CN109260522A - 一种3d打印技术制备的生物可降解硬组织修复复合支架及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印技术制备的生物可降解硬组织修复复合支架及其制备方法，属于生物医用材料领域。所述复合材料支架通过将可降解的高分子聚合物和具有生物活性的磷酸钙通过湿法复合方法结合在一起，优势互补，通过熔融挤出（FDM）的3D打印技术得到力学性能和生物活性优异的硬组织修复支架材料。采用硅烷偶联剂对磷酸钙纳米粉体进行表面改性，增强了磷酸钙和聚合物的结合，而且在制备FDM标准线材时，提高了出丝的流畅性和完整性。

Description

一种3D打印技术制备的生物可降解硬组织修复复合支架及其 制备方法

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，特别是涉及一种可降解生物活性3D打印硬组织修复材料及其制备方法。

技术背景

在我国，每年因骨创伤、骨组织炎症及骨肿瘤切除等多种因素引起的骨缺损患者高达1500多万，牙缺、牙缺损患者人数更是高达总人口的1/5－1/3。由于疾病、意外事故、人口老龄化等原因造成的骨、牙硬组织缺损的病人日趋增多，而自体组织的数量受到严重限制，异体组织存在免疫排斥反应，采用人工复合材料进行硬组织替换和修复具有重大的意义。

磷酸钙（Ga-P）生物陶瓷，具有优异的生物相容性、良好的骨传导性和骨诱导性，是骨缺损修复的理想材料之一。然而磷酸钙陶瓷的力学性能并不令人满意，其抗弯强度低、脆性大、易断裂和塑形难，只能应用于不承受负荷或仅承受小的纯压应力负荷的骨修复，此外，其弹性模量大大高于自然骨，力学性能和人体骨不匹配，限制了其在临床上的广泛应用。针对上述缺陷而研制的磷酸钙生物复合材料集多种组分的性能优点，使复合材料具有综合性能优势。磷酸钙/可降解聚合物复合材料在结构上与天然骨更接近具有更好的生物学性能，高分子聚合物的加入很好地弥补了磷酸钙的力学性能不足的缺陷。有研究表明，具有相关贯通的多孔结构，能促进骨修复再生效果。常用的多孔复合材料支架的制备方法包括传统的冷冻干燥法，致孔剂法，超临界CO2气体发泡法等。但是这些方法仍存在一定缺陷和不足，很难精确控制支架内部的孔结构尺寸和孔隙率，并且很难精确制备具有不规则形貌的骨缺损部位修复支架。

近些年来随着制造技术的快速发展， 增材制造技术（俗称3D打印技术）在很多方反面展现出了优势，其是通过材料的累积来成形复杂的零件，可以在数字驱动下同时精确成型零件内外的复杂结构，这为软骨/骨的个性化制备提供了新的制造理念和方法。增材制造技术目前在生物医疗的很多方面都有成果的出现，因此该技术是一项十分值得期待的技术，必将对整个医疗卫生事业产生深远影响。其中熔融沉积制造法（FDM）：这种工艺是通过将丝状材料如热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热的喷嘴挤出，按照零件每一层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体沉积。每完成一层，工作台下降一个层厚进行迭加沉积新的一层，如此反复最终实现零件的沉积成型技术。熔融沉积(FDM)3D打印机因其技术原理成熟，设备工艺稳定，加工成本低，目前是应用最广泛的3D打技术。开发匹配FDM技术加工的硬组织修复材料具有很大的应用潜力。

