CN107854726A - 一种复合支架及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合支架，其包括三维多孔支架和复合涂层；所述三维多孔支架呈三维贯通的多孔网状结构；所述复合涂层主体结构为透明质酸‑多巴胺形成的凝胶层，所述复合涂层还包括功能性纳米粒子，所述功能性纳米粒子均匀分布在所述凝胶层中；所述复合涂层粘附在所述三维多孔支架的表面。本发明还提供了复合支架的制备方法。本发明的复合支架可以应用在制备骨缺损修复材料中，不仅满足了骨修复材料对力学强度的需要，而且具有更好的生物相容性和亲水性，且涂层后的材料有利于细胞的粘附，其内部功能性纳米粒子有利于细胞向成骨、成血管等方向分化，促进组织修复。

Description

一种复合支架及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及生物医学材料技术领域，具体涉及一种复合支架及其制备方法和应用。
背景技术
骨缺损常由于骨折、骨肿瘤、骨关节感染等疾病引起，治疗非常棘手，严重时可导致终身残疾，由于植骨来源的限制，特别是对于大段骨缺损及不规则骨缺损，目前临床治疗上仍然是一个难题。很多患者甚至因骨缺损而截肢。自体骨移植的缺点限制了其使用，包括：供区疼痛、感觉异常、出血、不愈合感染等问题。从1999年-2008年，自体骨移植在骨科手术中的使用由原来的86％下降至10％；目前的骨搬移技术可以治疗骨缺损，但治疗时间长，并发症较多等问题，严重影响患者的生活质量。同种异体骨作为常用的替代方案也存在排斥反应、传播疾病、愈合率较低等问题。骨组织工程学及3D打印技术的出现为临床修复骨缺损提供了全新的治疗理念。
随着组织工程学的发展，各种材料不断出现，金属材料包括不锈钢、钛合金、钽金属、镁合金等，此类金属材料具有较强的的弹性模量，而高弹性模量造成金属材料与骨界面松动、应力遮挡，造成周围骨组织功能退化、吸收。因此很多研究致力于如何降低金属的弹性模量，3D打印技术的出现使得很多金属材料制作成多孔状结构，孔隙率的引入可以显著降低如钛合金在内的金属的弹性模量。因此很多研究致力于通过对金属表面进行改性，而粗糙的表面和多孔状结构有利于钛合金表面新骨的长入。但此类材料生物相容性一般，缺乏生物活性，细胞很难粘附上，造成很多单纯使用此类金属内置物的病人得不到满意的成骨治疗效果。高分子材料的出现改变了这种现状，如天然高分子材料：透明质酸、海藻酸钠、壳聚糖等；人工高分子材料：聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)等。其中天然高分子材料生物相容性好，可以促进细胞的粘附和增殖，与此同时具有良好的可降解性，但是其加工塑型性能较差，并且其力学强度往往不足，限制了此类材料在临床中骨修复方面的应用。
近年来，有学者开始尝试将使用纳米硅酸镁锂来促进成骨，而这种材料之前广泛被用于涂层，制备胶等方面，并有作业药物载体等功能。也有学者研究出可注射的纳米硅酸镁锂凝胶，经过对这种材料的广泛研究，证实了其促进成骨的特性。但如何将其加载到各种3D打印支架上并使其具备有成骨活性及使得细胞与其相互作用一直没有得到解决。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多孔径、高孔隙率、三维连通和适当弹性模量、良好生物相容性以及具有成骨功能的复合支架。
本发明的第二目的在于提供一种制备复合支架的方法。
本发明的第三目的在于提供所述复合支架在骨缺损修复材料中的应用，所述复合支架在植入体内后能够为细胞提供良好的生长环境，并能够缓释纳米粒子。
为实现上述目的，本发明提供一种复合支架，其包括三维多孔支架和复合涂层；所述三维多孔支架呈三维贯通的多孔网状结构；所述复合涂层主体结构为透明质酸-多巴胺形成的凝胶层，所述复合涂层还包括功能性纳米粒子，所述功能性纳米粒子均匀分布在所述凝胶层中；所述复合涂层粘附在所述三维多孔支架的表面。
透明质酸-多巴胺凝胶具有良好的生物相容性，其凝胶可以包裹细胞，比传统的甲基丙烯酸酰化明胶(GelMA)凝胶具有更好的促进细胞生长的特性。其内部多孔结构有利于细胞在其内部生长，并能够通过羟基加载到各种材料表面。
因此我们使用透明质酸-多巴胺凝胶加载各种促进成骨的纳米粒子，并将其与3D打印的多孔支架材料粘附在一起，得到具有良好生物相容性的复合支架。
