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一种关节软骨修复的一体化三层复合支架及制备方法.pdf

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一种 关节 软骨 修复 一体化 三层 复合 支架 制备 方法
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摘要
申请专利号:

CN201710627659.3

申请日:

20170728

公开号:

CN107485731A

公开日:

20171219

当前法律状态:

有效性:

审查中

法律详情:
IPC分类号: A61L27/40,A61L27/20,A61L27/10,A61L27/12,A61L27/50,A61L27/52,A61L27/56,B33Y10/00,B33Y70/00,A61F2/28 主分类号: A61L27/40,A61L27/20,A61L27/10,A61L27/12,A61L27/50,A61L27/52,A61L27/56,B33Y10/00,B33Y70/00,A61F2/28
申请人: 上海理工大学
发明人: 朱敏,张伟忠,辛晨,黄婷,李磊
地址: 200093 上海市杨浦区军工路516号
优先权: CN201710627659A
专利代理机构: 上海德昭知识产权代理有限公司 代理人: 郁旦蓉;刘国华
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201710627659.3

授权太阳城集团号:

法律状态太阳城集团日:

法律状态类型:

摘要

本发明提供一种关节软骨修复的一体化三层复合支架及制备方法,该复合支架包括自下至上依次叠加的软骨层、钙化软骨下骨板层和松质骨层,该复合支架通过三维打印一次成型,软骨层为海藻酸钠水凝胶多孔层,钙化软骨下骨板层为生物陶瓷颗粒与海藻酸钠复合水凝胶致密层,松质骨层为生物陶瓷颗粒与海藻酸钠复合水凝胶多孔层,各层之间通过离子交联海藻酸钠组分形成一体化结构,保证复合支架的每一层具有特定的组成和结构的同时,具有良好的层间结合力,提高了复合支架的整体结构稳定性。本发明还提供了一种关节软骨的一体化三层复合支架的制备方法,该方法简单易行,工艺参数易于控制,促进了三维打印技术在生物领域的推广应用,具有广阔的市场前景。

权利要求书

1.一种关节软骨修复的一体化三层复合支架,其特征在于,包括自下至上依次叠加的软骨层、钙化软骨下骨板层和松质骨层,其中,该复合支架通过三维打印一次成型,所述软骨层为海藻酸钠水凝胶多孔层,所述钙化软骨下骨板层为生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶致密层,所述松质骨层为生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶多孔层,各层之间通过离子交联海藻酸钠组分形成一体化结构。2.根据权利要求1所述的关节软骨修复的一体化三层复合支架,其特征在于:其中,所述生物陶瓷颗粒的材质为硅酸钙基陶瓷,或者磷酸钙基陶瓷,或者生物玻璃,所述硅酸钙基陶瓷包括硅酸钙陶瓷、硅酸二钙陶瓷和硅酸三钙陶瓷,所述磷酸钙基陶瓷包括纳米羟基磷灰石陶瓷、磷酸钙陶瓷、磷酸二钙陶瓷和磷酸八钙陶瓷,所述生物玻璃包括硅生物玻璃、硅磷生物玻璃、硅钙磷生物玻璃、生物活性玻璃和介孔生物活性玻璃。3.根据权利要求1所述的关节软骨修复的一体化三层复合支架,其特征在于:其中,用于一体化交联海藻酸钠组分的所述离子为二价阳离子,或者三价阳离子,所述二价阳离子包括Ca、Mg、Cu、Fe、Sr和Ba,所述三价阳离子包括Fe。4.根据权利要求1所述的关节软骨修复的一体化三层复合支架,其特征在于:其中,所述软骨层的孔隙率为60%~80%,所述松质骨层的孔隙率为50%~80%。5.根据权利要求1所述的关节软骨修复的一体化三层复合支架,其特征在于:其中,所述软骨层的厚度为0.2mm~4mm,所述钙化软骨下骨板层的厚度为0.2mm~2mm,所述松质骨层的厚度为0.2mm~4mm。6.根据权利要求1所述的关节软骨修复的一体化三层复合支架,其特征在于:其中,所述生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶中的所述生物陶瓷颗粒与所述海藻酸钠的质量比为1:3~3:1。7.一种权利要求1至6中任一项所述的关节软骨修复的一体化三层复合支架的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)配制海藻酸钠浆料:先取一定量的海藻酸钠加入水中在一定温度条件下搅拌,待溶解后再加入一定量的海藻酸钠并快速搅拌均匀,经200~800目的筛网过筛后得到海藻酸钠浆料,密封保存;(2)配制生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料:取一定量的经200~800目的筛网过筛的生物陶瓷颗粒加入到海藻酸钠水溶液中,快速搅拌均匀后经200~800目的筛网过筛,得到生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料,密封保存;(3)设计三层复合支架的外观和内部结构:运用CAD/CAM计算机辅助软件进行三层复合支架的三维外观和内部结构设计,得到支架模型,其中,所述支架模型的内部孔径为50~1200μm,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为0°~180°;(4)低温三维打印制备三层复合支架:将所述海藻酸钠浆料和所述生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料分别装进对应的料筒中,并在0~25℃下静置0~15min;根据所述步骤(3)中所设计的所述支架模型进行打印制备,其中,打印针头的直径为200~1000μm,打印速度设置为2.0~8.0mm/s,用于挤压浆料的气压为1.2~5.0bar;将浆料打印到载物平台的玻璃培养皿中,先采用所述海藻酸钠浆料打印所述软骨层,再采用所述生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料依次打印所述钙化软骨下骨板层和所述松质骨层,所述浆料子层按照层层堆积的方式精确逐层堆积成型得到所需的三层复合支架;(5)将所述步骤(4)得到的所述三层复合支架完全浸泡在离子溶液中交联海藻酸钠组分,得到一体化的三层复合支架,取出并将表面液体吸干后置于4℃冰箱冷藏备用。8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于:其中,所述步骤(1)中的所述海藻酸钠浆料的浓度为0.08~0.3g/mL,所述步骤(2)中的所述生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料中的所述生物陶瓷颗粒与所述海藻酸钠的质量比为1:3~3:1,所述生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料的浓度为0.1~0.3g/mL。9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于:其中,所述步骤(3)中的所述支架模型为圆柱体或者长方体,所述圆柱体的尺寸为直径0.24~40mm、高0.26~20mm;所述长方体的尺寸为长0.24~40mm、宽0.24~40mm、高0.26~20mm。10.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于:其中,所述步骤(5)中用于一体化交联海藻酸钠组分的所述离子为二价阳离子,或者三价阳离子,所述二价阳离子包括Ca、Mg、Cu、Fe、Sr和Ba,所述三价阳离子包括Fe。