界面是复合材料极为重要的微观结构，其结构和性能将直接影响复合材料的性能。复合材料中的增强体无论是微纤维，晶须，颗粒还是纤维，与基体在成型过程中都将会发生程度不同的相互作用和界面反应，形成各种结构的界面，对复合材料界面的有效控制，优化其界面设计，将是获得高性能复合材料的关键。为了提高磷酸钙／聚合物复合材料内固定材料的界面力学性能，对Ga-P表面进行改性和修饰是优先考虑的必要措施。目前已开发的改性剂包括硅烷衍生物、多酸、丙烯酸及其低分子量聚合体等，其中硅烷系列衍生物最具开发潜力。硅烷偶联剂在其分子中同时具有能和无机质材料（如玻璃、硅砂、金属等）化学结合的反应基团及与有机质材料（合成树脂等）化学结合的反应基团，可以用于表面处理。其中多数的硅烷已被FDA批准能用于人体内。正十二烷基三甲氧基硅烷（WD-10），相比较其他硅烷偶联剂，具有较长的碳链，能和聚合物分子链结合在一起。磷酸钙复合材料中，磷酸钙的含量对其生物活性至关重要，市面上已有的3D打印磷酸钙复合材料支架，磷酸钙的含量过低，往往在30%以下，骨修复效果不理想。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于硬组织修复的生物可降解3D打印复合材料支架材料及其制备方法，通过将生物可降解的聚合物和具有生物活性的磷酸钙材料进行有效复合，优势互补，得到力学性能匹配的并具良好生物活性，内部孔结构、尺寸、孔隙率以及宏观形貌可精确控制的硬组织修复材料。采用湿法复合的方式并配合硅烷偶联剂对磷酸钙纳米粉体进行表面改性，增强了磷酸钙和聚合物的结合强度连接，而且在制备FDM标准线材时，提高了出丝的流畅性和完整性。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种3D打印技术制备的生物可降解硬组织修复复合支架，其特征在于，包含纳米磷酸钙粉末和生物可降解医用聚合物，其中纳米磷酸钙的质量分数为30%-60%，生物可降解医用聚合物的质量分数为70%-40%，所述复合支架通过湿法混合工艺结合3D打印技术制得。所述复合支架采用湿法混合与热熔共混法相比，更利于无机填料尤其是纳米材料在聚合物中的分散，能显著提高复合材料中无机颗粒的含量，特别适合于高无机含量复合材料的制备。采用3D打印技术制备可获得理想的孔结构。所述的复合材料支架可通过成分比例和结构来调节降解速度、力学性能，孔形状尺寸和孔隙率。

作为可选方式，在上述复合支架中，所述的磷酸钙为：磷酸三钙(α-TCP及β-TCP)、羟基磷灰石（HA）、磷酸四钙、磷酸二氢钙中一种或多种。磷酸钙系列的加入提高了复合材料支架生物活性，并且磷酸钙呈弱碱性，可以有效缓解部分高分子的水解酸性，降低炎症的发生概率。磷酸钙颗粒的加入也增强了支架的力学性能。

作为可选方式，在上述复合支架中，生物可降解医用聚合物为热塑性高分子，具体为：聚乳酸（PLA），聚己内酯（PCL），聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)中的一种或几种。这些都是FDA批准可以用于临床植入的高分子材料，其在体内可以降解，最终水解产物为CO₂和H₂O没有毒副作用。并且当温度由熔点降低至室温时，这些高分子会迅速固硬化，具有良好的力学性能，此特征适用于FDM技术。

作为可选方式，在上述复合支架中，所述磷酸钙粉末为采用硅烷偶联剂改性处理的磷酸钙粉末。采用硅烷偶联剂改性处理增加了磷酸钙的表面的疏水性，提高了其和高分子之间的结合强度，进一步提高的支架的力学性能。进一步的，所述硅烷偶联剂占复合材料总质量分数0.1-0.6%。

作为可选方式，在上述复合支架中，所述3D打印技术为熔融沉积成型技术（FDM）。此技术原理成熟，设备稳定，并且能满足硬组织修复支架的精度要求。在应用前，首先通过患者的骨缺损数据进行逆向建模，并根据修复位置不同设计不同的多孔结构，最后将模型导入3D打印机中打印出目标模型。FDM技术采用的打印原材料为标准线材，在打印前应根据打印机的型号制备匹配的打印线材。

本发明还提供了一种用于制备上述复合支架的3D打印标准线材，其特征在于，所述线材由纳米磷酸钙粉末和生物可降解医用聚合物经湿法混合后熔融挤出成型而得。

作为可选方式，所述3D打印标准线材包含纳米磷酸钙粉末和生物可降解医用聚合物，其中纳米磷酸钙的质量分数为30%-60%，生物可降解医用聚合物的质量分数为70%-40%。

