一种3D打印含生长因子的颅骨修复网及其制备方法

专利类型 发明授权 法律事件 公开; 实质审查; 授权;
专利有效性 有效专利 当前状态 授权
申请号 CN202210024476.3 申请日 2022-01-11
公开(公告)号 CN114504407B 公开(公告)日 2024-10-15
申请人 武汉亚洲生物材料有限公司; 申请人类型 企业
发明人 唐三; 王喆; 周雄; 第一发明人 唐三
权利人 武汉亚洲生物材料有限公司 权利人类型 企业
当前权利人 武汉亚洲生物材料有限公司 当前权利人类型 企业
省份 当前专利权人所在省份:湖北省 城市 当前专利权人所在城市:湖北省武汉市
具体地址 当前专利权人所在详细地址:湖北省武汉市洪山区东湖高新技术开发区高新大道818号高科医疗器械园B9栋1-2楼 邮编 当前专利权人邮编:430206
主IPC国际分类 A61F2/28 所有IPC国际分类 A61F2/28A61L27/06A61L27/18A61L27/32A61L27/34A61L27/54B33Y80/00B33Y70/10B33Y10/00
专利引用数量 2 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 4 专利文献类型 B
专利代理机构 北京众达德权知识产权代理有限公司 专利代理人 韦汉;
摘要 本 发明 特别涉及一种3D打印含生长因子的颅 骨修复 钛 网及其制备方法,包括:将待修复头部进行分析,得到颅骨缺损部位信息;根据颅骨缺损部位信息进行3D打印,得到钛网颅骨模型;将钛网颅骨模型加入多巴胺溶液中,得到聚多巴胺微球修饰钛网颅骨模型;将羟基 磷灰石 、微球体、 胶原蛋白 溶液和丝素蛋白溶液混合,得到3D打印 生物 墨 水 ;将3D打印生物墨水打印成涂层 覆盖 于聚多巴胺微球修饰钛网颅骨模型上,进行后处理得到颅骨修复钛网;本 申请 联合3D打印钛网与含生长因子的引导组织再生层,可增加钛网材料表面粗糙度和生物活性,促进材料与骨的结合,促进细胞的粘附、增殖及诱导成骨, 加速 颅骨组织修复愈合。
权利要求

1.一种3D打印含生长因子的颅骨修复网的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
将待修复头部进行分析,得到颅骨缺损部位信息;
根据所述颅骨缺损部位信息进行3D打印,得到钛网颅骨模型;
将钛网颅骨模型加入多巴胺溶液中,得到聚多巴胺微球修饰钛网颅骨模型;
得到载有生长因子的微球体;
得到I型胶原蛋白溶液;
得到丝素蛋白溶液;
将羟基磷灰石、载有生长因子的所述微球体、所述I型胶原蛋白溶液和所述丝素蛋白溶液进行混合,得到3D打印生物
根据所述颅骨缺损部位信息,将所述3D打印生物墨水打印成涂层覆盖于所述聚多巴胺微球修饰钛网颅骨模型上,得到初品;
将所述初品进行后处理,得到3D打印颅骨修复钛网,所述后处理包括冷冻干燥,交联、解析工艺和钴60 25kGy剂量辐照灭菌;
所述得到聚多巴胺微球修饰钛网颅骨模型,具体包括:
取三羟甲基基甲烷粉末溶解在去离子水中,用稀盐酸滴定调节pH 至7.5~10,盐酸多巴胺粉末溶解在三羟甲基氨基甲烷溶液中混合搅拌30~120min形成多巴胺溶液;
将钛网颅骨模型加入多巴胺溶液中,于室温下磁搅拌反应24~48h后,将聚多巴胺微球修饰钛网用纯水重复洗涤2~3次,于鼓干燥箱中在37~52℃干燥12~24h烘干得到聚多巴胺微球修饰钛网颅骨模型;
所述得到载有生长因子的微球体,具体包括:
聚合物溶解于二氯甲烷,得到聚合物溶液;
将生长因子和所述聚合物溶液进行混合,得到第一乳液;
将所述第一乳液和第一聚乙烯醇进行混合,得到第二乳液;
将所述第二乳液和第二聚乙烯醇进行混合,后进行蒸发,得到载有生长因子的微球体;
所述钛网颅骨模型的厚度为0.4mm~10mm,所述钛网颅骨模型的网孔直径为0.4mm~
0.8mm;
所述多巴胺溶液中多巴胺的质量浓度为0.1~20mg/mL;每100mL所述3D打印生物墨水中含有所述微球体0.1g‑20g,微球体直径为1~100μm,微球体包括以质量分数计0.1%~10%的生长因子和90%~99.9%的聚合物;每100mL所述3D打印生物墨水中含有羟基磷灰石0.5g~1.5g,所述羟基磷灰石为医用级纳米羟基磷灰石,所述医用级纳米羟基磷灰石的粒径为
50nm‑150nm;每100mL所述3D打印生物墨水中含有I型胶原蛋白0.5g~3g,每100mL所述3D打印生物墨水中含有丝素蛋白0.5g~10g;
所述冷冻干燥包括预冷冻工艺和冷冻干燥工艺,所述预冷冻工艺的冷冻温度为‑80℃~‑20℃,所述预冷冻工艺的预冷冻时间为3h~24h,所述冷冻干燥工艺的冷冻温度为‑50℃~37℃,所述冷冻干燥工艺的压强为0.1Pa‑50Pa,所述冷冻干燥工艺的冷冻时间为24h‑
72h;
所述交联包括戊二蒸汽交联工艺和热交联工艺,所述戊二醛蒸汽交联为在密闭容器中交联温度为37℃~52℃,所述戊二醛蒸汽交联的戊二醛蒸汽体积浓度为5%~25%,所述戊二醛蒸汽交联的时间为2h~12h;所述热交联为在真空干燥箱中,热交联温度100~110℃,压强10~150Pa,交联时间12~48h;
所述解析工艺为在鼓风干燥箱中解析温度37~52℃,解析时间2~4d。
2.根据权利要求1所述的3D打印含生长因子的颅骨修复钛网的制备方法,其特征在于,所述聚合物包括聚已内酯、聚羟基脂族羧酸、聚羟基丁酸酯‑聚羟基戊酸酯共聚体、聚乳酸‑聚已内酯共聚体、聚酸酐、凝聚素、糖胺聚糖、脱乙酰壳多糖、纤维素、丙烯酸酯聚合物、乙醇酸的均聚物、乳酸的均聚物和由聚(丙交酯‑共‑乙交酯)衍生的共聚物中的至少一种;
所述生长因子包括血管内皮生长因子、成纤维细胞生长因子、类胰岛素生长因子、转化生长因子‑β、骨形态发生蛋白‑2和血小板源性生长因子中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的3D打印含生长因子的颅骨修复钛网的制备方法,其特征在于,所述得到I型胶原蛋白溶液,具体包括:
