CN105536065B - 一种基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料及其制备方法。该材料是袋鼠骨骼粉、焦磷酸钙Ca2P2O7、致孔剂、溶剂、催化剂型固化剂、粘合剂的共混物。该方法是将袋鼠骨骼干粉末、焦磷酸钙、致孔剂、溶剂、催化剂型固化剂、粘合剂加入到混炼式转矩流变仪中熔融密炼，直到扭矩达到平衡，得到基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料，最后通过3D熔融沉积成型技术，获得人工骨支架。本发明基于袋鼠骨骼的人工骨支架能在保持生物相容性的同时克服力学缺陷，相比现有的PLA/PLGA、PLA/PLGA/TCP人工骨支架的刚度、硬度、弹性模量均增强。

Description

一种基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料和生物医用材料技术领域，尤其是涉及一种制备简单，抗压强度和生物相容性好的基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料及其制备方法。
背景技术
人工骨替代材料移植修复骨缺损成为医学重点。性能优良的人工骨支架须满足一定的力学强度以避免内部的细胞损伤；多孔的三维结构以利于细胞附着和生长生长；支架材料的降解周期与骨愈合相当，而且要求具有良好的生物相容性。目前的支架材料存在支架材料的降解率不能和新生组织的形成率相适应；支架材料与软骨细胞生长的天然环境不适应；支架的力学强度不够等。传统的合成植入体如钛合金人工骨则常需二次手术取出，对患者身体造成二次伤害。现有的PLA/PLGA、PLA/PLGA/TCP人工骨支架虽然具有良好的生物活性和生物相容性，但抗压强度相对较弱；研究如何能在保持生物相容性的同时克服力学缺陷，其多孔的支架结构可与成骨细胞结合，推动生理性骨重建，是医学和生物材料科学领域的一个重要课题。
本发明研究组成员与澳大利亚科学家对袋鼠骨骼的内部微观结构进行了输入的研究，利用Mimics、Imageware和Unigraphics软件，实现了CT数据的准确传输和袋鼠小腿胫骨的三维重建，成功区分了皮质骨和松质骨。同时测得袋鼠骨骼的密度为1.6g/cm3，铝2014-T6的密度为2.63g/cm3，钢A36的密度为7.8g/cm3，袋鼠骨骼沿轴向的弹性模量为175GPa，与钢的弹性模量200GPa相近，证明了袋鼠骨骼是极其坚韧且轻质的复合材料。为此，本发明拟研究一种能解决上述缺陷的人工骨支架复合材料的制备方法，能在保持生物相容性的同时克服力学缺陷，同时制备出和人体自然骨相匹配的降解速率的人工骨支架。
发明内容
本发明的一个目的是在于针对现有技术的不足，提供一种制备简单，抗压强度和生物相容性好的基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料，为共混物，该共混物包括袋鼠骨骼粉、焦磷酸钙Ca2P2O7、致孔剂、溶剂、催化剂型固化剂、粘合剂；各组分在人工骨支架复合材料中的质量百分含量如下：
袋鼠骨骼粉：55～74﹪；
焦磷酸钙Ca2P2O7：8～15﹪；
致孔剂：8～15﹪；
溶剂：8～12﹪；
催化剂型固化剂：0.02～0.04﹪；
粘合剂：1～3﹪。
所述的焦磷酸钙为α-Ca2P2O7晶型、β-Ca2P2O7晶型、γ-Ca2P2O7晶型中的一种或多种，优选为β-Ca2P2O7晶型；
所述的致孔剂为聚乙二醇、苯乙烯、过氧化二苯甲酰中的一种或多种；
所述的溶剂为碳酸二甲酯、1,2,3-丙三醇、二甲基酮中的一种或多种；
所述的催化剂型固化剂为辛酸亚锡(购买纯度95﹪及以上)、二月桂酸二丁基锡中的两种一起添加；其中特别优选地选用二月桂酸二丁基锡中的DY-5508；
所述的粘合剂为海藻酸钠、磷酸钙系医用粘合剂、磷酸镁医用粘合剂中的一种或多种。