透明质酸-多巴胺是由透明质酸和多巴胺通过偶联反应得到的。
优选的，所述三维多孔支架由十四面体或菱形十二面体为基本单位，按照一定孔径和孔柱的3D数字模型打印的具有三维连通的多孔贯通支架。
优选的，所述三维多孔支架的孔径是100-1000μm，孔柱是100-300μm。
优选的，所述三维多孔支架的材料为钛合金、二氧化钛、金属钽、钴合金或不锈钢。
更优选的，所述三维多孔金属支架的材料为钛合金。
优选的，所述功能性纳米粒子为纳米硅酸锂镁、磷酸三钙、三氧化二铁、纳米银。
更优选的，所述功能性纳米粒子为纳米硅酸锂镁。
所述复合涂层为所述纳米硅酸锂镁加入到透明质酸-多巴胺凝胶中搅拌混合得到。
优选的，所述复合涂层的厚度为200-500nm。更优选的，所述复合涂层的厚度为300nm。
进一步地，本发明还提供了所述复合支架的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将CT图像导入三维图像软件，得到目标骨组织的三维图像，然后建立多孔结构的3D数字模型；
(2)依据步骤(1)中的模型，利用3D打印技术打印支架；
(3)将透明质酸溶解在PBS缓冲液或去离子水中，然后缓慢加入EDC和NHS，搅拌二十分钟后加入多巴胺，pH保持在4-6，反应9小时以上，使得HA和DA充分混合，反应后的溶液进行透析纯化，随后冻干得到透明质酸-多巴胺粉；
(4)将步骤(3)中的透明质酸-多巴胺粉加入PBS溶液或去离子水中，配制成质量浓度为2％的透明质酸-多巴胺溶液，然后加入功能性纳米粒子，混合均匀后加入高碘酸钠，调节溶液pH<2，将步骤(2)制备的支架在溶液中涂覆1小时，得到所述复合支架。
优选的，所述步骤(3)中透明质酸：EDC：NHS的摩尔比为1:1:1；所述步骤(4)中高碘酸钠：透明质酸-多巴胺的摩尔比为1.5:1；所述功能性纳米粒子为硅酸锂镁，所述硅酸锂镁的加入量为透明质酸-多巴胺溶液体积的2％。
进一步地，本发明还提供了复合支架在制备骨缺损修复材料中的应用。
有益效果
1、本发明的复合支架为多孔贯通支架，具有大孔径、高孔隙率和适当弹性模量，能在减少支架用量的同时满足骨修复材料力学强度的要求。
2、本发明的复合支架表面包覆透明质酸-多巴胺凝胶，增加了支架的亲水性，有利于细胞的黏附，让细胞能够粘附、渗入透明质酸-多巴胺凝胶内部生长，不影响支架的形态和功能，并显著增加该复合支架的生物相容性。
3、本发明的透明质酸-多巴胺凝胶能够通过羟基键均匀粘附在金属支架表面，促进各种细胞的粘附和增殖，并渗入凝胶内部生长，增加材料本身的生物相容性。
4、功能性纳米粒子通过混合在透明质酸-多巴胺凝胶内，在支架内部缓慢释放，对凝胶表面及周围的细胞进行作用；并可以与渗入支架内部的细胞作用，从而促进细胞向成骨方向转化。
5、本发明设计的复合支架结构简单，易于生产，同时生物相容性更好，促进成骨的能力更强，是非常优异的骨修复材料。
附图说明
图1 3D打印技术制备的三维多孔钛合金支架；
图2粘附有复合涂层的三维多孔钛合金支架示意图；
图3复合涂层的结构示意图；
图4凝胶层分子组成示意图；
图5复合涂层的分子组成示意图；
图中附图标记如下：
三维多孔金属支架1，复合涂层2，凝胶层3，功能性纳米粒子4，多巴胺分子5，透明质酸分子6。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用的试剂可以商业购买得到。
实施例中未注明具体条件的实验方法，通常为本领域常规方法或按照试剂制造厂家所建议的条件。
本发明所使用的偶联剂EDC为1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)-碳化二亚胺，NHS为N-羟基琥珀酰亚胺，EDC、NHS、多巴胺和高碘酸钠均购自Sigma；透明质酸购自美国Lifecore。
如图1-图3所示，本发明提供了一种复合支架，其包括三维多孔支架1和复合涂层2；所述三维多孔支架1呈三维贯通的多孔网状结构，如图1所示；所述复合涂层2粘附在所述三维多孔支架的表面，如图2所示；所述复合涂层2主体结构为透明质酸-多巴胺形成的凝胶层3，所述复合涂层2还包括功能性纳米粒子4，所述功能性纳米粒子4均匀分布在所述凝胶层3中，如图3所示。
所述三维多孔支架1由十四面体或菱形十二面体为基本单位，按照一定孔径和孔柱的3D数字模型打印的具有孔孔连通的三维多孔贯通支架。