将I型胶原蛋白溶解于第一溶剂,得到I型胶原蛋白溶液;
其中,所述第一溶剂为醋酸溶液,所述醋酸溶液的浓度为0.03mol/L‑0.07mol/L;
所述得到丝素蛋白溶液,具体包括:
将丝素蛋白溶解于第二溶剂,后进行透析,得到丝素蛋白溶液;
其中,所述第二溶剂为溴化锂溶液或氯化三元体系溶液。
4.一种3D打印含生长因子的颅骨修复钛网,其特征在于,所述颅骨修复钛网采用如权利要求1至3中任意一项所述的3D打印含生长因子的颅骨修复钛网的制备方法制得。

说明书全文

一种3D打印含生长因子的颅骨修复网及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于生物医用材料技术领域,特别涉及一种3D打印含生长因子的颅骨修复钛网及其制备方法。

背景技术

[0002] 颅骨缺损是临床上一种常见的继发性疾病。主要见于各种外伤和术后,例如电击伤、车祸伤、枪弹伤、颅骨恶性肿瘤切除、先天性畸形、去颅骨瓣减压术后等。原则上最大直径超过3cm以上的颅骨缺损需进行颅骨重建手术,当颅骨缺损超过3cm,就可以产生临床症状。成功的颅骨重建需满足3个要求:(1)保持硬脑膜的完整性,即大脑的保护;(2)颅脑与外界之间的屏障保护,即生物学稳定;(3)维持头部正常穹窿状外形,即美学要求。
[0003] 理想的颅骨缺损修复材料满足下列特征:(1)获取方便;(2)生物相容性高;(3)能够完全匹配缺损部位和延展性好;(4)生物力学性能好,大脑屏障保护,抗外力;(5)具有诱导成骨潜能;(6)头颅影像检查兼容;(7)耐感染性。
[0004] 目前,应用于临床的颅骨修复材料主要有自体骨、同种异体骨、异种异体骨和人工材料。
[0005] 自体骨修复是颅骨重建的金标准。自体骨组织具有良好的骨传导性和组织相容性,无免疫排斥反应,术后股外漏率低,但存在供区有限、塑形困难、增加二次创伤、移植骨具有较高的骨吸收率等问题,临床应用受限。
[0006] 同种异体骨一般是经过特殊的灭菌处理,不会出现一般的传染病,无免疫原性。同种异体骨术后可与自体组织生物性结合,允许组织血管化和自体组织的长入重建。但术后的高感染率、移植骨吸收率以及宗教、伦理等因素限制了同种异体骨在颅骨缺损上的临床应用。
[0007] 异种异体骨来源丰富,但免疫原性较强,临床上使用的冻干骨、煅烧骨和脱蛋白骨是将动物骨组织分别经过冻干、高温煅烧、辐照和脱等处理,去除了细胞,胶原等有机成分,保留了天然孔隙结构,消除了抗原性,但组织机械强度小,疏松易碎,力学强度差,降低了可塑性。
[0008] 临床上常用的人工颅骨修复材料主要有羟基磷灰石、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚醚和钛网等。
[0009] 羟基磷灰石具有良好生物相容性、骨传导性和骨诱导性,植入体内后,钙和磷会游离出材料表面被身体组织吸收,并诱导新的骨组织生长。但羟基磷灰石在术后外力作用下易破碎,术后感染率高,此外羟基磷灰石在体内降解过快,通常用来修复颅骨钻孔留下的小面积骨缺损,大面积骨缺损需要辅以钛网固定。
[0010] 聚甲基丙烯酸甲酯质量轻、价格低、塑性强,可以根据骨缺损的形状即时塑形,并牢靠固定。聚甲基丙烯酸甲酯的主要缺点是质地较脆,外力作用下易脆裂,术中固化的过程中对周围组织有一定的热力损伤,术后感染和外露的概率较高。
[0011] 聚醚醚酮(PEEK)是一种全芳香族半晶态热塑性高分子材料,具有良好的生物相容性、耐磨性和稳定的化学特性,可以用高温蒸汽或伽辐照消毒。聚醚醚酮可塑性强,其弹性、强度、隔热性、稳定性等方面都与自体颅骨相当,所以一般不会有排异反应。X射线可穿透,不具有磁性,在CT或MRI图像中无伪影,不影响患者术后影像学分析。但聚醚醚酮的熔点极高(玻璃化温度143℃,熔点达到343℃),使其加工极其困难。此外,单纯采用3D打印制造的PEEK快速成形件材质疏松,机械性能达不到医用要求,PEEK个性化颅骨的手术费高昂,限制了其在个性化颅骨修复手术上的应用。
[0012] 钛网具有良好的生物相容性和理化性能,可以抗击二次外伤,可塑性强和无磁性等优点。植入后,纤维细胞可以长入钛网的微孔,使钛网和组织融为一体,且有钙化和骨化的趋势,不影响头颅X射线检查和脑电图检查,手感良好,均匀美观,广泛应用于临床颅骨缺损修复领域。
[0013] 临床上使用的钛网多为成品钛网,其可以维持稳定的空间结构和力学性能,但需要根据不同的缺损情况进行重新裁剪和塑形,通常需要重复多次,并且手工塑形往往误差较大,制作的修复假体契合性较差,精准度较低,不能完全达到匹配的效果,加之在塑形过程中易形成锐利的边缘,增加了术后钛网暴露的险。然而单一的钛网属于生物惰性材料,不具有生物活性,不能与软组织快速融合,不能有效促进骨组织修复再生。此外,单纯使用钛网的热胀冷缩、导热快,促使头皮、硬脑膜及周围颅骨对冷热敏感问题、刺激性问题和引起相关并发症等问题。

发明内容

[0014] 本申请的目的在于提供一种3D打印含生长因子的颅骨修复钛网及其制备方法,以解决目前单独使用成品钛网不能有效诱导新骨生成的问题。
[0015] 本发明实施例提供了一种3D打印含生长因子的颅骨修复钛网的制备方法,所述方法包括:
[0016] 将待修复头部进行分析,得到颅骨缺损部位信息;
[0017] 根据所述颅骨缺损部位信息进行3D打印,得到钛网颅骨模型;
[0018] 将钛网颅骨模型加入多巴胺溶液中,得到聚多巴胺微球修饰钛网颅骨模型;
[0019] 得到载有生长因子的微球体;
[0020] 得到I型胶原蛋白溶液;
[0021] 得到丝素蛋白溶液;
[0022] 将羟基磷灰石、载有生长因子的所述微球体、所述I型胶原蛋白溶液和所述丝素蛋白溶液进行混合,得到3D打印生物墨
[0023] 根据所述颅骨缺损部位信息,将所述3D打印生物墨水打印成涂层覆盖于所述聚多巴胺微球修饰钛网颅骨模型上,得到初品;
[0024] 将所述初品进行后处理,得到3D打印颅骨修复钛网,所述后处理包括冷冻干燥,交联、解析工艺和钴60 25kGy剂量辐照灭菌。