说明书

技术领域

本发明涉及组织工程关节软骨修复技术领域,具体涉及一种关节软骨修复的一体化三层复合支架及制备方法。

背景技术

太阳城集团近年来,骨关节炎和运动导致关节软骨损伤的发病率逐渐上升。由于软骨组织无血液供应和神经支配,并且软骨细胞的低代谢活性以及高密度的细胞外基质限制了软骨细胞向缺损区域移行,在受损后自我修复能力有限,因此组织工程在软骨修复中具有极大的应用前景。

太阳城集团关节软骨修复的理想状态是受损的软骨能够持续生成透明状软骨,新生组织与周围组织融合,并能够符合关节软骨的生物学和力学特性。由于关节软骨的特殊结构,一旦受损便为软骨层、钙化软骨下骨板层、松质骨层一同受损。同时,每一层具有不同的复杂结构以及性质,层与层之间应具有较好的层间结合力。因此,如何制备满足上述要求的骨组织工程支架是研究的热点与难点。目前该种一体化关节软骨修复支架存在的问题:层间结合力弱,不同组成材料如何一体化成型。

低温3D打印技术作为新兴的快速成型技术手段,可以精确的控制支架的外部形状、内部结构以及孔的连通性。相比其它3D打印技术,低温3D打印操作便捷,不需要高温,对材料的损坏较小,可有效用于三层水凝胶复合支架的制备。在现有技术背景下,运用低温3D打印技术制备三层水凝胶复合支架,有望为临床上软骨修复提供新技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种关节软骨修复的一体化三层复合支架及制备方法。

本发明通过以下技术手段实现:

太阳城集团本发明提供了一种关节软骨修复的一体化三层复合支架,其特征在于,包括自下至上依次叠加的软骨层、钙化软骨下骨板层和松质骨层,其中,该复合支架通过三维打印一次成型,软骨层为海藻酸钠水凝胶多孔层,钙化软骨下骨板层为生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶致密层,松质骨层为生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶多孔层,各层之间通过离子交联海藻酸钠组分形成一体化结构。