作为可选方式，所述磷酸钙粉末为采用硅烷偶联剂改性处理的磷酸钙粉末。

作为可选方式，所述线材的直径为1.75mm～3mm。

本发明还提供了一种上述3D打印标准线材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）分别将磷酸钙粉体和生物可降解医用聚合物分散在挥发性溶剂中，制备磷酸钙粉体悬浮液和生物可降解医用聚合物溶液；

（2）将所述磷酸钙粉体悬浮液和生物可降解医用聚合物溶液混合均匀；

（3）去除溶剂，得到磷酸钙/聚合物复合材料块体；

（4）将所得复合材料块体粉碎，所得粉体经熔融挤出成型，得到所述标准线材；

作为可选方式，在上述标准线材制备方法中，所述挥发性溶剂为丙酮，二氯甲烷，三氯甲烷，1,4-二氧六环中的至少一种。

作为可选方式，在上述标准线材制备方法中，所述挥发性溶剂为丙酮，二氯甲烷，三氯甲烷，1,4-二氧六环中至少两种的混合溶液。

作为可选方式，在上述标准线材制备方法中，在所述步骤（1）中，向所述磷酸钙粉体悬浮液中加入硅烷偶联剂进行改性处理。

作为可选方式，在上述标准线材制备方法中，所述磷酸钙粉体悬浮液的配置方法具体为：将磷酸钙的悬浮液离心除去上层清液，加入适量挥发性溶剂超声搅拌均匀，后再次离心除去上层清液，此过程重复三次，将清洗过得纳米磷酸钙加入到一定的挥发性溶剂溶液当中，其中纳米磷酸钙占总悬浮液质量分数的10%，在超声搅拌处理30分钟后得到磷酸钙悬浮液作为备用。

作为可选方式，在上述标准线材制备方法中，所述硅烷偶联剂改性处理的方法具体为：将硅烷偶联剂加入到磷酸钙的丙酮溶液中搅拌反应12小时，作为备用。

作为可选方式，在上述标准线材制备方法中，所述生物可降解医用聚合物溶液中生物可降解医用聚合物的质量分数为10%。

作为可选方式，在上述标准线材制备方法中，所述步骤（2）具体为：将磷酸钙粉体悬浮液加入到生物可降解医用聚合物溶液中，搅拌并超声2小时，得到混合溶液，作为备用。

作为可选方式，在上述标准线材制备方法中，所述步骤（3）具体为：将所得到的混合溶液在-20-5℃下静置挥发，有机溶剂挥发完全后得到材料块体。

作为可选方式，在上述标准线材制备方法中，所述步骤（4）具体为：将步骤（3）中所得的磷酸钙/聚合物复合材料块体在60℃烘箱中干燥4小时，除去材料中吸附的水分后，加入到粉碎机中粉碎，得到复合材料的粉体，作为备用；然后将所得粉体加入到挤出机中，调节挤出机温度，使温度保持在聚合物熔点Tm±5℃，将复合材料粉体熔融挤出，得到FDM技术打印的标准线材。

本发明还提供了所述复合支架的制备方法，其特征在于，先采用本发明所述的方法制备所述3D打印标准线材，然后采用3D打印机打印出设计好的多孔模型，即可得到生物可降解硬组织修复支架。

作为可选方式，在上述复合支架的制备方法中，具体包括以下步骤：

1）将磷酸钙在水中的悬浮液离心除去上层清液，加入适量丙酮超声搅拌均匀，后再次离心除去上层清液，此过程重复三次，将清洗过得纳米磷酸钙加入到一定的丙酮溶液当中，其中纳米磷酸钙占总悬浮液质量分数的10%，在超声搅拌处理30分钟后得到磷酸钙的丙酮悬浮液作为备用；