[0025] 可选的,得到聚多巴胺微球修饰钛网颅骨模型,具体包括:
[0026] 取三羟甲基基甲烷粉末溶解在去离子水中,用稀盐酸滴定调节pH至7.5~10,盐酸多巴胺粉末溶解在三羟甲基氨基甲烷溶液中混合搅拌30~120min形成多巴胺溶液;
[0027] 将钛网颅骨模型加入多巴胺溶液中,于室温下磁力搅拌反应24~48h后,将聚多巴胺微球修饰钛网用纯水重复洗涤2~3次,于鼓风干燥箱中在37~52℃干燥12~24h烘干得到聚多巴胺微球修饰钛网颅骨模型。
[0028] 可选的,所述得到载有生长因子的微球体,具体包括:
[0029] 将聚合物溶解于二氯甲烷,得到聚合物溶液;
[0030] 将生长因子和所述聚合物溶液进行混合,得到第一乳液;
[0031] 将所述第一乳液和第一聚乙烯醇进行混合,得到第二乳液;
[0032] 将所述第二乳液和第二聚乙烯醇进行混合,后进行蒸发,得到载有生长因子的微球体。
[0033] 可选的,所述聚合物包括聚已内酯、聚羟基脂族羧酸、聚羟基丁酸酯‑聚羟基戊酸酯共聚体、聚乳酸‑聚已内酯共聚体、聚酸酐、多糖、凝聚素、糖胺聚糖、脱乙酰壳多糖、纤维素、丙烯酸酯聚合物、乙醇酸的均聚物、乳酸的均聚物和由聚(丙交酯‑共‑乙交酯)衍生的共聚物中的至少一种;
[0034] 所述生长因子包括血管内皮生长因子、性成纤维细胞生长因子、类胰岛素生长因子、转化生长因子‑β、骨形态发生蛋白‑2和血小板源性生长因子中的至少一种。
[0035] 优选的,所述微球体为聚(丙交酯‑共‑乙交酯)(缩写为PLGA),生长因子为骨形态发生蛋白‑2(BMP‑2)。
[0036] 可选的,所述钛网颅骨模型的厚度为0.4mm~10mm,所述钛网颅骨模型的网孔直径为0.4mm~0.8mm;所述多巴胺溶液中多巴胺的质量浓度为0.1~20mg/mL;每100mL所述3D打印生物墨水中含有所述微球体0.1g‑20g,微球体直径为1~100μm,微球体包括以质量分数计0.1%~10%的生长因子和90%~99.9%的聚合物;每100mL所述3D打印生物墨水中含有羟基磷灰石0.5g~1.5g,所述羟基磷灰石为医用级纳米羟基磷灰石,所述医用级纳米羟基磷灰石的粒径为50nm‑150nm;每100mL所述3D打印生物墨水中含有I型胶原蛋白0.5g~3g,每100mL所述3D打印生物墨水中含有丝素蛋白0.5g~10g。
[0037] 可选的,所述得到I型胶原蛋白溶液,具体包括:
[0038] 将I型胶原蛋白溶解于第一溶剂,得到I型胶原蛋白溶液;
[0039] 其中,所述第一溶剂为醋酸溶液,所述醋酸溶液的浓度为0.03mol/L‑0.07mol/L。
[0040] 所述得到丝素蛋白溶液,具体包括:
[0041] 将丝素蛋白溶解于第二溶剂,后进行透析,得到丝素蛋白溶液;
[0042] 其中,所述第二溶剂为溴化锂溶液或氯化钙三元体系溶液。
[0043] 可选的,所述冷冻干燥包括预冷冻工艺和冷冻干燥工艺,所述预冷冻工艺的冷冻温度为‑80℃~‑20℃,所述预冷冻工艺的预冷冻时间为3h~24h,所述冷冻干燥工艺的冷冻温度为‑50℃~37℃,所述冷冻干燥工艺的的压强为0.1Pa‑50Pa,所述冷冻干燥工艺的冷冻时间为24h‑72h。
[0044] 可选的,所述交联工艺包括戊二蒸汽交联工艺和热交联工艺,所述戊二醛蒸汽交联为在密闭容器中交联温度为37℃~52℃,所述戊二醛蒸汽交联的戊二醛蒸汽体积浓度为5%~25%,所述戊二醛蒸汽交联的时间为2h~12h;所述热交联为在真空干燥箱中,热交联温度100~110℃,压强10~150Pa,交联时间12~48h。
[0045] 可选的,所述解析工艺为在鼓风干燥箱中解析温度37~52℃,解析时间2~4d。
[0046] 基于同一发明构思,本发明实施例还提供了一种3D打印含生长因子的颅骨修复钛网,所述颅骨修复钛网采用如上所述的3D打印含生长因子的颅骨修复钛网的制备方法制得。
[0047] 本发明实施例中的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
[0048] 本发明实施例提供的3D打印含生长因子的颅骨修复钛网的制备方法,方法包括:将待修复头部进行分析,得到颅骨缺损部位信息;根据颅骨缺损部位信息进行3D打印,得到钛网颅骨模型;将钛网颅骨模型加入多巴胺溶液中,得到聚多巴胺微球修饰钛网颅骨模型;
将羟基磷灰石、微球体、胶原蛋白溶液和丝素蛋白溶液混合,得到3D打印生物墨水;将3D打印生物墨水打印成涂层覆盖于聚多巴胺微球修饰钛网颅骨模型上,进行后处理得到颅骨修复钛网;本发明的一种3D打印颅骨修复钛网联合3D打印钛网与含生长因子的引导组织再生层,可增加钛网材料表面粗糙度和生物活性,促进材料与骨的结合,促进细胞的粘附、增殖及诱导成骨,加速颅骨组织修复愈合。
[0049] 上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本发明的具体实施方式。附图说明
[0050] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0051] 图1是本发明实施例提供的方法的流程图

具体实施方式

[0052] 下文将结合具体实施方式和实施例,具体阐述本发明,本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解,这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明,而非限制本发明。
[0053] 在整个说明书中,除非另有特别说明,本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此,除非另有定义,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾,本说明书优先。