本发明提供的关节软骨修复的一体化三层复合支架,还可以具有这样的特征:其中,生物陶瓷颗粒的材质为硅酸钙基陶瓷,或者磷酸钙基陶瓷,或者生物玻璃,硅酸钙基陶瓷包括硅酸钙陶瓷、硅酸二钙陶瓷和硅酸三钙陶瓷,磷酸钙基陶瓷包括纳米羟基磷灰石陶瓷、磷酸钙陶瓷、磷酸二钙陶瓷和磷酸八钙陶瓷,生物玻璃包括硅生物玻璃、硅磷生物玻璃、硅钙磷生物玻璃、生物活性玻璃和介孔生物活性玻璃。

本发明提供的关节软骨修复的一体化三层复合支架,还可以具有这样的特征:其中,用于一体化交联海藻酸钠组分的离子为二价阳离子,或者三价阳离子,二价阳离子包括Ca2+、Mg2+、Cu2+、Fe2+、Sr2+和Ba2+,三价阳离子包括Fe3+。

本发明提供的关节软骨修复的一体化三层复合支架,还可以具有这样的特征:其中,软骨层的孔隙率为60%~80%,松质骨层的孔隙率为50%~80%。

本发明提供的关节软骨修复的一体化三层复合支架,还可以具有这样的特征:其中,软骨层的厚度为0.2mm~4mm,钙化软骨下骨板层的厚度为0.2mm~2mm,松质骨层的厚度为0.2mm~4mm。

太阳城集团本发明提供的关节软骨修复的一体化三层复合支架,还可以具有这样的特征:其中,生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶中的生物陶瓷颗粒与海藻酸钠的质量比为1:3~3:1。

本发明还提供了一种关节软骨修复的一体化三层复合支架的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

(1)配制海藻酸钠浆料:先取一定量的海藻酸钠加入水中在一定温度条件下搅拌,待溶解后再加入一定量的海藻酸钠并快速搅拌均匀,经200~800目的筛网过筛后得到海藻酸钠浆料,密封保存;

太阳城集团(2)配制生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料:取一定量的经200~800目的筛网过筛的生物陶瓷颗粒加入到海藻酸钠水溶液中,快速搅拌均匀后经200~800目的筛网过筛,得到生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料,密封保存;

太阳城集团(3)设计三层复合支架的外观和内部结构:运用CAD/CAM计算机辅助软件进行三层复合支架的三维外观和内部结构设计,得到支架模型,其中,支架模型的内部孔径为50~1200μm,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为0°~180°;

太阳城集团(4)低温三维打印制备三层复合支架:将海藻酸钠浆料和生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料分别装进对应的料筒中,并在0~25℃下静置0~15min;根据步骤(3)中所设计的支架模型进行打印制备,其中,打印针头的直径为200~1000μm,打印速度设置为2.0~8.0mm/s,用于挤压浆料的气压为1.2~5.0bar;将浆料打印到载物平台的玻璃培养皿中,先采用所述海藻酸钠浆料打印软骨层,再采用生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料依次打印钙化软骨下骨板层和松质骨层,浆料子层按照层层堆积的方式精确逐层堆积成型得到所需的三层复合支架;

太阳城集团(5)将步骤(4)得到的三层复合支架完全浸泡在离子溶液中交联海藻酸钠组分,得到一体化的三层复合支架,取出并将表面液体吸干后置于4℃冰箱冷藏备用。

太阳城集团本发明提供的关节软骨修复的一体化三层复合支架的制备方法,还可以具有这样的特征:其中,步骤(1)中的海藻酸钠浆料的浓度为0.08~0.3g/mL,步骤(2)中的生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料中的生物陶瓷颗粒与海藻酸钠的质量比为1:3~3:1,生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料的浓度为0.1~0.3g/mL。

太阳城集团本发明提供的关节软骨修复的一体化三层复合支架的制备方法,还可以具有这样的特征:其中,步骤(3)中的支架模型为圆柱体或者长方体,圆柱体的尺寸为直径0.24~40mm、高0.26~20mm;长方体的尺寸为长0.24~40mm、宽0.24~40mm、高0.26~20mm。

太阳城集团本发明提供的关节软骨修复的一体化三层复合支架的制备方法,还可以具有这样的特征:其中,步骤(5)中用于一体化交联海藻酸钠组分的离子为二价阳离子,或者三价阳离子,二价阳离子包括Ca2+、Mg2+、Cu2+、Fe2+、Sr2+和Ba2+,三价阳离子包括Fe3+。