2) 将硅烷偶联剂加入到磷酸钙的丙酮溶液中搅拌反应12小时，作为备用；

3) 配置质量分数为10%的聚合物溶液，得到聚合物的溶液作为备用；

4) 将2）的得到的改性后磷酸钙的丙酮悬浮液加入到3）中的聚合物溶液当中，搅拌并超声2小时，得到混合溶液，作为备用；

5) 将4)中的到的溶液出去溶剂，得到磷酸钙/聚合物复合材料块体，作为备用；

6) 将5）中得到的材料块体在60℃烘箱中干燥4小时，除去材料中吸附的水分后，加入到粉碎机中粉碎，得到复合材料的粉体，作为备用；

7) 将6）中所述的粉体加入到挤出机中，调节挤出机温度，使温度保持在聚合物熔点Tm±5℃，将复合材料粉体熔融挤出，得到FDM技术打印的标准线材；

8) 采用FDM打印机打印出设计好的多孔模型，即可得到生物可降解硬组织修复支架。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本发明的有益效果：

1、本发明采用湿法复合的方式制备复合材料块体，有利于磷酸钙颗粒在聚合物中分散均匀。

2、使用硅烷偶联剂对磷酸钙进行表面改性，在提高了磷酸钙与聚合物界面连接强度的同时增加了磷酸钙在聚合物基体中的分散，最终提高的支架的力学性能。

3、在挤出拉丝前，机械粉碎复合材料块体，将粉体材料作为被挤出的材料。此过程进一步增加了磷酸钙颗粒的分散成度。并且挤出的线材表面规整，缺陷少。

4、硅烷偶联剂的加入，使挤出机出丝更加流畅，结构更完整。

5、本发明基于熔融沉积技术（FDM）的3D打印技术制备复合材料支架，打印工艺稳定，成本低，利于推广和应用。

附图说明

图1为本发明实施例1中所述复合材料支架的微观形貌图；

图2为本发明实施例11中挤出的标准线材微观形貌；

图3为本发明实施例12中挤出的标准线材的微观形貌图；

图4为本发明实施例13中采用湿法复合方式制备的复合材料块体，其中右图为右边为采用丙酮-三氯甲烷溶剂体系制备的复合材料块体，左图为采用丙酮-二氯甲烷溶剂体系制备的复合材料块体；

图5为[1111]个性化的生物可降解硬组织修复复合支架示意图，右图为人膝关节，左图人下颌骨；

图6为本发明所述基于熔融沉积技术（FDM）的3D打印技术制备复合材料支架的制备过程示意图。

具体实施方式

以下通过实施例的具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应当将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明的精神和原则之内做的任何修改，以及根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的等同替换或者改进，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1

制备聚乳酸/羟基磷灰石质量比6/4的复合材料支架。1、根据质量分数换算，将一定量的羟基磷灰石的悬浮液离心除去上层清液，加入适量丙酮超声搅拌均布，再次离心除去上层清液，此过程重复三次。将清洗过的羟基磷灰石加入到丙酮溶液当中，使羟基磷灰石占总悬浮液质量分数的10%。然后将占复合材料总质量分数0.2%的硅烷偶联剂加入到羟基磷灰石的丙酮溶液中搅拌反应12小时。2、根据质量分数换算，将一定量的聚乳酸加入二氯甲烷当中使其充分溶解，其中聚合物占此溶液体系总质量的10%，得到聚合物的溶液作为备用。3、将1、2中所得溶液混合超声分散分散2小时后，除去溶剂的到复合材料块体。4、将所的材料块体机械粉碎，后挤出标准线材。5、使用FDM打印机打印出目标支架(如人骨模型等复杂结构)。在本实施例当中，生物可降级的聚合物为聚乳酸，无机活性成分为羟基磷灰石。在经过上述的工艺处理后，可以看出羟基磷灰石在聚乳酸中分散很好，如图1所示，为制备好的复合材料支架微观形貌，在高放大倍数的SEM图中可以看出羟基磷灰石在聚乳酸中分布均匀。