[0054] 除非另有特别说明,本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等,均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0055] 本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题,总体思路如下:
[0056] 申请人在发明过程中发现:3D打印钛网技术在颅骨修复应用解决了修复材料塑形性和契合性问题,并且加工速度快,减少病人的等待时间;类人体骨骼的多孔贯通结构,可有效克服植入物普遍存在的应力屏蔽和生物活性低的难题,同时可使颅腔中的热耗散最小化,维持正常的导热水平。然而单一的3D打印钛网属于生物惰性材料,不具有生物活性,不能与软组织快速融合,不能有效促进骨组织修复再生。
[0057] 根据本发明一种典型的实施方式,提供了一种3D打印含生长因子的颅骨修复钛网的制备方法,所述方法包括:
[0058] S1.将待修复头部进行分析,得到颅骨缺损部位信息;
[0059] 具体而言,首先进行头部缺损部位CT平扫及增强扫描,然后进行三维重建,确定头部颅骨缺损的位置,大小,形状等。
[0060] S2.根据所述颅骨缺损部位信息进行3D打印,得到钛网颅骨模型;
[0061] 将扫描数据倒入软件进行骨缺损模型设计,以STL格式保存并导入3D打印机,运用软件对骨缺损模型进行修正和校准,根据模型的数据使用数字化设备进行塑型,制作出与缺损部位相匹配的钛网,钛网边缘应超过缺损边缘1cm。纯钛修复体的化学成分符合GB/T13810‑2017《外科植入物用钛及钛合金加工材》标准。
[0062] 在一些实施例中,3D打印钛网为一体成型,钛网边缘设置3~4枚一体化凸出,凸出块端设有钛钉钉孔。钛网厚度为0.4mm~10mm,网孔直径为0.4mm~0.8mm。
[0063] 控制钛网厚度为0.4mm~10mm是为了更符合颅骨修复临床应用的需求,该厚度取值过大不能有效促进材料与软硬组织的结合,不能有效诱导成骨,过小则易形成锐利的边缘,增加了术后钛网暴露的风险。
[0064] 可增加钛网材料表面粗糙度和生物活性,促进材料与骨的结合,促进细胞的粘附、增殖及诱导成骨,加速颅骨组织修复愈合。
[0065] 控制网孔直径为0.4mm~0.8mm有利于成骨细胞的黏附和新骨的长入,加速颅骨组织修复愈合,该直径取值过大导致有软组织液渗漏及引起相关并发症等问题,过小不利于软硬组织尤其是新骨的长入。
[0066] S3.得到聚多巴胺微球修饰钛网颅骨模型,具体包括:
[0067] 取三羟甲基氨基甲烷粉末溶解在去离子水中,用稀盐酸滴定调节pH至7.5~10,盐酸多巴胺粉末溶解在三羟甲基氨基甲烷溶液中混合搅拌30~120min形成多巴胺溶液;所述多巴胺溶液中多巴胺的质量浓度为0.1~20mg/mL;多巴胺在碱性(pH>7.5)有环境中可进行氧化聚合反应形成聚多巴胺纳米微球,随着pH的升高,多巴胺逐渐发生自聚合反应形成聚多巴胺,颜色逐渐由浅棕色变为深棕色;
[0068] 将钛网颅骨模型加入多巴胺溶液中,于室温下磁力搅拌反应24~48h后,将聚多巴胺微球修饰钛网用纯水重复洗涤2~3次,于鼓风干燥箱中在37~52℃干燥12~24h烘干得到聚多巴胺微球修饰钛网颅骨模型。
[0069] S4.得到载有生长因子的微球体;
[0070] 在一些实施例中,得到载有生长因子的微球体,具体包括:
[0071] S4.1.将聚合物溶解于二氯甲烷,得到聚合物溶液;
[0072] S4.2.将生长因子和所述聚合物溶液进行混合,得到第一乳液;
[0073] S4.3.将所述第一乳液和第一聚乙烯醇进行混合,得到第二乳液;
[0074] S4.4.将所述第二乳液和第二聚乙烯醇进行混合,后进行蒸发,得到载有生长因子的微球体。
[0075] 具体而言,取一定量制备微球体的聚合物溶于二氯甲烷(DCM)制成聚合物溶液。取1mL聚合物溶液加入玻璃容器中,再加入一定量的生长因子。用超声探头将上述混合物超声
30秒。将第一乳液加入一定体积的1%聚乙烯醇中,再对相进行14000rpm的强烈搅拌得到第二乳液。将第二乳液加入一定体积的0.1%聚乙烯醇30000‑70000(Sigma),并且用匀浆机按
300rpm搅拌1小时,以蒸发二氯甲烷。最终,经过滤收集微球体,用蒸馏水清洗数次后在冷冻干燥机中冷冻干燥。干燥的微球体保存在4℃直至使用。
[0076] 在一些实施例中,聚合物为具有生物相容性和生物降解性的聚合物,具体的,可以选自聚已内酯,聚羟基脂族羧酸、聚羟基丁酸酯‑聚羟基戊酸酯共聚体,聚乳酸‑聚已内酯共聚体,聚酸酐,多糖,凝聚素,糖胺聚糖,脱乙酰壳多糖,纤维素,丙烯酸酯聚合物,乙醇酸或乳酸的均聚物和由聚(丙交酯‑共‑乙交酯)(缩写为PLGA)衍生的共聚物中的至少一种。
[0077] 在一些实施例中,生长因子包括血管内皮生长因子、碱性成纤维细胞生长因子、类胰岛素生长因子、转化生长因子‑β、骨形态发生蛋白‑2和血小板源性生长因子中的至少一种。
[0078] 优选的,所述微球体为聚(丙交酯‑共‑乙交酯)(缩写为PLGA),生长因子为骨形态发生蛋白‑2(BMP‑2)。
[0079] S5.得到I型胶原蛋白溶液;
[0080] 在一些实施例中,得到I型胶原蛋白溶液,具体包括:
[0081] 将I型胶原蛋白溶解于第一溶剂,得到I型胶原蛋白溶液;
[0082] 其中,所述第一溶剂为醋酸溶液,所述醋酸溶液的浓度为0.03mol/L‑0.07mol/L。
[0083] S6.得到丝素蛋白溶液;
[0084] 在一些实施例中,得到丝素蛋白溶液,具体包括:
[0085] 将丝素蛋白溶解于第二溶剂,后进行透析,得到丝素蛋白溶液;
[0086] 其中,所述第二溶剂为溴化锂溶液或氯化钙三元体系溶液,本实施例中,氯化钙三元体系溶液中氯化钙/水/乙醇摩尔比为1:8:2。
[0087] S7.将羟基磷灰石、载有生长因子的所述微球体、所述I型胶原蛋白溶液和所述丝素蛋白溶液进行混合,得到3D打印生物墨水;