发明作用与效果

根据本发明涉及的关节软骨修复的一体化三层复合支架及制备方法,首先,因为该复合支架通过三维打印一次成型,并且软骨层为海藻酸钠水凝胶多孔层,钙化软骨下骨板层为生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶致密层,松质骨层为生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶多孔层,各层之间通过离子交联海藻酸钠组分形成一体化结构,在保证复合支架的每一层具有特定的组成和结构的同时,具有良好的层间结合力,提高了复合支架的整体结构稳定性。

其次,利用三维打印技术制备三层复合支架,可以通过改变海藻酸钠和生物陶瓷颗粒的质量比、生物陶瓷颗粒的种类、交联剂的种类以及调节打印参数,制备出不同成分含量及不同内部结构的三层复合支架,充分体现了三维打印机工艺在复杂结构构建和材料设计上的优势,其高灵活性与自由度使支架的每一层具有特定的组成和结构,以满足软骨和松质骨的分别修复。

附图说明

图1是本发明的实施例中一体化三层复合支架的结构示意图;

图2是本发明的实施例中的一体化三层复合支架的光学照片,其中,(a)为软骨层纯海藻酸钠支架;(b)为一体化三层复合支架侧视图;(c)为松质骨层海藻酸钠/MBG支架;图3是本发明的实施例中的一体化三层复合支架的扫描电镜(SEM)图,其中,(A1)为软骨层纯海藻酸钠支架;(A2)为A1浸泡SBF后;(B1)为松质骨层海藻酸钠/MBG支架;(B2)为B1浸泡SBF后;(C)为三层复合支架截面,*表示纯海藻酸钠部分,三角形表示海藻酸钠/MBG部分,箭头表示分界的孔洞。

具体实施方式

为了使相关领域研究人员更好的理解本发明的技术方案,下面结合具体实例对本发明做进一步说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。

图1是本发明的实施例中一体化三层复合支架的结构示意图;

图2是本发明的实施例中的一体化三层复合支架的光学照片,其中,(a)为软骨层纯海藻酸钠支架;(b)为一体化三层复合支架侧视图;(c)为松质骨层海藻酸钠/MBG支架;

太阳城集团图3是本发明的实施例中的一体化三层复合支架的扫描电镜(SEM)图,其中,(A1)为软骨层纯海藻酸钠支架;(A2)为A1浸泡SBF后;(B1)为松质骨层海藻酸钠/MBG支架;(B2)为B1浸泡SBF后;(C)为三层复合支架截面,*表示纯海藻酸钠部分,三角形表示海藻酸钠/MBG部分,箭头表示分界的孔洞。

太阳城集团如图1至图3所示,本发明的一种关节软骨修复的一体化三层复合支架100,包括自下至上依次叠加的软骨层10、钙化软骨下骨板层20和松质骨层30,该复合支架通过三维打印一次成型。

太阳城集团软骨层10为海藻酸钠水凝胶多孔层,孔隙率为60%~80%,厚度为0.2mm~4mm。

太阳城集团钙化软骨下骨板层20为生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶致密层,厚度为0.2mm~2mm。

松质骨层30为生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶多孔层,孔隙率为50%~80%,厚度为0.2mm~4mm。

生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶中的生物陶瓷颗粒与海藻酸钠的质量比为1:3~3:1。

生物陶瓷颗粒的材质为硅酸钙基陶瓷,或者磷酸钙基陶瓷,或者生物玻璃。其中,硅酸钙基陶瓷包括硅酸钙陶瓷、硅酸二钙陶瓷和硅酸三钙陶瓷,磷酸钙基陶瓷包括纳米羟基磷灰石陶瓷、磷酸钙陶瓷、磷酸二钙陶瓷和磷酸八钙陶瓷,生物玻璃包括硅生物玻璃、硅磷生物玻璃、硅钙磷生物玻璃、生物活性玻璃和介孔生物活性玻璃。

各层之间通过离子交联海藻酸钠组分形成一体化结构。其中,用于一体化交联海藻酸钠组分的离子为二价阳离子,或者三价阳离子,二价阳离子包括Ca2+、Mg2+、Cu2+、Fe2+、Sr2+和Ba2+,三价阳离子包括Fe3+。

太阳城集团本发明还提供了一种关节软骨修复的一体化三层复合支架的制备方法,包括以下步骤:

太阳城集团(1)配制海藻酸钠浆料:先取一定量的海藻酸钠加入水中在一定温度条件下搅拌,待溶解后再加入一定量的海藻酸钠并快速搅拌均匀,经200~800目的筛网过筛后得到海藻酸钠浆料,密封保存;