实施例2

制备聚乳酸/磷酸三钙质量比6/4的复合材料支架。1、根据质量分数换算，配置质量分数为10%的磷酸三钙丙酮悬浮液，然后将占复合材料总质量分数0.2%的硅烷偶联剂加入到磷酸三钙的丙酮溶液中反应12小时。2、根据质量分数换算，将一定量的聚乳酸加入二氯甲烷当中使其充分溶解，其中聚合物占此溶液体系总质量的10%，得到聚合物的溶液作为备用。3、将1、2中所得溶液混合后，除去溶剂的到复合材料块体。4、将所的材料块体机械粉碎，后挤出标准线材。5、使用FDM打印机打印出目标支架(如人骨模型等复杂结构)。在本实施例中，生物可降解聚合物为聚乳酸，无机活性成分为磷酸三钙，相比较于羟基磷灰石，磷酸三钙具有更快的降解速度，生物活性更好。相比较实施例1，本实施例的复合支架具有更快的降解速度更好的生物活性。

实施例3

制备聚乳酸/双相磷酸钙（BCP）质量比6/4的复合材料支架。1、根据质量分数换算，配置质量分数为10%的双相磷酸钙丙酮悬浮液，然后将硅烷偶链剂加入到双相磷酸钙的丙酮溶液中反应12小时。2、根据质量分数换算，将一定量的聚乳酸加入二氯甲烷当中使其充分溶解，得到聚合物的溶液作为备用。3、将1、2中所得溶液混合后，除去溶剂的到复合材料块体。4、将所的材料块体机械粉碎，后挤出标准线材。5、使用FDM打印机打印出目标支架(如人骨模型等复杂结构)。在本实施例中，生物可降解聚合物为聚乳酸，无机活性成分为双相磷酸钙。双相磷酸钙为羟基磷灰石和磷酸三钙的按照一定比例的混合物，通过调节两相的占比可以实现对生物活性的调节。在本例当中，采用双相磷酸钙为无机填料，能制备出生物活性不同于上述实施例的复合材料支架。

实施例4

制备聚己内酯/羟基磷灰石质量比6/4的复合材料支架。1、根据质量分数换算，配置质量分数为10%的羟基磷灰石丙酮悬浮液，然后将占复合材料总质量分数0.2%的硅烷偶联剂加入到羟基磷灰石的丙酮溶液中反应12小时。2、根据质量分数换算，将一定量的聚己内酯加入二氯甲烷当中使其充分溶解，其中聚合物占此溶液体系总质量的10%，得到聚合物的溶液作为备用。3、将1、2中所得溶液混合后，除去溶剂的到复合材料块体。4、将所的材料块体机械粉碎，后挤出标准线材。5、使用FDM打印机打印出目标支架(如人骨模型等复杂结构)。在本实施例当中，生物可降解聚合物为聚己内酯，无机活性成分为羟基磷灰石。相比较于聚乳酸，聚己内酯的韧性更好。故最后制备的支架的韧性明显好于聚乳酸/磷酸钙的支架。并且聚己内酯在体内的降解速度慢于聚乳酸，最后制备的支架可以适用在需要降解速度比较慢的位置。

实施例5

制备聚乳酸-羟基乙酸/羟基磷灰石质量比6/4的复合材料支架。1、根据质量分数换算，配置质量分数为10%的羟基磷灰石丙酮悬浮液，后将硅烷偶联剂加入到羟基磷灰石的丙酮溶液中反应。2、根据质量分数换算，将一定量的聚乳酸-羟基乙酸加入二氯甲烷当中使其充分溶解，其中聚合物占此溶液体系总质量的10%，得到聚合物的溶液作为备用。3、将1、2中所得溶液混合后，除去溶剂的到复合材料块体。4、将所的材料块体机械粉碎，后挤出标准线材。5、使用FDM打印机打印出目标支架(如人骨模型等复杂结构)。在本实施例当中生物可降解聚合物为聚乳酸-羟基乙酸，无机活性成分为羟基磷灰石。聚乳酸-羟基乙酸相比较与聚乳酸和聚己内酯具有更快的降解速度，采用聚乳酸-羟基乙酸制备的复合材料支架在体内具有更快的降解速度，其可以应用在需要快速降解的部位。