[0088] 在一些实施例中,生物墨水中微球体直径为1~100μm,浓度为0.1~20g/100mL,微球体包括以质量分数计0.1%~10%生长因子和90%~99.9%生物聚合物;医用级纳米羟基磷灰石粒径为50~150nm,羟基磷灰石的浓度为0.5~1.5g/100mL;I型胶原蛋白浓度为0.5~3g/100mL,丝素蛋白浓度为0.5~10g/100mL,水余量。
[0089] 羟基磷灰石的作用是羟基磷灰石是天然骨无机盐的主要成分,具有良好的骨传导性与生物相容性,被认为是骨缺损修复的理想材料,尤其是纳米级羟基磷灰石与天然骨中的无机成分相似,引入到颅骨修复材料中可使材料在力学和生物学方面具有很大的优越性,有利于新骨组织、血管组织的长入,控制羟基磷灰石粒径为50~150nm的原因是材料易获得,具有良好的力学性能和骨传导性,更符合颅骨修复临床应用的需求,该粒径取值过大不利于羟基磷灰石在引导组织再生层上的黏附,影响3D打印生物墨水在钛网上的3D打印成型,影响形成引导组织再生层力学性能,过小的不利影响是羟基磷灰石易团聚,影响形成引导组织再生层力学性能;控制羟基磷灰石的浓度为0.5~1.5g/100mL的原因是材料在力学和生物学方面更符合颅骨修复临床应用的需求,该浓度取值过小会影响引导组织再生层骨传导性,不利于新骨组织的长入,过大不利于3D打印生物墨水在钛网上的3D打印成型,形成引导组织再生层材料脆性大,力学强度难以满足要求。
[0090] I型胶原蛋白是脊柱动物的主要结构蛋白,是成骨过程中成骨细胞分泌的细胞外基质,是钙盐沉积的支架和骨基质双层的促进剂、双层的模板;能够促进细胞迁移、吸附、分化,并能够调节细胞生长,作为生物材料已被美国FDA认可,并有一系列胶原骨植入产品。I型胶原蛋白具有低免疫原性、体内降解产物无毒副作用等优点,但其力学性能差,降解速率快。丝素蛋白具有优良的生物相容性、生物可降解性和较好的力学特性,而且易于灭菌和塑形,广泛应用于韧带组织修补、血管组织移植、软骨组织修复、皮肤组织再生及神经组织工程等方面,但其力学强度远不及骨组织,且单纯丝素蛋白降解速度过慢。纳米级羟基磷灰石具有良好的骨传导性与生物相容性,但单一的羟基磷灰石脆性较大,韧性低。因此,将羟基磷灰石、I型胶原蛋白和丝素蛋白复合使用,可以解决单一材料性能不足,实现各类材料的优势互补,使得到的颅骨修复膜具有良好的力学性能和生物降解时间可控,控制I型胶原蛋白浓度为0.5~3g/100mL的原因是溶液容易制得,材料更符合颅骨修复临床应用的需求,该浓度取值过大的不利影响是I型胶原蛋白溶解慢,制得引导组织再生层材料孔径偏小,不利于软硬组织长入,影响颅骨组织修复愈合,过小的不利影响是制得引导组织再生层材料力学强度低,降解速度快,难以满足颅骨修复临床应用的需求。
[0091] 胶原蛋白和丝素蛋白均是天然的纤维型蛋白,具有良好的生物相容性和骨诱导性能,能够刺激植入部位周围的软骨细胞和成骨细胞分化,形成新骨组织,控制丝素蛋白浓度为0.5~10g/100mL,该浓度取值过大的不利影响是丝素蛋白溶解慢,制得引导组织再生层材料孔径偏小,力学性能偏高,降解时间慢,不利于软硬组织长入,影响颅骨组织修复愈合,过小的不利影响是制得引导组织再生层材料力学强度低,降解速度快,难以满足颅骨修复临床应用的需求。
[0092] 将生长因子骨形态发生蛋白‑2(BMP‑2)包含在聚(丙交酯‑共‑乙交酯)(PLGA)微球体中,生长因子可以通过缓慢的扩散作用和微球载体的缓慢降解而实现较长时间的释放,促进创面新生毛细血管数和成纤维细胞数,加速颅骨组织修复愈合,控制微球体浓度为0.1~20g/100mL的原因是微球体可以通过降解实现长时间释放生长因子,加速颅骨组织修复愈合,该浓度取值过大的不利影响是微球体降解速度偏慢,影响生长因子释放,影响颅骨组织修复愈合,过小的不利影响是微球体降解速度偏快,生长因子含量少且释放速度快,影响颅骨组织修复愈合。
[0093] S8.根据所述颅骨缺损部位信息,将所述3D打印生物墨水打印成涂层覆盖于所述钛网颅骨模型上,得到初品;
[0094] 具体而言,将确认的颅骨缺损三维重建模型进行修正,设置打印参数,将所得的3D打印生物墨水在打印得到的钛网上3D打印涂层。
[0095] 在一些实施例中,设置的打印参数为:材料沉积速度:10mm/s,挤出速度:0.09mm/min,打印层厚:0.5mm,平台成型温度:‑20~4℃,气压:100~300kpa,网孔直径0.4mm~0.8mm,打印厚度:2~4mm,设备针头直径0.4mm。
[0096] S9.将所述初品进行后处理,得到3D打印颅骨修复钛网。
[0097] 具体而言,将制得的打印产物进行后处理,后处理包括冷冻干燥,交联、解析工艺和钴60 25kGy剂量辐照灭菌,得到3D打印颅骨修复钛网。
[0098] 所述冷冻干燥包括预冷冻工艺和冷冻干燥工艺,在一些实施例中,冷冻干燥的工艺条件为:在‑20~‑80℃条件下进行预冷冻3~24h,之后在温度‑50~37℃,压强0.1~50Pa下进行冷冻体干燥24~72h。
[0099] 控制预冷冻温度为‑20~‑80℃、时间为3~24h的原因是满足实际冻干机设备参数及产品冻干工艺要求,预冷冻温度偏高,预冷冻时间会偏长,预冷冻温度偏低,设备温度参数达不到还会影响后续冻干工艺产品结构。
[0100] 控制冷冻干燥的温度为‑50~37℃,压强为0.1~50Pa,时间为24~72h的原因是满足实际冻干机设备参数及产品冻干工艺要求,冷冻温度偏高,冷冻时间会偏长,冷冻温度偏低,冷冻速度过快,影响后续冻干工艺产品结构。
[0101] 交联工艺包括戊二醛蒸汽交联工艺和热交联工艺,在一些实施例中,戊二醛蒸汽交联的工艺条件为:在温度37~52℃、戊二醛蒸汽浓度10~30%的条件下交联2~12h;热交联为在真空干燥箱中,热交联温度100~110℃,压强10~150Pa,交联时间12~48h。
[0102] 控制戊二醛蒸汽交联的温度为37~52℃,戊二醛蒸汽体积浓度为5%~25%,时间为2~12h的原因是戊二醛蒸汽体积浓度过大难以达到,戊二醛蒸汽体积浓度过低,交联温度低,交联时间过长。