太阳城集团其中,海藻酸钠浆料的浓度为0.08~0.3g/mL。

(2)配制生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料:取一定量的经200~800目的筛网过筛的生物陶瓷颗粒加入到海藻酸钠水溶液中,快速搅拌均匀后经200~800目的筛网过筛,得到生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料,密封保存;

太阳城集团其中,生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料中的生物陶瓷颗粒与海藻酸钠的质量比为1:3~3:1,生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料的浓度为0.1~0.3g/mL。

太阳城集团(3)设计三层复合支架的外观和内部结构:运用CAD/CAM计算机辅助软件进行三层复合支架的三维外观和内部结构设计,得到支架模型;

其中,支架模型的内部孔径为50~1200μm,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为0°~180°;支架模型为圆柱体或者长方体,圆柱体的尺寸为直径0.24~40mm、高0.26~20mm;长方体的尺寸为长0.24~40mm、宽0.24~40mm、高0.26~20mm。

太阳城集团(4)低温三维打印制备三层复合支架:将海藻酸钠浆料和生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料分别装进对应的料筒中,并在0~25℃下静置0~15min;根据步骤(3)中所设计的支架模型进行打印制备,其中,打印针头的直径为200~1000μm,打印速度设置为2.0~8.0mm/s,用于挤压浆料的气压为1.2~5.0bar;将浆料打印到载物平台的玻璃培养皿中,先采用海藻酸钠浆料打印软骨层,再采用生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合浆料依次打印钙化软骨下骨板层和松质骨层,浆料子层按照层层堆积的方式精确逐层堆积成型得到所需的三层复合支架;

太阳城集团(5)将步骤(4)得到的三层复合支架完全浸泡在离子溶液中交联海藻酸钠组分,得到一体化的三层复合支架,取出并将表面液体吸干后置于4℃冰箱冷藏备用;

其中,用于一体化交联海藻酸钠组分的离子为二价阳离子,或者三价阳离子,二价阳离子包括Ca2+、Mg2+、Cu2+、Fe2+、Sr2+和Ba2+,三价阳离子包括Fe3+。

实施例1:

(1)取0.8g海藻酸钠加入10mL超纯水中95℃搅拌溶解,待溶解后加入2g海藻酸钠并快速搅拌均匀,将混合均匀的浆料过400目的筛网,得到海藻酸钠浆料,然后密封保存。

太阳城集团(2)将生物活性玻璃粉末过400目的筛网,然后取1g生物活性玻璃粉末以及1g海藻酸钠粉末加入到10mL海藻酸钠水溶液(浓度为0.08g/mL)中,快速搅拌均匀,将混合均匀的浆料过400目的筛网,得到生物活性玻璃颗粒/海藻酸钠复合浆料,然后密封保存。

(3)运用CAD/CAM计算机辅助软件进行三层复合支架的外观和内部结构设计,得到的支架模型为圆柱体(直径为8mm,高h为3mm),内部孔径为200μm,前八浆料子层用于形成软骨层,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为90°;第九及第十浆料子层用于形成致密的钙化软骨下骨板层;第十一至第十五浆料子层用于形成松质骨层,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为60°。

(4)将配置好的海藻酸钠浆料和生物活性玻璃颗粒/海藻酸钠复合浆料分别装进3D打印机的料筒中,然后装上直径为200μm的打印针头,25℃放置15分钟;根据步骤(3)中所设计的支架模型进行打印制备,用于挤压浆料的气压调为3.0bar,打印速度设置为3.0mm/s;将浆料打印到载物平台的玻璃培养皿中,先采用海藻酸钠浆料打印软骨层,在第八浆料子层打印完后换为生物活性玻璃颗粒/海藻酸钠复合浆料,再依次打印致密的钙化软骨下骨板层以及松质骨层;浆料子层按照层层堆积的方式精确逐层堆积成型得到所需的三层复合支架。

太阳城集团(5)将步骤(4)所得的三层复合支架完全浸泡在50mg/mL的CaCl2溶液中交联,得到一体化的三层复合支架;取出并将表面液体吸干后,置4℃冰箱冷藏备用。

实施例2:

太阳城集团(1)取0.8g海藻酸钠加入10mL超纯水中95℃搅拌溶解,待溶解后加入2g海藻酸钠并快速搅拌均匀,将混合均匀的浆料过300目的筛网,得到海藻酸钠浆料,然后密封保存。

