一種骨組織工程用多孔復合支架及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種骨組織工程用多孔復合支架及其制備方法，屬于生物醫用材料技術運用領域。
【背景技術】
[0002]目前，由于各種原因導致的骨組織缺損越來越多，給患者帶來嚴重的生理和心理創傷，骨缺損的治療難題也愈來愈突出。臨床上用自體骨移植治療骨缺損已經有多年的歷史，但是自體骨取材受限，并且產生二次創傷，因此，早在20世紀60年代就有用異體骨修復骨缺損的嘗試。
[0003]骨組織工程是采用組織工程學的原理和方法，研制具有修復骨缺損能力的骨替代物的一門科學，基本原理是在體外構筑支架材料-種子細胞-生長因子復合物，然后移植到骨缺損處，經過材料的吸收和組織的增生，實現自身骨組織代替組織工程骨，最終實現骨的形態和功能上的修復。制備的支架可為細胞提供生存的三維空問，有利于細胞獲得足夠的營養物質，進行氣體交換，排泄代謝產物，使細胞按預制形態的三維支架生長。制備這種骨組織工程支架的方法很多，如擠壓成型法，有機泡沫浸漬法，添加造孔劑及發泡法等。擠壓成型法的孔隙大小在一定程度上可控，制備的單向通孔能作為骨組織生長的空間和血液輸運的通道，而且這種方法制備工藝簡單，成品周期短，是目前研究的熱點。
[0004]β -磷酸三鈣(β -磷酸三鈣)是人體骨的主要無機成分，具有優異的生物相容性、無毒、無刺激性、無排斥反應，同時具有良好的骨誘導作用，廣泛應用于骨修復材料領域。但是磷酸三鈣的降解速度過慢。硫酸鈣(CaS04)硫酸鈣通常以二水硫酸鈣、半水硫酸鈣和無水硫酸鈣的形式存在。其中二水硫酸鈣和半水硫酸鈣已用于骨缺損的修復，但是其降解速度較新骨生長的速度快，其降解速度快的特性已被用于制備磷酸鈣/硫酸鈣骨水泥。因此制備的多孔β -磷酸三鈣/CaS04復合支架的降解速度能夠與人骨的生長速度相匹配。
[0005]魔芋葡甘聚糖(KGM)是一種提取自魔芋的多糖，溶于水形成凝膠，該凝膠具有良好的粘結性和塑性，遇到無水乙醇會快速脫水固化，是一種良好的塑性劑。硅溶膠是生物醫用領域常用粘結劑。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種骨組織工程用多孔復合支架，所述的多孔復合材料為蜂窩狀結構，以磷酸三鈣蜂窩支架為基體，硫酸鈣為第二材料復合制得的多孔磷酸三鈣/CaS04支架，其孔隙率為30%~90%，擠壓成孔大小為100-900 μπι，孔壁厚度約為50-400 μmD
[0007]本發明的另一目的在于提供所述骨組織工程用多孔復合支架的制備方法，具體步驟包括:
(1)按魔芋葡甘聚糖和β -磷酸三鈣粉質量比為1:5-1:7的比例將魔芋葡甘聚糖和β-磷酸三鈣粉混合均勻得到混合粉體A ; (2)按蒸餾水和硅溶膠(分子式為11^(?.ηΗ20，主要成分為二氧化硅)質量比為2:1-5:1的比例將蒸餾水和硅溶膠混合均勻得到得溶液B ;
(3)按0.2-0.6g/L的比例將混合粉體A均勻加入到溶液B中，攪拌均勻得到泥料，將泥料經過高分子材料模板擠壓，在無水乙醇中脫水固化6-18小時得到多孔支架C ;
(4)將多孔支架C割成長度約為1-3cm的柱狀多孔支架，烘箱干燥后得到多孔支架D ;
(5)將支架D進行第一次熱處理，得到多孔支架E;
(6)將支架E置于硅溶膠中浸泡4-8h，取出烘箱干燥后得到多孔支架F;
(7)將支架F進行第二次熱處理，得到多孔支架G;
(8)按半水硫酸鈣和蒸餾水質量比為5:4-5:8的比例將半水硫酸鈣和蒸餾水混合均勻得到混合溶液，立刻將多孔支架G放入混合溶液中并超聲震蕩(混合溶液將多孔支架G完全浸泡)30-90s取出，得復合支架Η ;
(9)將復合支架Η置于空氣中干燥2-10min，然后放入容器內封口室溫干燥24_36h，不封口室溫干燥24-36h，最終得多孔β -磷酸三鈣/CaS04復合支架。
[0008]優選的，本發明步驟(1)所述混合粉體A的粒徑為30-75 μ m。
[0009]優選的，本發明步驟(5)所述第一次熱處理具體為:以1-3°C /min的升溫速率從室溫升到130-160 °C，以4-6 °C /min的升溫速率從130-160 °C上升到280-320 °C，以0.5-2.5°C /min的升溫速率從280-320 °C上升到450-550 °C，以4-8 °C /min的升溫速率升到700-800 °C，保溫3-6h，最后隨爐冷卻。
