CN107802884B

CN107802884B - 一种作为骨修复生物材料3d打印支架及其制备方法

Info

Publication number: CN107802884B
Application number: CN201711312219.5A
Authority: CN
Inventors: 李伟东; 陆金兰; 陈志鹏; 吴丽; 刘玲; 朱星宇
Original assignee: Nanjing University of Chinese Medicine
Current assignee: Nanjing University of Chinese Medicine
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2021-02-23
Anticipated expiration: 2037-12-07
Also published as: CN107802884A

Abstract

本发明公开了一种β‑磷酸三钙与煅自然铜的3D打印支架，用于骨缺损修复，以质量百分比来算：β‑磷酸三钙55％‑80％，煅自然铜10％‑30％，聚丙烯酸钠2％‑10％、羟甲基丙基纤维素2％‑10％，聚丙烯酸钠是高分子聚合物，分子量为100‑1000万，上述4种原料的质量百分比之和为100％。本发明的复合物可以加工成骨缺损填充物、三维支架、骨螺钉、骨棒、骨修复融合器等，具有良好的生物相容性、可在人体中吸收降解，避免二次手术及植入物的副作用，并且具有骨传导和骨诱导作用，促进骨组织再生，促进骨的愈合。

Description

一种作为骨修复生物材料3D打印支架及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种β-磷酸三钙与煅自然铜复合物的3D打印支架及其在骨修复医疗零件中的作用，属于中药新技术领域。

背景技术

骨缺损由于损伤、肿瘤、感染以及切除手术等疾病导致骨结构完整性被破坏，在临床上较为常见。人体骨骼具有重建和自我修复的功能，但对于较大骨缺损时，很难自行愈合，这时就需要进行人工干预，如骨移植、骨搬运技术、人工骨、组织工程学骨等。其中组织工程学骨，其核心三要素是支架材料、种子细胞和细胞生物调节因子，此方法疗效甚佳，但具有成本高，操作繁琐等缺点。β-TCP的3D打印支架属于人工骨范畴，β-TCP主要成分为由钙、磷，它的成分与骨中无机成分相似，能够很好与骨结合，植入体内后无不良反应，生物相容性良好；β-TCP支架具有三维立体多孔结构,增大了表面积，利于细胞长入及其增殖分化，其修复主要体现在骨传导方面；β-TCP支架的一定的力学强度，植入后可以填充缺损部位，防止组织坍塌，保持骨的完整性，为新生骨细胞及骨组织提供可依附的位置。并且β-TCP在体液中能够发生降解，植入人体的β-磷酸三钙随时间逐渐溶解消失，其中的钙、磷成分可以部分被人体吸收，利于骨缺损逐渐形成新骨。β-TCP在临床应用效果良好且形式多样，可应用于四肢创伤修复、口腔颌面等方面，一直备受到医学界的欢迎。

3D打印技术是基于离散/堆积原理，以空间数据为模型，运用3D打印设备将支架材料粉末自下而上地逐层打印出模型的每一层“薄片”，最后积累叠加成形出三维的实体零件。这种特殊的制造技术不需要传统的刀具或模具，只需通过计算机软件设计，便可打印出传统工艺难以制造的各种复杂结构。β-TCP单组分材料用于支架的制作，成分单一，刚性和脆性等物理性质不佳，难以任意加工成所需的空间结构，并且具有降解速度慢等缺点，因此β-TCP需要与其他生物材料复合，扬长避短，提升物理性能，增加其骨修复适用性。目前用于骨修复材料常用的3D打印材料包括磷酸三钙复合物(TCP)、聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG)、聚己内酯(PLC)、磷酸钙骨水泥(CPC)、羟基磷灰石(HA)等，各种支架材料及其复合物支架材料都具有一定的成骨作用。本发明选用聚丙烯酸钠、羟甲基丙基纤维素，其中聚丙烯酸钠相对分子质量约10⁶-10⁷，水溶性好，低量的添加可产生高黏度，且产品黏度受环境温度的影响较小。将聚丙烯酸钠、β-TCP、羟甲基丙基纤维素以及水配制成打印浆料时，羟甲基丙基纤维素作为粘合剂加入到浆料中，聚丙烯酸钠作为分散剂可使不溶性组分均匀悬浮于体系中，使支架高温灼烧过程中各成分均匀分散，形成的支架各部分质地均匀，整体性良好。