所述三维多孔金属支架1的孔径是100-1000μm，孔柱是100-300μm。
在一优选实施例中三维多孔支架1的孔径是100μm，孔柱是100μm。
在另一优选实施例中三维多孔支架1的孔径是600μm，孔柱是200μm。
在又另一优选实施例中三维多孔支架1的孔径是800μm，孔柱是300μm。
所述三维多孔支架1的材料为钛合金、二氧化钛、金属钽、钴合金或不锈钢。
在一优选实施例中所述三维多孔支架1的材料为钛合金。
所述复合涂层2的厚度为200-500nm。在一优选实施例中，所述复合涂层2的厚度为300nm。
所述复合涂层2主体结构为透明质酸-多巴胺形成的凝胶层3，所述凝胶层3由多巴胺分子5和透明质酸分子6通过偶联反应得到的透明质酸-多巴胺形成的凝胶构成，透明质酸-多巴胺凝胶能够通过羟基键均匀粘附在金属支架表面，如图4所示，促进各种细胞的粘附和增殖，并渗入凝胶内部生长，增加材料本身的生物相容性。
本发明的复合支架表面包覆透明质酸-多巴胺凝胶，增加了支架的亲水性，有利于细胞的粘附，让细胞能够粘附、渗入透明质酸-多巴胺凝胶内部生长，不影响支架的形态和功能，并显著增加该复合支架的生物相容性。
所述复合涂层2还包括功能性纳米粒子4，所述功能性纳米粒子4均匀分布在所述凝胶层3中。
所述功能性纳米粒子4为纳米硅酸锂镁、磷酸三钙、三氧化二铁、纳米银。
在一优选实施例中，所述功能性纳米粒子4为纳米硅酸锂镁。纳米硅酸锂镁按照透明质酸-多巴胺溶液体积的2％的比例加入到透明质酸-多巴胺形成的凝胶层中，并混合均匀，如图5显示了复合涂层的分子组成，在多巴胺分子5和透明质酸分子6中均匀分布有功能性纳米粒子4(纳米硅酸锂镁)。功能性纳米粒子通过搅拌均匀混合在透明质酸-多巴胺凝胶内，在支架内部缓慢释放，对凝胶表面及周围的细胞进行作用；并可以与渗入支架内部的细胞作用，从而促进细胞成骨方向转化。
实施例1
1、三维多孔金属支架的制备
(1)将CT图像导入CAD软件，运用CAD软件构建以菱形十二面体为基本单位、孔径100μm、孔柱200μm的3D数字模型。
(2)将上述制备参数输入激光3D打印设备(ConceptLaser德国)，最大扫描速度7m/s，建造速度为1-5cm3/h。设置打印层厚，熔融速度，扫描方向，激光光斑间隔，铺粉速度，对于粉末进行熔融，层层堆积成型，然后采用线切割分离样品，热处理释放应力。
(3)采用10％稀盐酸浸泡过夜，超声波清洗去除残留钛合金粉末，得到三维多孔钛合金支架，其结构如图1所示。
2、透明质酸-多巴胺的制备
1g透明质酸溶解在50mL 2×PBS缓冲液中，然后缓慢加入EDC和NHS(透明质酸：EDC：NHS的摩尔比为1:1:1)，搅拌二十分钟后加入0.5g多巴胺，pH保持在4-6，反应9小时以上，使得HA和DA充分混合，反应后的溶液用2×PBS和酸化的DDW进行透析纯化(透析袋截留分子量为6000-10000)，随后冻干得到透明质酸-多巴胺粉。
3、复合支架的制备
将步骤2中的透明质酸-多巴胺粉加入在PBS溶液中，配制成质量浓度为2％的透明质酸-多巴胺溶液，在透明质酸-多巴胺溶液中加入纳米硅酸锂镁，纳米硅酸锂镁的加入量为透明质酸-多巴胺溶液体积的2％，混合均匀后加入高碘酸钠，高碘酸钠与透明质酸-多巴胺的摩尔比为1.5:1，调节溶液pH<2，三维多孔钛合金支架在溶液中涂覆1小时，得到复合支架。
如图2所示，混合有纳米硅酸锂镁的透明质酸-多巴胺复合涂层2粘附在三维多孔金属1表面，功能性纳米粒子4(纳米硅酸锂镁)均匀混合在透明质酸-多巴胺凝胶层3中，如图3所示；图4显示了凝胶层3的分子组成，所述凝胶层由多巴胺分子5和透明质酸分子6偶联得到的透明质酸-多巴胺形成；图5显示了复合涂层的分子组成，在多巴胺分子5和透明质酸分子6中均匀分布有功能性纳米粒子4(纳米硅酸锂镁)。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种复合支架，其特征在于，其包括三维多孔支架和复合涂层；所述三维多孔支架呈三维贯通的多孔网状结构；所述复合涂层主体结构为透明质酸-多巴胺形成的凝胶层，所述复合涂层还包括功能性纳米粒子，所述功能性纳米粒子均匀分布在所述凝胶层中；所述复合涂层粘附在所述三维多孔支架的表面。
2.如权利要求1所述的复合支架，其特征在于，所述三维多孔支架由十四面体或菱形十二面体为基本单位，按照一定孔径和孔柱的3D数字模型打印的具有孔孔连通的三维多孔贯通支架。