本发明的另一个目的是提供上述基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料的制备方法。
该方法包括以下步骤：
步骤(1)、袋鼠骨骼干粉末的制作过程
1.1袋鼠股骨中的蛋白质去除：
首先将新鲜的袋鼠股骨用清水洗净，先用浓度为0.5～1mol/L的盐酸浸泡1～2小时，再用4M～6M盐酸胍溶液可溶解蛋白质(其中盐酸胍是一种强烈的变性剂，能溶解袋鼠股骨中的蛋白质)，然后在100℃沸水中煮3～4个小时，煮开的目的是将袋鼠骨骼中的肉及其他物质都清除，再将袋鼠股骨用蒸馏水洗干净，将其放在干燥箱中保持温度110℃约28～30个小时，使袋鼠骨骼完全干燥后再放入冰冻箱中3～5小时；
1.2将步骤1.1去除蛋白质后的袋鼠股骨在温度65～90℃下煅烧2～3小时，然后置于常温下冷却2小时；其中在煅烧的过程中升温为20℃/分钟；
1.3将煅烧后的袋鼠股骨用陶瓷研钵式研磨机进行研磨，研磨棒转速100rpm，研钵转速5rpm，研钵功率为40W，时间设定为30分钟～45分钟，得到粒度小于30μm的袋鼠骨骼干粉末；
所述的研磨机为TM130固体颗粒研磨机；
步骤(2)、将袋鼠骨骼干粉末、焦磷酸钙Ca2P2O7、致孔剂、溶剂、催化剂型固化剂、粘合剂加入到RM-200C混炼式转矩流变仪中，在转速为3000rpm、温度为80℃条件下熔融密炼10分钟，直到扭矩达到平衡，由此获得基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料。
在人工骨支架复合材料中，各原料的质量百分含量如下：袋鼠骨骼干粉末：55～75﹪；焦磷酸钙Ca2P2O7：8～15﹪；致孔剂：8～15﹪；溶剂：8～12﹪；催化剂型固化剂：0.02～0.04﹪；粘合剂：1～3﹪。
步骤(3)、将步骤(2)得到的人工骨支架复合材料通过3D熔融沉积成型技术，获得人工骨支架。
所述的3D熔融沉积成型(FDM)工艺不用激光，使用、维护简单，成本较低，同时兼具成型材料种类多，成型件强度高、精度较高的特点，使该工艺可以直接制造功能性零件。将准备成型的人工骨经三维电子模型数据进行处理得到STL格式的文件，将此文件输入到熔融沉积成型设备(本发明选用Fortus 900mc 3D打印机)，其中打印层厚度选择0.16～0.22mm。FDM工作时将上述制备的基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料材料供应给挤压喷嘴，喷嘴加热融化材料，并在计算机辅助制造软件的控制以及步进电机或伺服电机的驱动下，沿着水平和垂直方向移动打印，热塑性材料凑够喷嘴挤出，形成层并迅速硬化。当完成一层截面后，工作平台下降一个厚度，再进行纤维的沉积成型，如此循环，最终通过层层叠加形成最终的三维仿生人工骨支架产品。
本发明的有益效果是：
1、现有的基于PLA/PLGA、PLA/PLGA/TCP的人工骨支架抗压强度相对较弱；本发明基于袋鼠骨骼的人工骨支架能在保持生物相容性的同时克服力学缺陷，相比现有的PLA/PLGA、PLA/PLGA/TCP人工骨支架的刚度、硬度、弹性模量均增强。其原理是袋鼠骨骼是极其坚韧且轻质的复合材料，袋鼠骨骼沿轴向的弹性模量为175GPa，与钢的弹性模量200GPa相近。
2、本发明制造的人工骨支架，其多孔的支架结构可与成骨细胞结合，本发明的复合材料中加入具有良好的生物活性和生物相容性的焦磷酸钙，能改变袋鼠骨骼干粉末的脆性更容易加工成型，且避免由此加工的人工骨支架在植入体内时发生的应力遮蔽，催化剂型固化剂辛酸亚锡和二月桂酸二丁基锡中的两种一起添加；容易通过控制添加的浓度来控制其降解率，以保证人工支架和人体自然骨相匹配的降解速率。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
图2是人工骨支架(20*20*20mm)表面形貌观察的扫描电子显微镜图；
图3是基于袋鼠骨骼的人工骨支架(20*20*20mm)与相同体积大小的PLA/PLGA、PLA/PLGA/TCP人工骨支架的刚度、硬度、弹性模量比较；