实施例6

制备聚乳酸/聚己内酯/羟基磷灰石质量比3/3/4的复合材料支架。1、根据质量分数换算，配置质量分数为10%的羟基磷灰石丙酮悬浮液，后将硅烷偶联剂加入到羟基磷灰石的丙酮溶液中反应。2、根据质量分数换算，将一定量的聚己内酯和聚乳酸加入二氯甲烷当中使其充分溶解，其中聚合物占此溶液体系总质量的10%，得到聚合物的溶液作为备用。3、将1、2中所得溶液混合后，除去溶剂的到复合材料块体。4、将所的材料块体机械粉碎，后挤出标准线材。5、使用FDM打印机打印出目标支架(如人骨模型等复杂结构)。在本实施例当中，采用聚乳酸和聚己内酯的共混物作为生物可降解聚合物，聚己内酯的加入一方面可以调节支架的力学性能，使最终的支架的韧性增加，另一方面也可调节支架在体内的降解速度。其降解速度介于单独采用聚乳酸或者单独采用聚己内酯的复合材料支架。

实施例7

制备聚乳酸/聚乳酸-羟基乙酸/羟基磷灰石质量比3/3/4的复合材料支架。1、根据质量分数换算，配置质量分数为10%的羟基磷灰石丙酮悬浮液，后将硅烷偶联剂加入到羟基磷灰石的丙酮溶液中反应。2、根据质量分数换算，将一定量的聚乳酸和聚乳酸-羟基乙酸加入二氯甲烷当中使其充分溶解，其中聚合物占此溶液体系总质量的10%，得到聚合物的溶液作为备用。3、将1、2中所得溶液混合后，除去溶剂的到复合材料块体。4、将所的材料块体机械粉碎，后挤出标准线材。5、使用FDM打印机打印出目标支架(如人骨模型等复杂结构)。在本实施例当中，采用聚乳酸和聚乳酸-羟基乙酸的共混物作为生物可降解聚合物，聚己内酯的加入可调节支架在体内的降解速度。其降解速度介于单独采用聚乳酸或者单独采用聚乳酸-羟基乙酸的复合材料支架。

实施例8

制备聚己内酯/聚乳酸-羟基乙酸/羟基磷灰石质量比3/3/4的复合材料支架。1、根据质量分数换算，配置质量分数为10%的羟基磷灰石丙酮悬浮液，后将硅烷偶联剂加入到羟基磷灰石的丙酮溶液中反应。2、根据质量分数换算，将一定量的聚己内酯和聚乳酸-羟基乙酸加入二氯甲烷当中使其充分溶解，其中聚合物占此溶液体系总质量的10%，得到聚合物的溶液作为备用。3、将1、2中所得溶液混合后，除去溶剂的到复合材料块体。4、将所的材料块体机械粉碎，后挤出标准线材。5、使用FDM打印机打印出目标支架(如人骨模型等复杂结构)。在本实施例当中，采用聚己内酯和聚乳酸-羟基乙酸的共混物作为生物可降解聚合物，聚己内酯的加入可调节支架在体内的降解速度。其降解速度介于单独采用聚己内酯或者单独采用聚乳酸-羟基乙酸的复合材料支架，其降解速度也不同于上述所有的降级速度，通过对两种聚合物比例的调节，还可以进一步调节其在体内的降解速度。

实施例9

制备聚乳酸/聚乳酸-羟基乙酸/磷酸三钙质量比3/3/4的复合材料支架。1、根据质量分数换算，配置质量分数为10%的磷酸三钙丙酮悬浮液，后将硅烷偶联剂加入到磷酸三钙的丙酮溶液中反应。2、根据质量分数换算，将一定量的聚乳酸和聚乳酸-羟基乙酸加入二氯甲烷当中使其充分溶解，其中聚合物占此溶液体系总质量的10%，得到聚合物的溶液作为备用。3、将1、2中所得溶液混合后，除去溶剂的到复合材料块体。4、将所的材料块体机械粉碎，后挤出标准线材。5、使用FDM打印机打印出目标支架(如人骨模型等复杂结构)。在本实施例当中，生物可降级聚合物为聚乳酸/聚乳酸-羟基乙酸，无机活性成分为磷酸三钙。相比较于实施例7，在本实施例中将无机活性成分由羟基磷灰石改为磷酸三钙。在体内磷酸三钙的降解速度快于羟基磷灰石，活性也高于羟基磷灰石。所以本实施例的复合材料支架在降解速度和活性上都优于实施例7，并且不同于其他实施例。