自然铜(Pyritum)为硫化物类矿物黄铁矿族黄铁矿(FeS₂)，味辛、性平，归肝经，专攻接骨，能散瘀止痛，续筋接骨。用于跌打损伤，筋骨折伤，瘀肿疼痛。自然铜应用历史悠久，采收不受季节时间限制，资源丰富。临床多使用煅自然铜。自然铜中主要含有Fe、Zn、Mn、Cu、Mg、Ca、Co、Pb、As等元素，其中Fe、Zn、Mn、Cu等金属元素对骨骼的生长发育以及骨折的修复都有重要的作用。骨折、骨伤患者以及绝经后妇女体内Zn、Ca、Fe、Cu、Mg等微量元素均有不同程度的降低，自然铜中这些微量元素可以对机体进行适当补充，有利于骨折愈合。自然铜经煅淬后，质地酥松易碎，利于粉碎和自然铜水煎液中Fe、Mn、Zn等有益元素煎出，并且能够降低有害元素As、Cd、Hg、Pb、S含量，起到增效减毒的作用。现代研究表明，自然铜可以促进骨折愈合。口服自然铜水煎液能够提高实验性骨折家兔骨痂中Fe、Cu、Zn、Mn等元素的含量，促进骨痂生长，加快实验性骨折家兔的骨胶原合成和促进钙磷沉积，还能够增加骨折家兔血磷含量，促进钙盐及骨盐沉积，增强骨密度。煅自然铜水煎液还可以提高骨折家兔血清中碱性磷酸酶(ALP)活性(成骨细胞合成、分泌)。自然铜和煅自然铜含药血清能够提高成骨细胞碱性磷酸酶活性和促进成骨细胞矿化结节的形成。并且煅自然铜促进骨折愈合作用显著优于生品。因此，本发明选用煅自然铜作为药物治疗骨缺损再修复。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物相容性好、可吸收并具有不同载药方式的自然铜与β磷酸三钙3D打印支架。该支架可作为骨修复材料，置于骨缺损部位，一定程度上保持了骨的完整性与功能，并且使成骨细胞易于贴附，利用胶原网架形成和矿化骨基质的形成，并于骨缺损处缓慢释放药物，加速局部骨的修复。

本发明的另一个目的是用于加工成其它多样的骨修复零件，三维支架，骨缺损填充物，骨棒、骨螺钉、骨修复融合器等。

本发明的技术方案为：

一种作为骨修复生物材料3D打印支架，3D打印支架各粉料质量百分比为：β-磷酸三钙55％-80％，煅自然铜10％-30％，聚丙烯酸钠2％-10％、羟甲基丙基纤维素2％-10％；以上4种原料的质量百分比之和为100％。

所述作为骨修复生物材料3D打印支架，煅自然铜的制备方法为：取生品自然铜，粒度9-10mm，铺垫厚度3cm于坩埚中，于马弗炉中煅烧，煅制温度600℃，时间2h，将煅烧完成的自然铜取出立即倒入米醋中，生品自然铜与醋的重量比为10:3，醋淬1次，醋淬5min后取出，晾干，粉碎过100目筛，得煅自然铜。

所述作为骨修复生物材料3D打印支架，3D打印支架各粉料的配制方法为：按比例取一定量煅自然铜，加8倍量水，煎煮1h，煎煮2次，滤过，滤液浓缩至10g/mL，与另外3种原料混合，加入超纯水，调整比例按原料与水1：0.5的体积比例混合，放入高速球磨机研磨6-12h，再使用恒温磁力搅拌器在37℃下搅拌混匀20-30min，搅拌时转速为200-600rpm，优选为500rpm，得打印浆料。

所述作为骨修复生物材料3D打印支架，打印过程为：打开电脑及打印机，打开Solidwords2015建模软件，使电脑与打印机处于连接状态，将配制好的打印浆料放入料盘中，将喷头墨盒安装在绘图装置，将需要打印的3D模型数据加载到绘图系统，设定相关打印参数，喷头直径设置为200μm，打印速度设置为50-200mm/min，优选打印速度为100mm/min，平台温度设置为42-48℃，打印时层间间距为200μm，厚度为160μm。

所述作为骨修复生物材料3D打印支架，所得的打印浆料开始打印，打印半成品于30-80℃真空干燥20-30h，优选为40℃真空干燥28h，进行升温烧结，在1100℃烧结3h，即得支架成品，所有制作得到的β-TCP支架于室温下存放，使用前灭菌。