3.如权利要求2所述的复合支架，其特征在于，所述三维多孔支架的孔径是100-1000μm，孔柱是100-300μm。
4.如权利要求1-3任意一项所述的复合支架，其特征在于，所述三维多孔支架的材料为钛合金、二氧化钛、金属钽、钴合金、不锈钢、羟基磷灰石。
5.如权利要求1所述的复合支架，其特征在于，所述复合涂层的厚度为200-500nm。
6.如权利要求1所述的复合支架，其特征在于，所述功能性纳米粒子包括硅酸锂镁、磷酸三钙、三氧化二铁、纳米银。
7.如权利要求6所述的复合支架，其特征在于，所述功能性纳米粒子为硅酸锂镁。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的复合支架的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)将CT图像导入三维图像软件，得到目标骨组织的三维图像，然后建立多孔结构的3D数字模型；
(2)依据步骤(1)中的模型，利用3D打印技术打印支架；
(3)将透明质酸溶解在PBS缓冲液或去离子水中，然后缓慢加入EDC和NHS，搅拌二十分钟后加入多巴胺，pH保持在4-6，反应9小时以上，使得HA和DA充分混合，反应后的溶液进行透析纯化，随后冻干得到透明质酸-多巴胺粉；
(4)将步骤(3)中的透明质酸-多巴胺粉加入PBS溶液或去离子水中，配制成质量浓度为2％的透明质酸-多巴胺溶液，然后加入功能性纳米粒子，混合均匀后加入高碘酸钠，调节溶液pH<2，将步骤(2)制备的支架在溶液中涂覆1小时，得到所述复合支架。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中透明质酸：EDC：NHS的摩尔比为1:1:1；所述步骤(4)中高碘酸钠：透明质酸-多巴胺的摩尔比为1.5:1；所述功能性纳米粒子为硅酸锂镁，所述硅酸锂镁的加入量为透明质酸-多巴胺溶液体积的2％。
10.如权利要求1-7任意一项所述的复合支架在制备骨缺损修复材料中的应用。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110075349A (zh) * 2019-04-09 2019-08-02 温州医科大学 一种生物活性玻璃复合支架及应用
CN110664509A (zh) * 2019-10-21 2020-01-10 南方医科大学 一种植入耳支架及其制备方法
CN112663057A (zh) * 2020-11-02 2021-04-16 西安交通大学 一种微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层的制备方法
CN113398332A (zh) * 2021-08-20 2021-09-17 北京大学第三医院（北京大学第三临床医学院） 一种含干细胞外泌体的3d仿生生物支架及应用
CN113425899A (zh) * 2021-06-18 2021-09-24 华中科技大学 一种导电可降解多功能组织工程支架及其制备方法
CN113559331A (zh) * 2020-04-28 2021-10-29 华东理工大学 一种高活性可注射材料及其制备方法和应用
CN114504681A (zh) * 2020-10-23 2022-05-17 中国医学科学院北京协和医院 一种磁性复合材料填充的金属支架及其制备方法
CN116236623A (zh) * 2023-03-07 2023-06-09 南京市第一医院 可时空调节的感染性骨软骨缺损镁合金复合水凝胶支架材料及其制备方法和应用
CN116999618A (zh) * 2023-08-23 2023-11-07 中南大学湘雅三医院 多孔钛铜合金复合水凝胶抗菌骨修复材料的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020120333A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-29 Keogh James R. Method for coating medical device surfaces