实施例10

制备聚乳酸/磷酸三钙（TCP）质量比5/5的复合材料支架。1、根据质量分数换算，将一定量的磷酸三钙的悬浮液离心除去上层清液，加入适量丙酮超声搅拌均布，再次离心除去上层清液，此过程重复三次。将清洗过的磷酸三钙加入到丙酮溶液当中，使磷酸三钙占总悬浮液质量分数的10%。然后将占复合材料总质量分数0.2%的硅烷偶联剂加入到磷酸三钙的丙酮溶液中搅拌反应12小时。2、根据质量分数换算，将一定量的聚乳酸加入二氯甲烷当中使其充分溶解，其中聚合物占此溶液体系总质量的10%，得到聚合物的溶液作为备用。3、将1、2中所得溶液混合超声分散2小时后，除去溶剂的到复合材料块体。4、将所的材料块体机械粉碎，后挤出标准线材。5、使用FDM打印机打印出目标支架(如人骨模型等复杂结构)。在本实施例当中，增加了无机活性成分的含量。在复合材料支架当中，其生物活性主要来自无机活性成分，在提高其含量之后，可以明显增加支架的生物活性，加快组织修复。

实施例11

制备聚乳酸/羟基磷灰石质量比5/5的复合材料支架。1、根据质量分数换算，将一定量的羟基磷灰石的悬浮液离心除去上层清液，加入适量丙酮超声搅拌均布，再次离心除去上层清液，此过程重复三次。将清洗过的羟基磷灰石加入到丙酮溶液当中，使羟基磷灰石占总悬浮液质量分数的10%。然后将占复合材料总质量分数0.2%的硅烷偶联剂加入到羟基磷灰石的丙酮溶液中搅拌反应12小时。2、根据质量分数换算，将一定量的聚乳酸加入二氯甲烷当中使其充分溶解，其中聚合物占此溶液体系总质量的10%，得到聚合物的溶液作为备用。3、将1、2中所得溶液混合超声分散分散2小时后，除去溶剂的到复合材料块体。4、将所的材料块体机械粉碎，后挤出标准线材。5、使用FDM打印机打印出目标支架(如图5所示的具有复杂结构的人骨模型)。本实施例相比较与实施例1，增加了羟基磷灰石的含量，使得支架的活性成分比例增加，所以最终支架的活性增加。聚乳酸在体内降解呈酸性，羟基磷灰石呈碱性，所以羟基磷灰石的增加还有助于缓解聚乳酸降解的酸性，利于组织修复。

实施例12

制备聚乳酸/羟基磷灰石质量比6/4的复合材料支架。1、根据质量分数换算，将一定量的羟基磷灰石的悬浮液离心除去上层清液，加入适量丙酮超声搅拌均布，再次离心除去上层清液，此过程重复三次。将清洗过的羟基磷灰石加入到丙酮溶液当中，使羟基磷灰石占总悬浮液质量分数的10%。2、根据质量分数换算，将一定量的聚乳酸加入二氯甲烷当中使其充分溶解，其中聚合物占此溶液体系总质量的10%，得到聚合物的溶液作为备用。3、将1、2中所得溶液混合超声分散分散2小时后，除去溶剂的到复合材料块体。4、将所的材料块体机械粉碎，后挤出标准线材。5、使用FDM打印机打印出目标支架。在本实施例当中没有用硅烷偶联剂对羟基磷灰石进行表改性处理，导致羟基磷灰石在聚乳酸中分散不好，挤出的标准线材表面粗糙，如图2所示，进而影响打印质量,尤其在打印人骨模型等复杂结构时效果较差,这一其余实施例的结构形成明显的对比差异。