[0103] 控制热交联温度100~110℃,压强10~150Pa,交联时间12~48h的原因是热交联温度低,交联时间长,热交联温度高,影响产品结构性能。
[0104] 在一些实施例中,解析工艺为在鼓风干燥箱中解析温度37~52℃,解析时间2~4d。
[0105] 控制解析温度37~52℃,解析时间2~4d的原因是解析温度低,解析时间偏长,解析温度高,影响产品结构性能。
[0106] 下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的3D打印含生长因子的颅骨修复钛网及其制备方法进行详细说明。
[0107] 实施例1
[0108] 一种3D打印含生长因子的颅骨修复钛网的制备方法,步骤如下:
[0109] S1、3D打印钛网的制备。首先进行头部缺损部位CT平扫及增强扫描,然后进行三维重建,确定头部颅骨缺损的位置,大小,形状等;将扫描数据倒入软件进行骨缺损模型设计,以STL格式保存并导入3D打印机,运用软件对骨缺损模型进行修正和校准,根据模型的数据使用数字化设备进行塑型,制作出与缺损部位相匹配的钛网,钛网边缘应超过缺损边缘1cm。纯钛修复体的化学成分符合GB/T 13810‑2017《外科植入物用钛及钛合金加工材》标准;3D打印钛网为一体成型,钛网边缘设置4枚一体化凸出块,凸出块端设有钛钉钉孔。钛网厚度为0.4mm,网孔直径为0.6mm。
[0110] S2、聚多巴胺微球修饰钛网的制备。多巴胺在碱性(pH>7.5)有氧环境中可进行氧化聚合反应形成聚多巴胺纳米微球。多巴胺溶液制备:取0.121g三羟甲基氨基甲烷粉末溶解在100mL去离子水中,用稀盐酸滴定调节pH至8.5,取200mg盐酸多巴胺粉末溶解在三羟甲基氨基甲烷溶液中混合搅拌60min形成多巴胺溶液。将预先获得或制得的钛网加入多巴胺溶液中,于室温下磁力搅拌反应36h后,将聚多巴胺微球修饰钛网用纯水重复洗涤2~3次,于鼓风干燥箱中在40℃干燥24h烘干。
[0111] S3、低温3D打印引导组织再生涂层膜。将载有生长因子的微球体,医用级纳米羟基磷灰石,丝素蛋白溶液和I型胶原蛋白溶液混合制得3D打印生物墨水。再将步骤S1确认的颅骨缺损三维重建模型进行修正,设置打印参数,将所得的生物墨水在步骤S2 3D打印得到的钛网上3D打印引导组织再生涂层膜;所述生物墨水中微球体直径为1~100μm,浓度为10g/100mL,微球体包括以质量分数计0.5%生长因子和99.5%生物聚合物;医用级纳米羟基磷灰石平均粒径为100nm,羟基磷灰石的浓度为0.75g/100mL;I型胶原蛋白浓度为1g/100mL,丝素蛋白浓度为3g/100mL,水余量。
[0112] 打印参数为:材料沉积速度:10mm/s,挤出速度:0.09mm/min,打印层厚:0.5mm,平台成型温度:‑10℃,气压:200kpa,网孔直径0.4mm,打印厚度:3mm,设备针头直径0.4mm。
[0113] S4、将步骤S3制得的打印产物进行后处理,后处理包括冷冻干燥,交联、解析工艺和钴60 25kGy剂量辐照灭菌,得到3D打印颅骨修复钛网。具体的,冷冻干燥的工艺条件为:在‑60℃条件下进行预冷冻12h,之后在温度10℃,压强10Pa下进行冷冻体干燥48h;戊二醛蒸汽交联的工艺条件为:在温度40℃、戊二醛蒸汽浓度10%的条件下交联12h;热交联的工艺条件为:真空干燥箱中在100℃、100Pa的条件下交联48h;解析工艺条件为:鼓风干燥箱中,解析温度37℃、解析时间2d。
[0114] 实施例2
[0115] 一种3D打印含生长因子的颅骨修复钛网的制备方法,步骤如下:
[0116] S1、3D打印钛网的制备。首先进行头部缺损部位CT平扫及增强扫描,然后进行三维重建,确定头部颅骨缺损的位置,大小,形状等;将扫描数据倒入软件进行骨缺损模型设计,以STL格式保存并导入3D打印机,运用软件对骨缺损模型进行修正和校准,根据模型的数据使用数字化设备进行塑型,制作出与缺损部位相匹配的钛网,钛网边缘应超过缺损边缘1cm。纯钛修复体的化学成分符合GB/T 13810‑2017《外科植入物用钛及钛合金加工材》标准;3D打印钛网为一体成型,钛网边缘设置3枚一体化凸出块,凸出块端设有钛钉钉孔。钛网厚度为0.8mm,网孔直径为0.6mm。
[0117] S2、聚多巴胺微球修饰钛网的制备。多巴胺在碱性(pH>7.5)有氧环境中可进行氧化聚合反应形成聚多巴胺纳米微球。多巴胺溶液制备:取0.121g三羟甲基氨基甲烷粉末溶解在100mL去离子水中,用稀盐酸滴定调节pH至8.5,取250mg盐酸多巴胺粉末溶解在三羟甲基氨基甲烷溶液中混合搅拌80min形成多巴胺溶液。将预先获得或制得的钛网加入多巴胺溶液中,于室温下磁力搅拌反应24h后,将聚多巴胺微球修饰钛网用纯水重复洗涤2~3次,于鼓风干燥箱中在50℃干燥12h烘干。
[0118] S3、低温3D打印引导组织再生涂层膜。将载有生长因子的微球体,医用级纳米羟基磷灰石,丝素蛋白溶液和I型胶原蛋白溶液混合制得3D打印生物墨水。再将步骤S1确认的颅骨缺损三维重建模型进行修正,设置打印参数,将所得的生物墨水在步骤S2 3D打印得到的钛网上3D打印引导组织再生涂层膜;所述生物墨水中微球体直径为1~100μm,浓度为6g/100mL,微球体包括以质量分数计0.5%生长因子和99.5%生物聚合物;医用级纳米羟基磷灰石平均粒径为120nm,羟基磷灰石的浓度为0.5g/100mL;I型胶原蛋白浓度为1.5g/100mL,丝素蛋白浓度为3g/100mL,水余量。
[0119] 打印参数为:材料沉积速度:10mm/s,挤出速度:0.09mm/min,打印层厚:0.5mm,平台成型温度:‑4℃,气压:250kpa,网孔直径0.4mm,打印厚度:2mm,设备针头直径0.4mm。
[0120] S4、将步骤S3制得的打印产物进行后处理,后处理包括冷冻干燥,交联、解析工艺和钴60 25kGy剂量辐照灭菌,得到3D打印颅骨修复钛网。具体的,冷冻干燥的工艺条件为:在‑50℃条件下进行预冷冻12h,之后在温度20℃,压强20Pa下进行冷冻体干燥48h;戊二醛蒸汽交联的工艺条件为:在温度40℃、戊二醛蒸汽浓度20%的条件下交联6h;热交联的工艺条件为:真空干燥箱中在105℃、50Pa的条件下交联24h;解析工艺条件为:鼓风干燥箱中,解析温度50℃、解析时间3d。