图4(a)是显微镜下观察小鼠MC3T3-E1细胞在支架上繁殖5天细胞增长；
图4(b)是显微镜下观察小鼠MC3T3-E1细胞在支架上繁殖15天细胞增长；
图4(c)是显微镜下观察小鼠MC3T3-E1细胞在支架上繁殖25天细胞增长。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的分析。
本发明基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料，为共混物，该共混物包括袋鼠骨骼、焦磷酸钙Ca2P2O7、致孔剂、溶剂、催化剂型固化剂、粘合剂；各组分在人工骨支架复合材料中的质量百分含量如下：
袋鼠骨骼：55～75﹪；
焦磷酸钙Ca2P2O7：8～15﹪；
致孔剂：8～15﹪；
溶剂：8～12﹪；
催化剂型固化剂：0.02～0.04﹪；
粘合剂：1～3﹪。
如背景技术中所述，袋鼠骨骼是极其坚韧且轻质的复合材料，但由于袋鼠骨骼干粉末的脆性大,较难加工成型,加入具有良好的生物活性和生物相容性焦磷酸钙，能一起协作诱导成骨过程中的生物降解，同时避免由此加工的人工骨支架在植入体内时发生的应力遮蔽。且焦磷酸钙在植入体内时能与骨组织发生骨性结合，以制备出和人体自然骨相匹配的降解速率的人工骨支架。特别优选β-Ca2P2O7晶型的理由在于：β-Ca2P2O7生物活性和生物相容性最好。
多孔结构有利于细胞在人工骨支架上粘附、增殖附着生长，同时也可以保证细胞迁移进入支架材料内部。本发明采用聚乙二醇，苯乙烯，过氧化二苯甲酰为致孔剂，其中致孔剂相互粘结,保证三维支架孔隙相互连通，以满足组织工程对三维细胞支架孔隙结构的要求。
溶剂能促进本发明的人工骨支架复合材料有机地融合在一起。特别是碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，DMC)，是一种重要的有机合成中间体，分子结构中含有羰基、甲基和甲氧基等官能团，具有优良的溶解性能，其熔、沸点范围窄，表面张力大，粘度低，介质界电常数小，同时具有较高的蒸发温度和较快的蒸发速度，是集清洁性和安全性于一身的绿色溶剂。
催化剂型固化剂能促进人工骨支架复合材料催化反应进行的同时，能很好的按照人工骨支架复合材料的要求推迟凝胶时间，且不影响人工骨支架后期固化。特别优选二月桂酸二丁基锡DY-5508的理由是：因为DY-12(二月桂酸二丁基锡)具有优良的透明性、润滑性、耐侯性，DY-12(二月桂酸二丁基锡)在体系中添加会较快的催化反应进行，导致使用期过短影响产品流动性增加施工难度，但DY-5508(二月桂酸二丁基锡)作为催化剂容易通过控制添加的浓度来控制其降解率，以保证人工支架和骨骼新生组织的形成率相适应。
加入适当的粘合剂，可以增强人工骨复合材料的粘合强度及持久性以促进骨折愈合。上述海藻酸钠、磷酸钙系医用粘合剂、磷酸镁医用粘合剂均具有良好的生物相容性,可降解性,无脏毒性及促进骨痂生长。
实施例1
1.袋鼠骨骼干粉末的制作过程
第一步：袋鼠股骨中的蛋白质去除：
首先将新鲜的袋鼠股骨用清水洗净，再用0.8mol/L浓度的盐酸浸泡1小时，再用4M盐酸胍溶液可溶解蛋白质(其中盐酸胍是一种强烈的变性剂，能溶解袋鼠股骨中的蛋白质)。然后在100℃沸水中煮3个小时，煮开的目的是将袋鼠骨骼中的肉及其他物质都清除，再将袋鼠股骨用蒸馏水洗干净，将其放在干燥箱中保持温度110℃约28个小时，使袋鼠骨骼完全干燥后再放入冰冻箱中3小时；
第二步：再将其在温度80℃下煅烧2小时，在煅烧的过程中升温为20℃/分钟，在常温下冷却2小时；
第三步：再用陶瓷研钵式研磨机研磨成为很细的微粉颗粒，所述研磨机为TM130固体颗粒研磨机，其中研磨棒转速100rpm，研钵转速5rpm，研钵功率为40W，时间设定为30分钟。袋鼠股骨粉末颗粒粒度小于30μm。
2.将本发明的复合材料熔融密炼