(2)将生物活性玻璃粉末过300目的筛网,然后取0.5g生物活性玻璃粉末以及1.5g海藻酸钠粉末加入到10mL海藻酸钠水溶液(浓度为0.08g/mL)中,快速搅拌均匀,将混合均匀的浆料过300目的筛网,得到生物活性玻璃颗粒/海藻酸钠复合浆料,然后密封保存。

(3)运用CAD/CAM计算机辅助软件进行三层复合支架的外观和内部结构设计,得到的支架模型为圆柱体(直径为8mm,高h为3mm),内部孔径为400μm,前八浆料子层用于形成软骨层,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为90°;第九及第十浆料子层用于形成致密的钙化软骨下骨板层;第十一至第十五浆料子层用于形成松质骨层,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为60°。

(4)将配置好的海藻酸钠浆料和生物活性玻璃颗粒/海藻酸钠复合浆料分别装进3D打印机的料筒中,然后装上直径为400μm的打印针头,15℃放置15分钟;根据步骤(3)中所设计的支架模型进行打印制备,用于挤压浆料的气压调为2.5bar,打印速度设置为4.0mm/s;将浆料打印到载物平台的玻璃培养皿中,先采用海藻酸钠浆料打印软骨层,在第八浆料子层打印完后换为生物活性玻璃颗粒/海藻酸钠复合浆料,再依次打印致密的钙化软骨下骨板层以及松质骨层;浆料子层按照层层堆积的方式精确逐层堆积成型得到所需的三层复合支架。

太阳城集团(5)将步骤(4)所得的三层复合支架完全浸泡在50mg/mL的Ca(NO3)2溶液中交联,得到一体化的三层复合支架;取出并将表面液体吸干后,置4℃冰箱冷藏备用。

实施例3:

(1)取0.8g海藻酸钠加入10mL超纯水中95℃搅拌溶解,待溶解后加入2g海藻酸钠并快速搅拌均匀,将混合均匀的浆料过400目的筛网,得到海藻酸钠浆料,然后密封保存。

(2)将纳米羟基磷灰石粉末过400目的筛网,然后取1.5g纳米羟基磷灰石粉末以及0.5g海藻酸钠粉末加入到10mL海藻酸钠水溶液(浓度为0.08g/mL)中,快速搅拌均匀,将混合均匀的浆料过400目的筛网,得到纳米羟基磷灰石颗粒/海藻酸钠复合浆料,然后密封保存。

(3)运用CAD/CAM计算机辅助软件进行三维复合支架的外观和内部结构设计,得到的支架模型为长方体(长a为8mm,宽b为8mm,高c为8mm),内部孔径为400μm。前十浆料子层用于形成软骨层,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为90°;第十一及第十二浆料子层用于形成致密的钙化软骨下骨板层;第十三至第二十浆料子层用于形成松质骨层,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为90°。

(4)将配置好的海藻酸钠浆料和纳米羟基磷灰石颗粒/海藻酸钠复合浆料分别装进3D打印机的料筒中,然后装上直径为400μm的打印针头,25℃静置15分钟;根据步骤(3)中所设计的支架模型进行打印制备,用于挤压浆料的气压调为2.7bar,打印速度设置为6.0mm/s;将浆料打印到载物平台的玻璃培养皿中,先采用海藻酸钠浆料打印软骨层,在第十浆料子层打印完后换为纳米羟基磷灰石颗粒/海藻酸钠复合浆料,再依次打印致密的钙化软骨下骨板层以及松质骨层;浆料子层按照层层堆积的方式精确逐层堆积成型得到所需的三层复合支架。

(5)将步骤(4)所得的三层复合支架完全浸泡在50mg/mL的FeCl2溶液中交联,得到一体化的三层复合支架;取出并将表面液体吸干后,置4℃冰箱冷藏备用。

实施例4:

(1)取0.8g海藻酸钠加入10mL超纯水中95℃搅拌溶解,待溶解后加入2g海藻酸钠并快速搅拌均匀,将混合均匀的浆料过200目的筛网,得到海藻酸钠浆料,然后密封保存。

太阳城集团(2)将硅酸钙粉末过200目的筛网,然后取1.5g硅酸钙粉末以及0.5g海藻酸钠粉末加入到10mL海藻酸钠水溶液(浓度为0.08g/mL)中,快速搅拌均匀,将混合均匀的浆料过200目的筛网,得到硅酸钙颗粒/海藻酸钠复合浆料,然后密封保存。