[0121] 实施例3
[0122] 一种3D打印含生长因子的颅骨修复钛网的制备方法,步骤如下:
[0123] S1、3D打印钛网的制备。首先进行头部缺损部位CT平扫及增强扫描,然后进行三维重建,确定头部颅骨缺损的位置,大小,形状等;将扫描数据倒入软件进行骨缺损模型设计,以STL格式保存并导入3D打印机,运用软件对骨缺损模型进行修正和校准,根据模型的数据使用数字化设备进行塑型,制作出与缺损部位相匹配的钛网,钛网边缘应超过缺损边缘1cm。纯钛修复体的化学成分符合GB/T 13810‑2017《外科植入物用钛及钛合金加工材》标准;3D打印钛网为一体成型,钛网边缘设置3枚一体化凸出块,凸出块端设有钛钉钉孔。钛网厚度为1mm,网孔直径为0.6mm。
[0124] S2、聚多巴胺微球修饰钛网的制备。多巴胺在碱性(pH>7.5)有氧环境中可进行氧化聚合反应形成聚多巴胺纳米微球。多巴胺溶液制备:取0.121g三羟甲基氨基甲烷粉末溶解在100mL去离子水中,用稀盐酸滴定调节pH至9.0,取300mg盐酸多巴胺粉末溶解在三羟甲基氨基甲烷溶液中混合搅拌90min形成多巴胺溶液。将步骤S1制得的钛网加入多巴胺溶液中,于室温下磁力搅拌反应48h后,将聚多巴胺微球修饰钛网用纯水重复洗涤2~3次,于鼓风干燥箱中在40℃干燥24h烘干。
[0125] S3、低温3D打印引导组织再生涂层膜。将载有生长因子的微球体,医用级纳米羟基磷灰石,丝素蛋白溶液和I型胶原蛋白溶液混合制得3D打印生物墨水。再将步骤S1确认的颅骨缺损三维重建模型进行修正,设置打印参数,将所得的生物墨水在步骤S2 3D打印得到的钛网上3D打印引导组织再生涂层膜;所述生物墨水中微球体直径为1~100μm,浓度为15g/100mL,微球体包括以质量分数计0.6%生长因子和99.4%生物聚合物;医用级纳米羟基磷灰石平均粒径为150nm,羟基磷灰石的浓度为1g/100mL;I型胶原蛋白浓度为2g/100mL,丝素蛋白浓度为3g/100mL,水余量。
[0126] 打印参数为:材料沉积速度:10mm/s,挤出速度:0.09mm/min,打印层厚:0.5mm,平台成型温度:0℃,气压:250kpa,网孔直径0.4mm,打印厚度:3mm,设备针头直径0.4mm。
[0127] S4、将步骤S3制得的打印产物进行后处理,后处理包括冷冻干燥,交联、解析工艺和钴60 25kGy剂量辐照灭菌,得到3D打印颅骨修复钛网。具体的,冷冻干燥的工艺条件为:在‑60℃条件下进行预冷冻24h,之后在温度5℃,压强30Pa下进行冷冻体干燥48h;戊二醛蒸汽交联的工艺条件为:在温度40℃、戊二醛蒸汽浓度25%的条件下交联3h;热交联的工艺条件为:真空干燥箱中在110℃、30Pa的条件下交联24h;解析工艺条件为:鼓风干燥箱中,解析温度45℃、解析时间3d。
[0128] 实施例4
[0129] 一种3D打印含生长因子的颅骨修复钛网的制备方法,步骤如下:
[0130] S1、3D打印钛网的制备。首先进行头部缺损部位CT平扫及增强扫描,然后进行三维重建,确定头部颅骨缺损的位置,大小,形状等;将扫描数据倒入软件进行骨缺损模型设计,以STL格式保存并导入3D打印机,运用软件对骨缺损模型进行修正和校准,根据模型的数据使用数字化设备进行塑型,制作出与缺损部位相匹配的钛网,钛网边缘应超过缺损边缘1cm。纯钛修复体的化学成分符合GB/T 13810‑2017《外科植入物用钛及钛合金加工材》标准;3D打印钛网为一体成型,钛网边缘设置3枚一体化凸出块,凸出块端设有钛钉钉孔。钛网厚度为0.6mm,网孔直径为0.6mm。
[0131] S2、聚多巴胺微球修饰钛网的制备。多巴胺在碱性(pH>7.5)有氧环境中可进行氧化聚合反应形成聚多巴胺纳米微球。多巴胺溶液制备:取0.121g三羟甲基氨基甲烷粉末溶解在100mL去离子水中,用稀盐酸滴定调节pH至9.5,取200mg盐酸多巴胺粉末溶解在三羟甲基氨基甲烷溶液中混合搅拌60min形成多巴胺溶液。将步骤S1制得的钛网加入多巴胺溶液中,于室温下磁力搅拌反应36h后,将聚多巴胺微球修饰钛网用纯水重复洗涤2~3次,于鼓风干燥箱中在45℃干燥12h烘干;
[0132] S3、低温3D打印引导组织再生涂层膜。将载有生长因子的微球体,医用级纳米羟基磷灰石,丝素蛋白溶液和I型胶原蛋白溶液混合制得3D打印生物墨水。再将步骤S1确认的颅骨缺损三维重建模型进行修正,设置打印参数,将所得的生物墨水在步骤S2 3D打印得到的钛网上3D打印引导组织再生涂层膜;所述生物墨水中微球体直径为1~100μm,浓度为20g/100mL,微球体包括以质量分数计1%生长因子和90%生物聚合物;医用级纳米羟基磷灰石平均粒径为120nm,羟基磷灰石的浓度为1.5g/100mL;I型胶原蛋白浓度为3g/100mL,丝素蛋白浓度为3g/100mL,水余量。
[0133] 打印参数为:材料沉积速度:10mm/s,挤出速度:0.09mm/min,打印层厚:0.5mm,平台成型温度:4℃,气压:300kpa,网孔直径0.4mm,打印厚度:3mm,设备针头直径0.4mm。
[0134] S4、将步骤S3制得的打印产物进行后处理,后处理包括冷冻干燥,交联、解析工艺和钴60 25kGy剂量辐照灭菌,得到3D打印颅骨修复钛网。具体的,冷冻干燥的工艺条件为:在‑50℃条件下进行预冷冻24h,之后在温度25℃,压强15Pa下进行冷冻体干燥72h;戊二醛蒸汽交联的工艺条件为:在温度40℃、戊二醛蒸汽浓度20%的条件下交联6h;热交联的工艺条件为:真空干燥箱中在110℃、100Pa的条件下交联48h;解析工艺条件为:鼓风干燥箱中,解析温度45℃、解析时间4d。
[0135] 对比例1
[0136] 市场购得成品钛网,进行裁剪和塑形,制得颅骨修复钛网。
[0137] 实验例1