将70g袋鼠骨骼干粉末，10gβ-Ca2P2O7，4.97g聚乙二醇，4g苯乙烯，10g碳酸二甲酯，0.02g纯度95﹪以上辛酸亚锡，0.01g二月桂酸二丁基锡DY-5508，1g海藻酸钠加入到RM-200C混炼式转矩流变仪中，在转速为3000rpm、温度为80℃条件下熔融密炼10分钟直到扭矩达到平衡，由此获得基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料。
3.3D熔融沉积成型人工骨支架
3D熔融沉积成型(FDM)工艺不用激光，使用、维护简单，成本较低，同时兼具成型材料种类多，成型件强度高、精度较高的特点，使该工艺可以直接制造功能性零件。将准备成型的人工骨经三维电子模型数据进行处理得到STL格式的文件，将此文件输入到熔融沉积成型设备(本发明选用Fortus 900mc 3D打印机)，其中打印层厚度选择0.18mm。FDM工作时将上述制备的基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料材料供应给挤压喷嘴，喷嘴加热融化材料，并在计算机辅助制造软件的控制以及步进电机或伺服电机的驱动下，沿着水平和垂直方向移动打印，热塑性材料凑够喷嘴挤出，形成层并迅速硬化。当完成一层截面后，工作平台下降一个厚度，再进行纤维的沉积成型，如此循环，最终通过层层叠加形成最终的三维仿生人工骨支架(体积：20*20*20mm)。
4.人工骨支架性能测试
(1)扫描电镜形貌观察(SEM)
将打印好的支架按顺序依次为浸泡在浓度为95﹪，65﹪的乙醇溶液中各一个小时，超声清洗后干燥，用JSM-6460型扫描电子显微镜对其表面进行形貌观察。如图2所示，支架材料外孔隙相互连接成网状,并构成孔隙结构，其大孔直径210um-280um,小孔直径50um-80um,微观表面粗糙以利于细胞繁殖。
(2)机械性能测试：实验检测将在英斯特朗万能试验机(型号：SJT3-KHFH001)开展，将本实施例制备的三维仿生人工骨支架相比现有的PLA/PLGA、PLA/PLGA/TCP人工骨支架(大小、形状一样)的刚度、硬度及弹性模量。如图3所示。
(3)小鼠MC3T3-E1细胞可在支架上的粘附增殖测试
细胞培养法是目前常用的检测材料细胞相容性的一种方法,具有快速、简便、重复性好的优点。首先将上述利用3D熔融沉积打印的20*20*20mm基于袋鼠骨骼的人工骨支架置于无水乙醇中灭菌，再将其放入浓度为1×105cells/cm2表面密度的细胞悬液中，同时加入含10﹪胎牛血清(PAA，奥地利)、30μg/ml抗坏血酸和30μg/ml庆大霉素，在37℃、5﹪CO2饱和湿度条件下培养，分别于5、15、25天后再倒置显微镜下观察。
第5天后如图4(a)所示，少量细胞在支架材料表面粘附和增殖，未见有黏着的细胞团；第15天后由图4(b)可以看到细胞在支架材料表面粘附良好并分裂增殖，第25天后由图4(c)小鼠MC3T3-E1细胞聚合成团，细胞相互粘结并分泌细胞基质，细胞基质分泌多的部位可在支架材料表面形成一层薄膜。
通过上述小鼠MC3T3-E1细胞在基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料表面的生长情况观察，证明了本实施例制作的人工骨支架有利于培养基中营养因子的运输以及代谢产物的传递,从而为小鼠MC3T3-E1细胞增殖提供了适宜的生长环境。
实施例2
1.袋鼠骨骼干粉末的制作过程
第一步：袋鼠股骨中的蛋白质去除：
首先将新鲜的袋鼠股骨用清水洗净，再用0.5mol/L浓度的盐酸浸泡2小时，再用6M盐酸胍溶液可溶解蛋白质。然后在100℃沸水中煮4个小时，再将袋鼠股骨用蒸馏水洗干净，将其放在干燥箱中保持温度110℃约30个小时，使袋鼠骨骼完全干燥后再放入冰冻箱中5小时；
第二步：再将其在温度65℃下煅烧3小时，在煅烧的过程中升温为20℃/分钟，在常温下冷却2小时；
第三步：再用陶瓷研钵式研磨机研磨成为很细的微粉颗粒，所述研磨机为TM130固体颗粒研磨机，其中研磨棒转速100rpm，研钵转速5rpm，研钵功率为40W，时间设定为45分钟。袋鼠股骨粉末颗粒粒度小于30μm。