所述作为骨修复生物材料3D打印支架，3D打印支架种类为三维支架，骨缺损填充物、骨棒、骨螺钉、骨修复融合器中的一种。

本发明具有以下优点：

1.β-磷酸三钙支架的制备需要经过高温烧制，在成模前加入到β-磷酸三钙等打印浆料，一起打印烧制成型。相较于其他药物，自然铜含有的无机成分可以耐受高温，且成分稳定。自然铜的加入，相当于是在可生物降解的合成骨中加入了骨诱导物质，与原本β-磷酸三钙支架单独应用相比，具有更好的疗效。自然铜骨重塑是骨细胞在人体骨骼中最主要的活动，介导成骨细胞的骨形成和破骨细胞的骨吸收。其中成骨细胞进行骨形成及矿化的过程比较缓慢，最长达100天，当骨折或骨切开手术之后，骨缺损部位供血不足，骨组织受损，骨形成能力较弱。患者经外科手术去除损坏的骨后，植入含有自然铜的β-TCP的3D打印支架，代替缺损部位，它的多孔性可引导微血管和新生骨细胞的趋向生长，引导新生骨加速形成，促进骨折愈合。

2.材料易于获得，自然铜资源丰富，不受采收季节限制，成分耐高温且稳定。

3.支架代替原来缺损部位，通过3D打印可以适应不同形状的骨缺损，并一定程度上保证患者骨的完整性，维持一定的机械强度，煅自然铜的加入，相较于未加药物的β磷酸三钙，具有良好的骨诱导能力，对骨具有更好的疗效，β磷酸三钙在体内被吸收降解的同时，混于其中的煅自然铜被慢慢暴露出来，达到药物缓释的作用。

4.生物相容性好，可被人体吸收代谢，植入后不需二次手术取出。

5.添加了聚丙烯酸钠和羟甲基丙基纤维素，克服了单一β-磷酸三钙质地易脆的弱点，增加了支架的韧性和加速了降解速率。

具体实施方式

以下通过实施例形式对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1：煅自然铜的制备

取生品自然铜100g，粒度9-10mm，铺垫厚度3cm于坩埚中，于马弗炉中煅烧，煅制温度600℃，时间2h，将煅烧完成的自然铜取出立即倒入米醋中，醋淬1次，醋淬5min后取出，晾干，粉碎过100目筛，得煅自然铜。其中每100kg自然铜，用醋30kg。

实施例2：

一种β-磷酸三钙与煅自然铜复合物3D打印支架制备方法：打印浆料按各组分照质量比准备，其中β-磷酸三钙80％，煅自然铜10％，聚丙烯酸钠6％、羟甲基丙基纤维素4％，按比例称取煅自然铜，加8倍量水，煎煮1h，煎煮2次，滤过，滤液浓缩至10g/mL，与另外3种原料混合，加入超纯水，调整比例保持原料与水的体积比例为1：0.5，放入高速球磨机研磨6h，37℃下恒温磁力搅拌器搅拌混匀20min，搅拌时转速为300rpm，得到质地均匀的打印浆料。打开电脑、打印机及Solidwords2015建模软件，连接电脑和打印机，将打印浆料放入料盘中，将喷头墨盒安装在绘图装置，将需要打印的3D模型数据加载到绘图系统，将喷头打印速度设为80mm/min，平台温度设为42-48℃，打印时层间间距为200μm，厚度为160μm。打印半成品于30℃真空干燥20h，在1100℃烧结3h，即得三维支架成品。

实施例3：

一种β-磷酸三钙与煅自然铜复合物3D打印支架，打印浆料按各组分照质量比为β-磷酸三钙70％，煅自然铜15％，聚丙烯酸钠4％、羟甲基丙基纤维素6％，按比例称取煅自然铜，加8倍量水，煎煮1h，煎煮2次，滤过，滤液浓缩至10g/mL，与另外3种原料混合，加入超纯水，调整比例保持原料与水的体积比例为1：0.5，放入高速球磨机研磨8h，37℃下恒温磁力搅拌器搅拌混匀25min，搅拌时转速为400rpm，得到质地均匀的打印浆料。打开电脑、打印机及Solidwords2015建模软件，连接电脑和打印机，将打印浆料放入料盘中，将喷头墨盒安装在绘图装置，将需要打印的3D模型数据加载到绘图系统，将喷头打印速度设为100mm/min，平台温度设为42-48℃，打印时层间间距为200μm，厚度为160μm。打印半成品于40℃真空干燥25h，在1100℃烧结3h，即得三维支架成品。