(3)运用CAD/CAM计算机辅助软件进行三维复合支架的外观和内部结构,得到的支架模型为长方体(长a为10mm,宽b为10mm,高c为10mm),内部孔径为300μm。前十浆料子层用于形成软骨层,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为90°;第十一至第十三浆料子层用于形成致密的钙化软骨下骨板层;第十四至第二十浆料子层用于形成松质骨层,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为60°。

太阳城集团(4)将配置好的海藻酸钠浆料和硅酸钙颗粒/海藻酸钠复合浆料分别装进3D打印机的料筒中,然后装上直径为300μm的打印针头,16℃静置15分钟;根据步骤(3)中所设计的支架模型进行打印制备,用于挤压浆料的气压调为2.9bar,打印速度设置为6.2mm/s;将浆料打印到载物平台的玻璃培养皿中,先采用海藻酸钠浆料打印软骨层,在第十浆料子层打印完后换为硅酸钙颗粒/海藻酸钠复合浆料,再依次打印致密的钙化软骨下骨板层以及松质骨层;浆料子层按照层层堆积的方式精确逐层堆积成型得到所需的三层复合支架。

(5)将步骤(4)得到的三层复合支架完全浸泡在50mg/mL的FeCl3溶液中交联,得到一体化的三层复合支架;取出并将表面液体吸干后,置于4℃冰箱冷藏备用。

实施例5:

太阳城集团(1)取0.8g海藻酸钠加入10mL超纯水中95℃搅拌溶解,待溶解后加入2g海藻酸钠并快速搅拌均匀,将混合均匀的浆料过500目的筛网,得到海藻酸钠浆料,然后密封保存。

(2)将磷酸八钙粉末过500目的筛网,然后取1.4g磷酸八钙粉末以及0.6g海藻酸钠粉末加入到10mL海藻酸钠水溶液(浓度为0.08g/mL)中,快速搅拌均匀,将混合均匀的浆料过500目的筛网,得到磷酸八钙颗粒/海藻酸钠复合浆料,然后密封保存。

太阳城集团(3)运用CAD/CAM计算机辅助软件进行三维复合支架的外观和内部结构设计,得到的支架模型为长方体(长a为7mm,宽b为7mm,高c为7mm),内部孔径为700μm。前八浆料子层用于形成软骨层,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为60°;第九至第十二浆料子层用于形成致密的钙化软骨下骨板层;第十三至第二十浆料子层用于形成松质骨层,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为90°。

(4)将配置好的海藻酸钠浆料和磷酸八钙颗粒/海藻酸钠复合浆料分别装进3D打印机的料筒中,然后装上直径为700μm的打印针头,20℃静置15分钟;根据步骤(3)中所设计的支架模型进行打印制备,用于挤压浆料的气压调为2.6bar,打印速度设置为5.0mm/s;将浆料打印到载物平台的玻璃培养皿中,先采用海藻酸钠浆料打印软骨层,在第八浆料子层打印完后换为磷酸八钙颗粒/海藻酸钠复合浆料,再依次打印致密的钙化软骨下骨板层以及松质骨层;浆料子层按照层层堆积的方式精确逐层堆积成型得到所需的三层复合支架。

(5)将步骤(4)得到的三层复合支架完全浸泡在50mg/mL的Sr(NO3)2溶液中交联,得到一体化的三层复合支架;取出并将表面液体吸干后,置于4℃冰箱冷藏备用。

实施例6:

(1)取0.8g海藻酸钠加入10mL超纯水中95℃搅拌溶解,待溶解后加入2g海藻酸钠并快速搅拌均匀,将混合均匀的浆料过800目的筛网,得到海藻酸钠浆料,然后密封保存。

太阳城集团(2)将介孔生物活性玻璃粉末过800目的筛网,然后取1g介孔生物活性玻璃粉末以1g海藻酸钠粉末加入到10mL海藻酸钠水溶液(浓度为0.08g/mL)中,快速搅拌均匀,将混合均匀的浆料过800目的筛网,得到介孔生物活性玻璃粉末与海藻酸钠复合浆料,然后密封保存。

(3)运用CAD/CAM计算机辅助软件进行三维复合支架的外观和内部结构设计,得到的支架模型为圆柱体(直径为8mm,高h为4mm),内部孔径为1000μm。前八浆料子层用于形成软骨层,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为60°;第九至第十二浆料子层用于形成致密的钙化软骨下骨板层;第十三至第十五浆料子层用于形成松质骨层,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为60°。