2.将本发明的复合材料熔融密炼
将55g袋鼠骨骼干粉末，15gα-Ca2P2O7，15g聚乙二醇，12g 1,2,3-丙三醇，0.01g纯度95﹪以上辛酸亚锡，0.01g二月桂酸二丁基锡DY-5508，2.98g磷酸钙系医用粘合剂加入到RM-200C混炼式转矩流变仪中，在转速为3000rpm、温度为80℃条件下熔融密炼10分钟直到扭矩达到平衡，由此获得基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料。
3.3D熔融沉积成型人工骨支架
3D熔融沉积成型(FDM)工艺不用激光，使用、维护简单，成本较低，同时兼具成型材料种类多，成型件强度高、精度较高的特点，使该工艺可以直接制造功能性零件。将准备成型的人工骨经三维电子模型数据进行处理得到STL格式的文件，将此文件输入到熔融沉积成型设备(本发明选用Fortus 900mc 3D打印机)，其中打印层厚度选择0.16mm。FDM工作时将上述制备的基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料材料供应给挤压喷嘴，喷嘴加热融化材料，并在计算机辅助制造软件的控制以及步进电机或伺服电机的驱动下，沿着水平和垂直方向移动打印，热塑性材料凑够喷嘴挤出，形成层并迅速硬化。当完成一层截面后，工作平台下降一个厚度，再进行纤维的沉积成型，如此循环，最终通过层层叠加形成最终的三维仿生人工骨支架(体积：20*20*20mm)。
实施例3
1.袋鼠骨骼干粉末的制作过程
第一步：袋鼠股骨中的蛋白质去除：
首先将新鲜的袋鼠股骨用清水洗净，再用1mol/L浓度的盐酸浸泡1小时，再用5M盐酸胍溶液可溶解蛋白质。然后在100℃沸水中煮3.5个小时，再将袋鼠股骨用蒸馏水洗干净，将其放在干燥箱中保持温度110℃约29个小时，使袋鼠骨骼完全干燥后再放入冰冻箱中4小时；
第二步：再将其在温度90℃下煅烧2.5小时，在煅烧的过程中升温为20℃/分钟，在常温下冷却2小时；
第三步：再用陶瓷研钵式研磨机研磨成为很细的微粉颗粒，所述研磨机为TM130固体颗粒研磨机，其中研磨棒转速100rpm，研钵转速5rpm，研钵功率为40W，时间设定为35分钟。袋鼠股骨粉末颗粒粒度小于30μm。
2.将本发明的复合材料熔融密炼
将74g袋鼠骨骼干粉末，8gα-Ca2P2O7，8g聚乙二醇，8g 1,2,3-丙三醇，0.02g纯度95﹪以上辛酸亚锡，0.02g二月桂酸二丁基锡DY-5508，1.96g磷酸镁医用粘合剂加入到RM-200C混炼式转矩流变仪中，在转速为3000rpm、温度为80℃条件下熔融密炼10分钟直到扭矩达到平衡，由此获得基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料。
3.3D熔融沉积成型人工骨支架
3D熔融沉积成型(FDM)工艺不用激光，使用、维护简单，成本较低，同时兼具成型材料种类多，成型件强度高、精度较高的特点，使该工艺可以直接制造功能性零件。将准备成型的人工骨经三维电子模型数据进行处理得到STL格式的文件，将此文件输入到熔融沉积成型设备(本发明选用Fortus 900mc 3D打印机)，其中打印层厚度选择0.22mm。FDM工作时将上述制备的基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料材料供应给挤压喷嘴，喷嘴加热融化材料，并在计算机辅助制造软件的控制以及步进电机或伺服电机的驱动下，沿着水平和垂直方向移动打印，热塑性材料凑够喷嘴挤出，形成层并迅速硬化。当完成一层截面后，工作平台下降一个厚度，再进行纤维的沉积成型，如此循环，最终通过层层叠加形成最终的三维仿生人工骨支架(体积：20*20*20mm)。
实施例4
1.袋鼠骨骼干粉末的制作过程
第一步：袋鼠股骨中的蛋白质去除：