实施例4：

一种β-磷酸三钙与煅自然铜复合物3D打印支架，打印浆料按各组分照质量比为β-磷酸三钙60％，煅自然铜25％，聚丙烯酸钠4％、羟甲基丙基纤维素7％，按比例称取煅自然铜，加8倍量水，煎煮1h，煎煮2次，滤过，滤液浓缩至10g/mL，与另外3种原料混合，加入超纯水，调整比例保持原料与水的体积比例为1：0.5，放入高速球磨机研磨10h，37℃下恒温磁力搅拌器搅拌混匀30min，搅拌时转速为500rpm，得到质地均匀的打印浆料。打开电脑、打印机及Solidwords2015建模软件，连接电脑和打印机，将打印浆料放入料盘中，将喷头墨盒安装在绘图装置，将需要打印的3D模型数据加载到绘图系统，将喷头打印速度设置为150mm/min，平台温度设为42-48℃，打印时层间间距为200μm，厚度为160μm。打印半成品于40℃真空干燥28h，在1100℃烧结3h，即得三维支架成品。

实施例5：

一种β-磷酸三钙与煅自然铜复合物3D打印支架，打印浆料按各组分照质量比为β-磷酸三钙55％，煅自然铜30％，聚丙烯酸钠8％、羟甲基丙基纤维素7％，按比例称取煅自然铜，加8倍量水，煎煮1h，煎煮2次，滤过，滤液浓缩至10g/mL，与另外3种原料混合，加入超纯水，调整比例保持原料与水的体积比例为1：0.5，放入高速球磨机研磨10h，37℃下恒温磁力搅拌器搅拌混匀30min，搅拌时转速为600rpm，得到质地均匀的打印浆料。打开电脑、打印机及Solidwords2015建模软件，连接电脑和打印机，将打印浆料放入料盘中，将喷头墨盒安装在绘图装置，将需要打印的3D模型数据加载到绘图系统，将喷头打印速度设为200mm/min，平台温度设为42-48℃，打印时层间间距为200μm，厚度为160μm。打印半成品于40℃真空干燥30h，在1100℃烧结3h，即得三维支架成品。

实施例6：骨缺损填充物

将β-磷酸三钙与煅自然铜水提物按以印浆料按各组分照质量比为β-磷酸三钙55％，煅自然铜30％，聚丙烯酸钠8％、羟甲基丙基纤维素7％，按比例称取煅自然铜，加8倍量水，煎煮1h，煎煮2次，滤过，滤液浓缩至10g/mL，与另外3种原料混合，加入超纯水，调整比例保持原料与水的体积比例为1：0.5，放入高速球磨机研磨8h，37℃下恒温磁力搅拌器搅拌混匀30min，搅拌时转速为600rpm，得到质地均匀的打印浆料。打开电脑、打印机及Solidwords2015建模软件，连接电脑和打印机，将打印浆料放入料盘中，将喷头墨盒安装在绘图装置，将需要打印的3D模型数据加载到绘图系统，根据软件数据建模填充物形态，以打印速度200mm/min打印，平台温度设为42-48℃，打印时层间间距为200μm，厚度为160μm。打印半成品于40℃真空干燥30h，在1100℃烧结3h，得到3D打印填充物。

实施例7：骨棒

将β-磷酸三钙与煅自然铜水提物按以印浆料按各组分照质量比为β-磷酸三钙70％，煅自然铜15％，聚丙烯酸钠4％、羟甲基丙基纤维素6％，按比例称取煅自然铜，加8倍量水，煎煮1h，煎煮2次，滤过，滤液浓缩至10g/mL，与另外3种原料混合，加入超纯水，调整比例保持原料与水的体积比例为1：0.5，放入高速球磨机研磨8h，37℃下恒温磁力搅拌器搅拌混匀30min，搅拌时转速为600rpm，得到质地均匀的打印浆料。打开电脑、打印机及Solidwords2015建模软件，连接电脑和打印机，将打印浆料放入料盘中，将喷头墨盒安装在绘图装置，将需要打印的3D模型数据加载到绘图系统，根据软件数据建模骨棒形态，以打印速度200mm/min打印，平台温度设为42-48℃，打印时层间间距为200μm，厚度为160μm。打印半成品于40℃真空干燥30h，在1100℃烧结3h，烧制加工成直径3.5mm,长45mm骨棒。