(4)将配置好的海藻酸钠浆料和介孔生物活性玻璃粉末与海藻酸钠复合浆料分别装进3D打印机的料筒中,然后装上直径为1000μm的打印针头,21℃静置15分钟;根据步骤(3)中所设计的支架模型进行打印制备,用于挤压浆料的气压调为3.5bar,打印速度设置为3.6mm/s;将浆料打印到载物平台的玻璃培养皿中,先采用海藻酸钠浆料打印软骨层,在第八浆料子层打印完后换为介孔生物活性玻璃粉末与海藻酸钠复合浆料,再依次打印致密的钙化软骨下骨板层以及松质骨层;浆料子层按照层层堆积的方式精确逐层堆积成型得到所需的三层复合支架。

太阳城集团(5)将步骤(4)得到的三层复合支架完全浸泡在50mg/mL的Ca(NO3)2溶液中交联,得到一体化的三层复合支架;取出并将表面液体吸干后,置于4℃冰箱冷藏备用。

实施例7:

(1)取0.8g海藻酸钠加入10mL超纯水中95℃搅拌溶解,待溶解后加入2g海藻酸钠并快速搅拌均匀,将混合均匀的浆料过400目的筛网,得到海藻酸钠浆料,然后密封保存。

(2)将生物活性玻璃粉末过400目的筛网,然后取1.2g生物活性玻璃粉末以0.8g海藻酸钠粉末加入到10mL海藻酸钠水溶液(浓度为0.08g/mL)中,快速搅拌均匀,将混合均匀的浆料过400目的筛网,得到生物活性玻璃颗粒/海藻酸钠复合浆料,然后密封保存。

(3)运用CAD/CAM计算机辅助软件进行三维复合支架的外观和内部结构设计,得到的支架模型为圆柱体(直径为10mm,高h为4mm),内部孔径为500μm。前八浆料子层用于形成软骨层,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为90°;第九至第十五浆料子层用于形成致密的钙化软骨下骨板层;第十六至第二十浆料子层用于形成松质骨层,相邻的两浆料子层之间的走向夹角为60°。

太阳城集团(4)将配置好的海藻酸钠浆料和生物活性玻璃颗粒/海藻酸钠复合浆料分别装进3D打印机的料筒中,然后装上直径为500μm的打印针头,8℃静置15分钟;根据步骤(3)中所设计的支架模型进行打印制备,用于挤压浆料的气压调为4.0bar,打印速度设置为5.0mm/s;将浆料打印到载物平台的玻璃培养皿中,先采用海藻酸钠浆料打印软骨层,在第八浆料子层打印完后换为生物活性玻璃颗粒/海藻酸钠复合浆料,再依次打印致密的钙化软骨下骨板层以及松质骨层;浆料子层按照层层堆积的方式精确逐层堆积成型得到所需的三层复合支架。。

太阳城集团(5)将步骤(4)得到的三层复合支架完全浸泡在50mg/mL的Ba(NO3)2溶液中交联,得到一体化的三层复合支架;取出并将表面液体吸干后,置于4℃冰箱冷藏备用。。

实施例作用与效果

太阳城集团根据本实施例涉及的关节软骨修复的一体化三层复合支架及制备方法,首先,因为该复合支架通过三维打印一次成型,并且软骨层为海藻酸钠水凝胶多孔层,钙化软骨下骨板层为生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶致密层,松质骨层为生物陶瓷颗粒/海藻酸钠复合水凝胶多孔层,各层之间通过离子交联海藻酸钠组分形成一体化结构,在保证复合支架的每一层具有特定的组成和结构的同时,具有良好的层间结合力,提高了复合支架的整体结构稳定性。

太阳城集团其次,利用三维打印技术制备三层复合支架,可以通过改变海藻酸钠和生物陶瓷颗粒的质量比、生物陶瓷颗粒的种类、交联剂的种类以及调节打印参数,制备出不同成分含量及不同内部结构的三层复合支架,充分体现了三维打印机工艺在复杂结构构建和材料设计上的优势,其高灵活性与自由度使支架的每一层具有特定的组成和结构,以满足软骨和松质骨的分别修复。

以上内容是结合具体的实施例对本发明所做的进一步详细说明,不能认定本发明只局限于这些实施例。因此,在不脱离本发明总体构思下的修改和替换,应属于本发明的保护范围之内。

太阳城集团本文
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