首先将新鲜的袋鼠股骨用清水洗净，再用1mol/L浓度的盐酸浸泡1小时，再用5M盐酸胍溶液可溶解蛋白质。然后在100℃沸水中煮3.5个小时，再将袋鼠股骨用蒸馏水洗干净，将其放在干燥箱中保持温度110℃约29个小时，使袋鼠骨骼完全干燥后再放入冰冻箱中4小时；
第二步：再将其在温度90℃下煅烧2.5小时，在煅烧的过程中升温为20℃/分钟，在常温下冷却2小时；
第三步：再用陶瓷研钵式研磨机研磨成为很细的微粉颗粒，所述研磨机为TM130固体颗粒研磨机，其中研磨棒转速100rpm，研钵转速5rpm，研钵功率为40W，时间设定为35分钟。袋鼠股骨粉末颗粒粒度小于30μm。
2.将本发明的复合材料熔融密炼
将68.97g袋鼠骨骼干粉末，12gγ-Ca2P2O7，8g过氧化二苯甲酰，10g二甲基酮，0.02g纯度95﹪以上辛酸亚锡，0.01g二月桂酸二丁基锡DY-5508，0.5g磷酸镁医用粘合剂、0.5g海藻酸钠加入到RM-200C混炼式转矩流变仪中，在转速为3000rpm、温度为80℃条件下熔融密炼10分钟直到扭矩达到平衡，由此获得基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料。
3.3D熔融沉积成型人工骨支架
3D熔融沉积成型(FDM)工艺不用激光，使用、维护简单，成本较低，同时兼具成型材料种类多，成型件强度高、精度较高的特点，使该工艺可以直接制造功能性零件。将准备成型的人工骨经三维电子模型数据进行处理得到STL格式的文件，将此文件输入到熔融沉积成型设备(本发明选用Fortus 900mc 3D打印机)，其中打印层厚度选择0.22mm。FDM工作时将上述制备的基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料材料供应给挤压喷嘴，喷嘴加热融化材料，并在计算机辅助制造软件的控制以及步进电机或伺服电机的驱动下，沿着水平和垂直方向移动打印，热塑性材料凑够喷嘴挤出，形成层并迅速硬化。当完成一层截面后，工作平台下降一个厚度，再进行纤维的沉积成型，如此循环，最终通过层层叠加形成最终的三维仿生人工骨支架(体积：20*20*20mm)。
实施例5
1.袋鼠骨骼干粉末的制作过程
第一步：袋鼠股骨中的蛋白质去除：
首先将新鲜的袋鼠股骨用清水洗净，再用1mol/L浓度的盐酸浸泡1小时，再用5M盐酸胍溶液可溶解蛋白质。然后在100℃沸水中煮3.5个小时，再将袋鼠股骨用蒸馏水洗干净，将其放在干燥箱中保持温度110℃约29个小时，使袋鼠骨骼完全干燥后再放入冰冻箱中4小时；
第二步：再将其在温度90℃下煅烧2.5小时，在煅烧的过程中升温为20℃/分钟，在常温下冷却2小时；
第三步：再用陶瓷研钵式研磨机研磨成为很细的微粉颗粒，所述研磨机为TM130固体颗粒研磨机，其中研磨棒转速100rpm，研钵转速5rpm，研钵功率为40W，时间设定为35分钟。袋鼠股骨粉末颗粒粒度小于30μm。
2.将本发明的复合材料熔融密炼
将66.98g袋鼠骨骼干粉末，5gβ-Ca2P2O7，5gα-Ca2P2O7，10g苯乙烯，5g二甲基酮，5g碳酸二甲酯，0.01g纯度95﹪以上辛酸亚锡，0.01g二月桂酸二丁基锡DY-5508，3g海藻酸钠加入到RM-200C混炼式转矩流变仪中，在转速为3000rpm、温度为80℃条件下熔融密炼10分钟直到扭矩达到平衡，由此获得基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料。
3.3D熔融沉积成型人工骨支架