实施例8：骨螺钉

将β-磷酸三钙与煅自然铜水提物按以印浆料按各组分照质量比为β-磷酸三钙70％，煅自然铜15％，聚丙烯酸钠4％、羟甲基丙基纤维素6％的比例混合，按比例称取煅自然铜，加8倍量水，煎煮1h，煎煮2次，滤过，滤液浓缩至10g/mL，与另外3种原料混合，加入超纯水，调整比例保持原料与水的体积比例为1：0.5，入高速球磨机研磨8h，37℃下恒温磁力搅拌器搅拌混匀30min，搅拌时转速为600rpm，得到质地均匀的打印浆料。打开电脑、打印机及Solidwords2015建模软件，连接电脑和打印机，将打印浆料放入料盘中，将喷头墨盒安装在绘图装置，将需要打印的3D模型数据加载到绘图系统，根据软件数据建模骨螺钉形态，以打印速度200mm/min打印，平台温度设为42-48℃，打印时层间间距为200μm，厚度为160μm。打印半成品于40℃真空干燥30h，在1100℃烧结3h，烧制加工成1mm，长40mm骨螺钉。

实施例9：骨修复融合器

将β-磷酸三钙与煅自然铜水提物按以印浆料按各组分照质量比为β-磷酸三钙70％，煅自然铜15％，聚丙烯酸钠4％、羟甲基丙基纤维素6％，按比例称取煅自然铜，加8倍量水，煎煮1h，煎煮2次，滤过，滤液浓缩至10g/mL，与另外3种原料混合，加入超纯水，调整比例保持原料与水的体积比例为1：0.5，放入高速球磨机研磨8h，37℃下恒温磁力搅拌器搅拌混匀30min，搅拌时转速为600rpm，得到质地均匀的打印浆料。打开电脑、打印机及Solidwords2015建模软件，连接电脑和打印机，将打印浆料放入料盘中，将喷头墨盒安装在绘图装置，将需要打印的3D模型数据加载到绘图系统，根据软件数据建模融合器形态，以打印速度200mm/min打印，平台温度设为42-48℃，打印时层间间距为200μm，厚度为160μm。打印半成品于40℃真空干燥30h，在1100℃烧结3h，根据患处面积烧制加工成环体50mm,长70mm的骨修复融合器。

实施例10：含药自然铜β-TCP的3D支架模拟体液降解实验

取实施例1或其他方法制备得到的支架进行试验，设置含煅自然铜水提物和不含煅自然铜3D打印支架组，每组8个支架，实验前进行编号称重并测量每个支架的尺寸。将支架放于试管中，加入PBS模拟人工体液，于37℃环境下模拟降解，分别于动态和静态下进行。用pH计每周测pH值一次，每次重复三遍，并更换一次PBS，电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES美国PE公司型号：OPTIMA5300DV)测PBS中Ca²⁺的含量。于实验第2、4、6、8、10、12、24周取出支架，真空干燥72h，分别测其重量，尺寸及抗压强度，于SEM下观察其表面形态。

动态降解过程中，0-4周，pH变化及重量不明显，维持在7.50左右，重量为初始重量的94％，静态过程中为96％，在10周以后支架降解速率加快，其重量和直径有所减小，重量为初始重量的68％左右，且动态条件下降解速率比静态条件快。动态和静态条件下，Ca²⁺在体外的释放随时间的增加而缓慢增加，其含量与重量下降趋势保持一致，于第8周开始含量下降明显，其中动态条件下Ca²⁺释放量高于静态条件下。支架于早些几周开始表面出现溶胀现象，于12周时，支架壁上出现了一些裂纹和小孔。支架压缩强度先是处于平稳状态，最后随时间有所降低，于12周时下降明显，此时韧性变差，机械强度受损。相比于动态降解，静态降解速率较慢，降解程度也较为缓和，基本处于一个平缓的状态。