[0010]優選的，本發明步驟(7)所述第二次熱處理具體為:以1-3°C /min的升溫速率從室溫升到130-180°C，以2-4°C /min的升溫速率從130_180°C上升到300-400°C，保溫3_6h，最后隨爐冷卻。
[0011]優選的，本發明所述烘箱干燥的條件為:40-60°C干燥6-18小時。
[0012]本發明的有益效果:
(1)本發明采用激光加工高分子材料制備高分子模板，加工出能滿足骨組織工程要求的孔隙大小；
(2)β-磷酸三鈣是自然骨中的主要無機成分，具有優異的生物相容性，無生物毒性，無刺激性；同時，β -磷酸三鈣具有良好生物降解性和骨傳導性，當植入人體后，這類材料最終和自體骨組織融合并逐漸被自體骨組織替代；魔芋葡甘聚糖遇水溶脹形成的膠狀物能夠很好的粘附上磷酸三鈣，克服磷酸三鈣本身塑性差的缺點；
(3)通過模具擠壓成型后的支架，放入無水乙醇中迅速脫水固化獲得足夠的力學強度；同時，在脫水的過程中支架會產生一定程度的收縮，從而避免由于擠壓成型使得支架孔隙偏大。
【附圖說明】
[0013]圖1是實施例2多孔β -磷酸三鈣支架，孔隙率為75%的SEM照片。
[0014]圖2是實施例2多孔β -磷酸三鈣/CaS04復合支架的SEM照片。
[0015]圖3是實施例2多孔β -磷酸三鈣/CaS04復合支架的XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護范圍并不限于所述內容。
[0017]實施例1
本實施所述多孔磷酸三鈣/CaS04復合支架具體組分為磷酸三鈣、硫酸鈣質量和二氧化硅，其中硫酸鈣組分的質量占整個多孔β -磷酸三鈣/CaS04復合支架的61.7% ;其孔隙率為30%，擠壓成孔大小為100-350 μ m，孔壁厚度約為250-400 μ m，抗壓強度約為30Mpa的支架。
[0018]本實施例所述多孔β -磷酸三鈣/CaS04復合支架的制備方法具體包括以下步驟:
(1)將魔芋葡甘聚糖和β -磷酸三鈣粉(粒徑為5~15um)以質量比為1: 7混合均勻，得混合粉體A。
[0019](2)將蒸餾水和硅溶膠(分子式為mSA.ηΗ20，主要成分為二氧化硅)以質量比為2:1混合均勻，得溶液B。
[0020](3 )按0.6g/L的比例將混合粉體A均勻加入到溶液B中，用玻璃棒攪拌均勻得到泥料，將泥料經過高分子材料模板擠壓，在盛有無水乙醇的燒杯中脫水固化6小時得到多孔支架C。
[0021](4)將多孔支架C用剃須刀片切割成長度約為4 cm的柱狀多孔支架，置于40°C的烘箱干燥6小時，得到多孔支架D。
[0022](5)將支架D置于馬弗爐中進行第一次熱處理具體為:以1°C /min的升溫速率從室溫升到130°C，以4°C /min的升溫速率從130°C上升到280°C，以0.5°C /min的升溫速率從280°C上升到450°C，以4°C /min的升溫速率升到700°C，保溫3h，最后隨爐冷卻，得到多孔支架E。
[0023](6)將支架E置于硅溶膠(主要成分為二氧化硅)中浸泡4h，取出置于40°C的烘箱干燥6小時，得到多孔支架F。
[0024](7)將支架F置于馬弗爐中進行第二次熱處理具體為:以1°C /min的升溫速率從室溫升到130°C，以2°C /min的升溫速率從130°C上升到300°C，保溫3h，最后隨爐冷卻，得到多孔支架G。
[0025](8)將半水硫酸鈣和蒸餾水按質量比為5:8混合均勾，立刻將多孔支架G放入并超聲震蕩90s取出，得復合支架H。
[0026](9)將復合支架Η置于稱量紙上，空氣中干燥lOmin，放入燒杯封口室溫干燥36h，不封口室溫干燥36h，最終得多孔β -磷酸三鈣/^&304復合支架I。
[0027]本實施例通過對多孔支架G和最終得多孔β -磷酸三鈣/^&304復合支架I分別進行稱量，多次稱重計算得出該多孔β -磷酸三鈣/CaS04復合支架中硫酸鈣組分的質量占整個支架的61.7%。
[0028]實施例2
本實施所述多孔磷酸三鈣/CaS04復合支架具體組分為磷酸三鈣、硫酸鈣質量和二氧化硅，其中硫酸鈣組分的質量占整個多孔β -磷酸三鈣/CaS04復合支架的46.7% ;其孔隙率為75%，擠壓成孔大小為450-600 μ m，孔壁厚度約為250-300 μ m，抗壓強度約為15Mpa的支架。
[0029]本實施例所述