3D熔融沉积成型(FDM)工艺不用激光，使用、维护简单，成本较低，同时兼具成型材料种类多，成型件强度高、精度较高的特点，使该工艺可以直接制造功能性零件。将准备成型的人工骨经三维电子模型数据进行处理得到STL格式的文件，将此文件输入到熔融沉积成型设备(本发明选用Fortus 900mc 3D打印机)，其中打印层厚度选择0.22mm。FDM工作时将上述制备的基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料材料供应给挤压喷嘴，喷嘴加热融化材料，并在计算机辅助制造软件的控制以及步进电机或伺服电机的驱动下，沿着水平和垂直方向移动打印，热塑性材料凑够喷嘴挤出，形成层并迅速硬化。当完成一层截面后，工作平台下降一个厚度，再进行纤维的沉积成型，如此循环，最终通过层层叠加形成最终的三维仿生人工骨支架(体积：20*20*20mm)。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤(1)、袋鼠骨骼干粉末的制作过程
1.1袋鼠股骨中的蛋白质去除：
首先将新鲜的袋鼠股骨用清水洗净，先用浓度为0.5～1mol/L的盐酸浸泡1～2小时，再用4M～6M盐酸胍溶液可溶解蛋白质，然后在100℃沸水中煮3～4小时，再将袋鼠股骨用蒸馏水洗干净，将其放在干燥箱中保持温度110℃28～30小时，使袋鼠骨骼完全干燥后再放入冰冻箱中3～5小时；
1.2将步骤1.1去除蛋白质后的袋鼠股骨在温度65～90℃下煅烧2～3小时，然后置于常温下冷却2小时；其中在煅烧的过程中升温为20℃/分钟；
1.3将煅烧后的袋鼠股骨用陶瓷研钵式研磨机进行研磨，研磨棒转速100rpm，研钵转速5rpm，研钵功率为40W，时间设定为30分钟～45分钟，得到粒度小于30μm的袋鼠骨骼干粉末；
步骤(2)、将袋鼠骨骼干粉末、焦磷酸钙Ca2P2O7、致孔剂、溶剂、催化剂型固化剂、粘合剂加入到RM-200C混炼式转矩流变仪中，在转速为3000rpm、温度为80℃条件下熔融密炼10分钟，直到扭矩达到平衡，由此获得基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料；
在人工骨支架复合材料中，各原料的质量百分含量如下：袋鼠骨骼干粉末：55～75﹪；焦磷酸钙Ca2P2O7：8～15﹪；致孔剂：8～15﹪；溶剂：8～12﹪；催化剂型固化剂：0.02～0.04﹪；粘合剂：1～3﹪；
步骤(3)、将步骤(2)得到的人工骨支架复合材料通过3D熔融沉积成型技术，获得人工骨支架。
2.如权利要求1所述的一种基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料的制备方法，其特征在于所述的焦磷酸钙为α-Ca2P2O7晶型、β-Ca2P2O7晶型、γ-Ca2P2O7晶型中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料的制备方法，其特征在于所述的焦磷酸钙为β-Ca2P2O7晶型。
4.如权利要求1所述的一种基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料的制备方法，其特征在于所述的致孔剂为聚乙二醇、苯乙烯、过氧化二苯甲酰中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料的制备方法，其特征在于所述的溶剂为碳酸二甲酯、1,2,3-丙三醇、二甲基酮中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的一种基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料的制备方法，其特征在于所述的催化剂型固化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的两种。
7.如权利要求6所述的一种基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料的制备方法，其特征在于其中所述的二月桂酸二丁基锡为DY-5508。
8.如权利要求1所述的一种基于袋鼠骨骼的人工骨支架复合材料的制备方法，其特征在于所述的粘合剂为海藻酸钠、磷酸钙系医用粘合剂、磷酸镁医用粘合剂中的一种或多种。
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