实施例11：体外成骨细胞MTT实验。

取实施例1或其他方法制备得到的支架进行试验，设置含煅自然铜水提物和不含煅自然铜水提物的3D打印支架组。采用新生24h内SD大鼠颅骨原代分离所得的成骨细胞，经传代培养培养，采用P3代细胞，用含1％青链双抗(penicillin-streptomycin)、10％胎牛血清的α-MEM培养基进行培养。实验分组：对照组，实验组1；不含药物的β磷酸三钙(β-TCP)3D打印支架；实验组2；含有煅自然铜水提物的β磷酸三钙(β-TCP)3D打印支架；将3D打印支架经紫外灭菌后放于24孔培养板，复5个孔，用培养基预培养2h后，按密度为1×10⁵个细胞/孔接种成骨细胞，加入每孔500μL培养基，37℃、5％CO₂、饱和湿度条件下培养1天、2天、3天、4天、5天、6天、7天、9天后，加入MTT溶液(5mg/mL)，37℃孵育4h，吸弃上清液后每孔加入150μLDMSO，在振荡器上震荡10min后，490nm波长下测定各孔吸光度值。细胞增殖率的计算如下：

增殖率％＝(OD样品/OD对照-1)×100％

表1成骨细胞增殖活性测定结果

n＝6)

注：与不含药支架组比较，^*P<0.05,^***P<0.001.

MTT检测结果如表1所示两组支架均没有成骨细胞毒性，随着时间变化各组细胞数目呈现上升趋势，细胞增殖显著，与对照组相比具有显著性差异，其中含煅自然铜水提物的3D打印支架组细胞增殖更为明显。表明支架的加入不影响细胞的正常生长。

实施例12：支架体外成骨细胞黏附实验

取实施例1或其他方法制备得到的支架进行试验，设置含煅自然铜水提物和不含煅自然铜3D打印支架组。采用新生24h内SD大鼠颅骨原代分离所得的成骨细胞，经传代培养培养，采用P3代细胞，用含1％青链双抗(penicillin-streptomycin)、10％胎牛血清的α-MEM培养基进行培养。首先制成分散均匀密度为1.5×10⁶的成骨细胞悬液，将灭菌的支架放于培养基内，吸取80μL细胞悬液缓慢滴加到支架，确保细胞充分接触支架1h，再加入1mL培养基培养14天。两种支架组均于第4天取出支架，3％戊二醛固定，四氧化锇溶液浸泡1h，系列梯度乙醇脱水，100％乙酸戊酯浸泡15min，自然干燥后于扫描电镜观察发现两种支架组细胞覆盖于支架表面生长，细胞呈现相互联结拉伸的状态，于第7和14天观察，细胞数目明显增多，细胞覆盖整个支架，且含煅自然铜水提物支架组细胞黏附密度和联结状态更为良好。于第14天，用荧光染料鬼笔环肽和DAPI对细胞骨架和细胞核进行染色，激光共聚焦显微镜观察细胞在支架表面生长黏附的状态，通过荧光结果观察两种支架组组细胞于支架表面生长良好且黏附密集，细胞轮廓清晰可见，细胞核呈密集星点状，细胞重叠生长，相互交错，其中含煅自然铜水提物支架组细胞生长更为紧密。表明烧结β-TCP支架具有良好的生物相容性，利于细胞黏附铺展，为细胞提供较好的生长平台，利于骨细胞和骨组织的愈合修复，加入了自然铜后使成骨细胞更利于贴附和生长。

实施例13：体内实验

取实施例1制备或其他方法得到的支架，设置含煅自然铜水提物和不含煅自然铜3D打印支架组，采用SD雄性大鼠建立创伤性骨缺损模型，10％水合氯醛腹腔麻醉后，采用外科切开手术，在无菌条件下，于胫骨前部、胫骨结节下1cm处，骨磨钻制成5mm的创伤性骨缺损，生理盐水冲洗，将上述含药支架植入骨缺损处，封闭切口。术后连续3天肌肉注射青霉素，以防感染。术后第四天分组：空白组：假手术组；模型组：未植入骨修复材料；实验组1；植入不含药物的β磷酸三钙(β-TCP)3D打印支架；实验组2；植入含有煅自然铜水提物的β磷酸三钙(β-TCP)3D打印支架；每组6只。治疗时间共持续12周。