[0138] 将实施例1和对比例1得到的钛网用于新西兰兔颅骨缺损模型。取40例新西兰兔颅骨缺损修模型用于试验,分为对照组和试验组,每组20例。试验组为实施例1,采用3D打印颅骨修复钛网,对照组为对比例1,为市售成品钛网,进行裁剪和塑形,制得颅骨修复钛网。试验周期3‑18个月,观察新西兰兔颅骨缺损修复后并发症(切口感染、钛网外漏、骨外漏、钛网感染和颅骨不对称)情况。结果如下表所示:
[0139]
[0140] 从表中数据可得,采用本方法制得的颅骨修复钛网用于新西兰兔颅骨缺损模型,并发症明显低于对照组,原因可能为采用3D打印的方法制备钛网,可以需要根据不同的缺损情况进行塑形,制作的钛网精准度较高,塑形过程中不会形成锐利的边缘,与缺损部位契合性较好,可以完全达到匹配的效果;此外,采用3D打印钛网与含生长因子的引导组织再生层,可增加钛网材料表面粗糙度和生物活性,无术后感染及暴露的风险。
[0141] 本发明实施例中的一个或多个技术方案,至少还具有如下技术效果或优点:
[0142] (1)原材料容易获取,安全且环境友好,避免在制备过程中以及终产品使用中对人体带来的隐患;
[0143] (2)采用3D打印的方法制备钛网,可以需要根据不同的缺损情况进行塑形,制作的钛网精准度较高,塑形过程中不会形成锐利的边缘,与缺损部位契合性较好,可以完全达到匹配的效果,无术后钛网暴露的风险;
[0144] (3)聚多巴胺主要是由贻贝足腺分泌得到,其中含有大量粘附蛋白,其被分泌到海水中,逐渐凝固,并形成足丝,牢靠粘附于基底材料表面。聚多巴胺可以促进细胞的粘附,具有良好的生物相容性和生物降解能力,作为一种简易、通用的功能表面修饰方法迅速的发展和广泛应用。聚多巴胺不仅可用于规则表面的修饰,也可利用其修饰一些复杂度较高的三维表面,如金属、心血管支架表面和纳米管等。这些三维表面经过聚多巴胺修饰以后,由于其具有二次反应性,还可以直接进行连接生物分子和药物的修饰或结合其它涂层技术制备具有多功能的复合涂层。聚多巴胺在包覆基底材料表面时可实现厚度薄,结合牢固,且基底材料表面可以获得良好的亲水性和粘附性。文献报道,采用聚多巴胺涂层,不仅可以促进体外成骨分化和钙矿化,体内实验亦可以促进成骨及增加骨整合性。在钛网上进行聚多巴胺纳米微球修饰,可改善多孔钛网的生物相容性和生物活性,再在其表面进行二次涂层改性,有利于种子细胞在材料表面的黏附、增殖、分泌细胞外基质,加快修补材料与软组织快速融合;
[0145] (4)良好的骨传导性,有利于新骨组织、血管组织的长入。羟基磷灰石是天然骨无机盐的主要成分,具有良好的骨传导性与生物相容性,被认为是骨缺损修复的理想材料,尤其是纳米级羟基磷灰石与天然骨中的无机成分相似,引入到骨修复材料中可使材料在力学和生物学方面具有很大的优越性,有利于新骨组织、血管组织的长入;
[0146] (5)I型胶原蛋白是脊柱动物的主要结构蛋白,是成骨过程中成骨细胞分泌的细胞外基质,是钙盐沉积的支架和骨基质双层的促进剂、双层的模板;能够促进细胞迁移、吸附、分化,并能够调节细胞生长,作为生物材料已被美国FDA认可,并有一系列胶原骨植入产品。I型胶原蛋白具有低免疫原性、体内降解产物无毒副作用等优点,但其力学性能差,降解速率快。丝素蛋白具有优良的生物相容性、生物可降解性和较好的力学特性,而且易于灭菌和塑形,广泛应用于韧带组织修补、血管组织移植、软骨组织修复、皮肤组织再生及神经组织工程等方面,但其力学强度远不及骨组织,且单纯丝素蛋白降解速度过慢。纳米级羟基磷灰石具有良好的骨传导性与生物相容性,但单一的羟基磷灰石脆性较大,韧性低。因此,将羟基磷灰石和I型胶原蛋白和或丝素蛋白复合使用,可以解决单一材料性能不足,实现各类材料的优势互补,使得到的骨修复材料具有良好的力学性能和生物降解时间可控,使颅骨修复材料可以在一定时间内或长时间维持形态结构,并与植入部位原本颅骨骨组织的生物力学性能相匹配;
[0147] (6)良好的骨诱导性,能够刺激植入部位周围的软骨细胞和成骨细胞分化,形成新骨组织。I型胶原蛋白和丝素蛋白均是天然的纤维型蛋白,具有良好的生物相容性和骨诱导性能,有利于种子细胞在材料表面的黏附、增殖、分泌细胞外基质,加快修补材料与软组织快速融合,能够刺激植入部位周围的软骨细胞和成骨细胞分化,形成新骨组织;
[0148] (7)骨形态发生蛋白‑2(BMP‑2)被认为是具有最强骨诱导能力和促进骨再生的生长因子,能够跨种诱导未分化间充质干细胞向成骨细胞方向增殖和分化,从而能够促进骨修复。将骨形态发生蛋白‑2(BMP‑2)包含在聚(丙交酯‑共‑乙交酯)(PLGA)微球体中,生长因子可以通过缓慢的扩散作用和微球载体的缓慢降解而实现较长时间的释放,促进创面新生毛细血管数和成纤维细胞数,加速颅骨组织修复愈合;
[0149] (8)在钛网上复合聚多巴胺微球和含生长因子的引导组织再生层,可以改善单纯使用钛网的热胀冷缩、导热快,促使头皮、硬脑膜及周围颅骨对冷热敏感问题、刺激性问题和引起相关并发症等问题。
[0150] (9)通过3D打印方法可以精确控制骨修复材料连通的微孔孔径和孔隙率,有利于种子细胞、生长因子的黏附,以及营养物质、代谢产物的交换。低温快速成型制造技术(LDM)是基于快速成型技术原理,结合相分离法的一种新型快速成型技术,与其他快速成型技术不同之处在于其成型腔内温度被控制在‑30℃左右,喷头挤出的溶液在低温下快速凝结,喷头在计算机控制下按程序运动,打印层通过层层叠加最终成型为三维多孔架构,在处理材料过程中对材料的性质和结构没有破坏,属于绿色制造的范围。
[0151] 最后,还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0152] 尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0153] 显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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