US6530951B1 (en) * 1996-10-24 2003-03-11 Cook Incorporated Silver implantable medical device
CN104056300A (zh) * 2014-05-30 2014-09-24 浙江大学 一种多糖-多巴胺复合生物胶及应用
CN104353124A (zh) * 2014-11-24 2015-02-18 吴志宏 一种复合磁性纳米材料的3d打印多孔金属支架及其制备方法
CN106902392A (zh) * 2017-03-01 2017-06-30 西南交通大学 载肝素/多聚赖氨酸纳米粒子透明质酸水凝胶的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6530951B1 (en) * 1996-10-24 2003-03-11 Cook Incorporated Silver implantable medical device
US20020120333A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-29 Keogh James R. Method for coating medical device surfaces
CN104056300A (zh) * 2014-05-30 2014-09-24 浙江大学 一种多糖-多巴胺复合生物胶及应用
CN104353124A (zh) * 2014-11-24 2015-02-18 吴志宏 一种复合磁性纳米材料的3d打印多孔金属支架及其制备方法
CN106902392A (zh) * 2017-03-01 2017-06-30 西南交通大学 载肝素/多聚赖氨酸纳米粒子透明质酸水凝胶的制备方法

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110075349A (zh) * 2019-04-09 2019-08-02 温州医科大学 一种生物活性玻璃复合支架及应用
CN110075349B (zh) * 2019-04-09 2021-10-15 温州医科大学 一种生物活性玻璃复合支架及应用
CN110664509A (zh) * 2019-10-21 2020-01-10 南方医科大学 一种植入耳支架及其制备方法
CN113559331A (zh) * 2020-04-28 2021-10-29 华东理工大学 一种高活性可注射材料及其制备方法和应用
CN114504681A (zh) * 2020-10-23 2022-05-17 中国医学科学院北京协和医院 一种磁性复合材料填充的金属支架及其制备方法
CN112663057A (zh) * 2020-11-02 2021-04-16 西安交通大学 一种微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层的制备方法
CN112663057B (zh) * 2020-11-02 2023-06-27 西安交通大学 一种微弧氧化钛表面羟基磷灰石/载药水凝胶复合涂层的制备方法
CN113425899A (zh) * 2021-06-18 2021-09-24 华中科技大学 一种导电可降解多功能组织工程支架及其制备方法
CN113398332A (zh) * 2021-08-20 2021-09-17 北京大学第三医院（北京大学第三临床医学院） 一种含干细胞外泌体的3d仿生生物支架及应用
CN113398332B (zh) * 2021-08-20 2022-01-11 北京大学第三医院（北京大学第三临床医学院） 一种含干细胞外泌体的3d仿生生物支架及应用
CN116236623A (zh) * 2023-03-07 2023-06-09 南京市第一医院 可时空调节的感染性骨软骨缺损镁合金复合水凝胶支架材料及其制备方法和应用
CN116999618A (zh) * 2023-08-23 2023-11-07 中南大学湘雅三医院 多孔钛铜合金复合水凝胶抗菌骨修复材料的制备方法
CN116999618B (zh) * 2023-08-23 2024-05-10 中南大学湘雅三医院 多孔钛铜合金复合水凝胶抗菌骨修复材料的制备方法

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