期间于术后第0、6、12周，大鼠麻醉后，拍摄X片观察骨的生长情况。于第12周处死，测定血清中ALP活性及Ca、P的含量。取胫骨，采用双能X射线骨密度仪对大鼠胫骨全体进行扫描，扫描后的数据采用高分辨率BMD软件进行分析(区域高分辨率，4076版；Hologic公司)。术后模型组X片可明显见到手术所造成骨缺损的一个凹陷，实验组骨缺损被支架填补，第6周和第12周观察实验组骨缺损未见明显不同，治疗12周后观察X片，实验组骨缺损处支架基本被代谢分解，已长出新的骨组织，虽与伪手术组相比有一定差别，骨缺损部位得到较好愈合。与假手术组相比，模型组大鼠胫骨骨密度显著降低，实验组胫骨骨密度均有不用程度提升，含煅自然铜水提物支架组优于不含煅自然铜支架组。如表2所示，模型组大鼠血钙含量比伪手术组升高明显(P<0.001)，各治疗组与模型组相比均有显著性降低(P<0.01)，含药支架组效果优于不含药支架组；模型组血磷含量显著降低，支架组能够提高血磷含量，提高钙磷乘积，含煅自然铜水提物支架组优于不含煅自然铜支架组。与假手术组相比，模型组大鼠血清ALP含量显著降低，支架组血清ALP含量均有提高，含煅自然铜水提物支架组ALP含量更高，且有显著性差异。X片说明煅自然铜水提物的β-TCP支架填补骨缺损，对促进骨的愈合有较好的治疗作用。

表2治疗12周后对各组大鼠血清生化指标

n＝6)

注：与假手术组相比，^###P<0.001；与模型组相比，^*P<0.05，^**P<0.01，^***P<0.001；与不含药支架组相比，^&&P<0.01.

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种作为骨修复生物材料3D打印支架，其特征在于，3D打印支架各粉料质量百分比为：β-磷酸三钙55％-80％，煅自然铜10％-30％，聚丙烯酸钠2％-10％、羟甲基丙基纤维素2％-10％；以上4种原料的质量百分比之和为100％；煅自然铜的制备方法为：取生品自然铜，粒度9-10mm，铺垫厚度3cm于坩埚中，于马弗炉中煅烧，煅制温度600℃，时间2h，将煅烧完成的自然铜取出立即倒入米醋中，生品自然铜与醋的重量比为10:3，醋淬1次，醋淬5min后取出，晾干，粉碎过100目筛，得煅自然铜；3D打印支架各粉料的配制方法为：按比例取一定量煅自然铜，加8倍量水，煎煮1h，煎煮2次，滤过，滤液浓缩至10g/mL，与另外3种原料混合，加入超纯水，调整比例按原料与水1：0.5的体积比例混合，放入高速球磨机研磨6-12h，再使用恒温磁力搅拌器在37℃下搅拌混匀20-30min，搅拌时转速为200-600rpm，得打印浆料；打印过程为：打开电脑及打印机，打开Solidwords2015建模软件，使电脑与打印机处于连接状态，将配制好的打印浆料放入料盘中，将喷头墨盒安装在绘图装置，将需要打印的3D模型数据加载到绘图系统，设定相关打印参数，喷头直径设置为200μm，打印速度设置为50-200mm/min，平台温度设置为42-48℃，打印时层间间距为200μm，厚度为160μm；所得的打印浆料开始打印，打印半成品于30-80℃真空干燥20-30h，进行升温烧结，在1100℃烧结3h，即得支架成品，所有制作得到的支架于室温下存放，使用前灭菌。

2.如权利要求1所述作为骨修复生物材料3D打印支架，其特征在于，所述搅拌时转速为500rpm。

3.如权利要求1所述作为骨修复生物材料3D打印支架，其特征在于，3D打印支架各粉料质量百分比为：β-磷酸三钙80％，煅自然铜10％，聚丙烯酸钠6％、羟甲基丙基纤维素4％。

4.如权利要求1所述作为骨修复生物材料3D打印支架，其特征在于，3D打印支架各粉料质量百分比为：β-磷酸三钙55％，煅自然铜30％，聚丙烯酸钠8％、羟甲基丙基纤维素7％。

5.如权利要求1所述作为骨修复生物材料3D打印支架，其特征在于，所述打印速度为100mm/min。

6.如权利要求5所述作为骨修复生物材料3D打印支架，其特征在于，所述打印半成品于40℃真空干燥28h。

7.如权利要求6所述作为骨修复生物材料3D打印支架，其特征在于，3D打印支架种类为三维支架、骨缺损填充物、骨棒、骨螺钉、骨修复融合器中的一种。