所采用的鈦合金粉末為Ti6A14V，粉末粒徑為15～45μm。步驟1)所述硅烷偶聯劑溶液由3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、pH＝3.5的醋酸、水按照體積比1：(0.004～0.006)：(40～60)組成。步驟2)所述明膠、甲基丙稀酸酐的添加量比為1g：(0.9～1.1)mL。步驟2)所述反應的溫度為45～55℃，反應時間為2～4h。步驟2)所述甲基丙稀酸酐通過滴加的方式添加。步驟3)所述甲基丙烯酸酐改性明膠、光引發劑、PBS緩沖液的添加量比為1g：(0.03～0.04)g：(6～7)mL。步驟3)所述聚合反應在紫外光波長360～480nm、光強度6～8mW/cm2的條件下進行，反應時間為60～80s。本專利技術的有益效果是：本專利技術的骨植入體中含有3D打印的低模量、高強度多孔鈦支架支撐結構，且多孔鈦支架孔隙內復合有水凝膠，為細胞構建了類似體內的三維微環境，可以調控骨髓間充質干細胞的協同成骨分化和血管生成。附圖說明圖1為實施例1的骨植入體和兔子橈骨的應力-應變曲線。圖2為實施例1的骨植入體和兔子橈骨的楊氏模量對比圖。具體實施方式一種兼具力學適配性和成骨活性的骨植入體的制備方法，包括以下步驟：1)根據設計的模型3D打印多孔鈦支架，再對多孔鈦支架進行氧等離子體表面處理、硅烷偶聯劑溶液浸泡處理，得到硅烷化的多孔鈦合金支架；2)將明膠溶解在PBS緩沖液中，再加入甲基丙稀酸酐，充分反應，再對反應液進行透析，再離心取上層清液進行冷凍干燥，得到甲基丙烯酸酐改性明膠；3)將甲基丙烯酸酐改性明膠和光引發劑溶解在PBS緩沖液中，再將硅烷化的多孔鈦合金支架浸入其中，再置于紫外光源下進行聚合反應，得到兼具力學適配性和成骨活性的骨植入體。優選的，步驟1)所述多孔鈦支架上的孔洞直徑為300～500μm，孔隙率為60％～85％。優選的，步驟1)中3D打印多孔鈦支架所采用的鈦合金粉末為Ti6A14V，粉末粒徑為15～45μm。優選的，步驟1)所述硅烷偶聯劑溶液由3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、pH＝3.5的醋酸、水按照體積比1：(0.004～0.006)：(40～60)組成，其制備方法如下：先將pH＝3.5的醋酸加入水中，再加入3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。優選的，步驟2)所述明膠、甲基丙稀酸酐的添加量比為1g：(0.9～1.1)mL。優選的，步驟2)所述反應的溫度為45～55℃，反應時間為2～4h。優選的，步驟2)所述甲基丙稀酸酐通過滴加的方式添加。優選的，步驟3)所述甲基丙烯酸酐改性明膠、光引發劑、PBS緩沖液的添加量比為1g：(0.03～0.04)g：(6～7)mL。優選的，步驟3)所述光引發劑為巴斯夫的IRGACURE2959。優選的，步驟3)所述聚合反應在紫外光波長360～480nm、光強度6～8mW/cm2的條件下進行，反應時間為60～80s。下面結合具體實施例對本專利技術作進一步的解釋和說明。實施例1：一種兼具力學適配性和成骨活性的骨植入體的制備方法，包括以下步驟：1)根據兔子橈骨缺損模型，通過UnigraphicsNX9.0(UG)軟件設計多孔鈦支架模型，再將設計的模型導入3D打印設備(聚焦光速直徑為50μm)中，以粒徑15～45μm的鈦合金粉末Ti6A14V為原料，3D打印多孔鈦支架(3D打印的功率為90W，打印速度為560mm/s，掃描間距為70μm，掃描層厚為30μm)，再進行粗洗和精洗，再將多孔鈦支架放入等離子體處理儀中，進行氧氣處理使鈦合金表面富集羥基(腔室氧濃度：100％，壓強：0.3mbar，處理時間：10min)，再將多孔鈦支架浸入硅烷偶聯劑溶液中，浸泡2h，再取出多孔鈦支架，依次用去離子水、無水乙醇、去離子水各超聲清洗20min，再在氮氣保護下烘干，得到硅烷化的多孔鈦合金支架；2)將10g明膠溶解在100mL的PBS緩沖液中，再以0.5mL/min的滴加速度滴加10mL甲基丙稀酸酐，滴加完后50℃恒溫反應3h，再將反應液加入透析袋中，在純水中透析6天，再對得到的透析液進行離心(離心機轉速為2500rpm，離心15min)，再取上層清液進行冷凍干燥，得到甲基丙烯酸酐改性明膠；3)將15g甲基丙烯酸酐改性明膠和0.5g光引發劑IRGACURE2959溶解在100mL的PBS緩沖液中，再將硅烷化的多孔鈦合金支架浸入其中，置于紫外光源(紫外光波長360～480nm、光強度6～8mW/cm2)下進行80s聚合反應，再將多孔鈦合金支架浸入PBS溶液中，37℃浸泡12h除去未交聯的單體，得到兼具力學適配性和成骨活性的骨植入體。注：步驟2)中的硅烷偶聯劑溶液由3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、pH＝3.5的醋酸、去離子水按照體積本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種兼具力學適配性和成骨活性的骨植入體的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：1)根據設計的模型3D打印多孔鈦支架，再對多孔鈦支架進行氧等離子體表面處理、硅烷偶聯劑溶液浸泡處理，得到硅烷化的多孔鈦合金支架；2)將明膠溶解在PBS緩沖液中，再加入甲基丙稀酸酐，充分反應，再對反應液進行透析，再離心取上層清液進行冷凍干燥，得到甲基丙烯酸酐改性明膠；3)將甲基丙烯酸酐改性明膠和光引發劑溶解在PBS緩沖液中，再將硅烷化的多孔鈦合金支架浸入其中，再置于紫外光源下進行聚合反應，得到兼具力學適配性和成骨活性的骨植入體。
【技術特征摘要】
1.一種兼具力學適配性和成骨活性的骨植入體的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：1)根據設計的模型3D打印多孔鈦支架，再對多孔鈦支架進行氧等離子體表面處理、硅烷偶聯劑溶液浸泡處理，得到硅烷化的多孔鈦合金支架；2)將明膠溶解在PBS緩沖液中，再加入甲基丙稀酸酐，充分反應，再對反應液進行透析，再離心取上層清液進行冷凍干燥，得到甲基丙烯酸酐改性明膠；3)將甲基丙烯酸酐改性明膠和光引發劑溶解在PBS緩沖液中，再將硅烷化的多孔鈦合金支架浸入其中，再置于紫外光源下進行聚合反應，得到兼具力學適配性和成骨活性的骨植入體。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟1)所述多孔鈦支架上的孔洞直徑為300～500μm，孔隙率為60％～85％。3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：步驟1)中3D打印多孔鈦支架所采用的鈦合金粉末為Ti6A14V，粉末粒徑為15～45μm。4.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：步驟1)所述硅烷偶聯劑溶...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬立敏，周燁，
申請(專利權)人：馬立敏，
類型：發明
國別省市：廣東,44
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