实施例13

制备聚乳酸/磷酸三钙质量比6/4的复合材料支架。1、根据质量分数换算，配置质量分数为10%的磷酸三钙丙酮悬浮液，然后将占复合材料总质量分数0.2%的硅烷偶联剂加入到磷酸三钙的丙酮溶液中反应12小时。2、根据质量分数换算，将一定量的聚乳酸加入三氯甲烷当中使其充分溶解，其中聚合物占此溶液体系总质量的10%，得到聚合物的溶液作为备用。3、将1、2中所得溶液混合后，除去溶剂的到复合材料块体。4、将所的材料块体机械粉碎，后挤出标准线材。5、使用FDM打印机打印出目标支架(如人骨模型等复杂结构)。在本实施例当中溶解聚乳酸的溶剂为三氯甲烷，在和磷酸三钙的丙酮悬浮液混合后，形成丙酮-三氯甲烷复合溶剂体系。在此溶剂体系下，制备的复合材料块体更加致密。如图3所示，右边为采用丙酮-三氯甲烷溶剂体系制备的复合材料块体，其致密程度明显优于左图在相同条件下采用丙酮-二氯甲烷溶剂体系制备的复合材料块体。

备注：这两个为打印的人骨模型，用于说明可以定制化复杂模型，理论上实施例（除过反面例子）都能实现打印。但是图中采用的是实施例11中这种材料打印的。

Claims (10)

1.一种3D打印技术制备的生物可降解硬组织修复复合支架，其特征在于，包含纳米磷酸钙粉末和生物可降解医用聚合物，其中纳米磷酸钙的质量分数为30%-60%，生物可降解医用聚合物的质量分数为70%-40%，所述复合支架通过湿法混合工艺结合3D打印技术制得。

2.根据权利要求1所述的复合支架，其特征在于，所述的磷酸钙为：磷酸三钙、羟基磷灰石、磷酸四钙、磷酸二氢钙中一种或多种。

3.根据权利要求1所述的复合支架，其特征在于，生物可降解医用聚合物为热塑性高分子，具体为：聚乳酸，聚己内酯，聚乳酸-羟基乙酸中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的复合支架，其特征在于，所述磷酸钙粉末为采用硅烷偶联剂改性处理的磷酸钙粉末。

5.根据权利要求1所述的复合支架，其特征在于，所述3D打印技术为熔融沉积成型技术。

6.一种用于制备权利要求1所述的复合支架的3D打印标准线材，其特征在于，所述线材由纳米磷酸钙粉末和生物可降解医用聚合物经湿法混合后熔融挤出成型而得。

7.根据权利要求6所述的标准线材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）分别将磷酸钙粉体和生物可降解医用聚合物分散在挥发性溶剂中，制备磷酸钙粉体悬浮液和生物可降解医用聚合物溶液；

（2）将所述磷酸钙粉体悬浮液和生物可降解医用聚合物溶液混合均匀；

（3）去除溶剂，得到磷酸钙/聚合物复合材料块体；

（4）将所得复合材料块体粉碎，所得粉体经熔融挤出成型，得到所述标准线材；

作为可选方式，所述挥发性溶剂为丙酮，二氯甲烷，三氯甲烷，1,4-二氧六环中至少两种的混合溶液。

8.根据权利要求7所述的标准线材制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，向所述磷酸钙粉体悬浮液中加入硅烷偶联剂进行改性处理。

9.一种如权利要求1所述的复合支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）分别制备磷酸钙粉体悬浮液和生物可降解医用聚合物溶液；

（2）将所述磷酸钙粉体悬浮液和生物可降解医用聚合物溶液混合均匀；

（3）去除溶剂，得到磷酸钙/聚合物复合材料块体；

（4）将所得复合材料块体粉碎，所得粉体经熔融挤出成型，得到所述标准线材；

（5）采用3D打印机打印出设计好的多孔模型，即可得到生物可降解硬组织修复支架。

10.根据权利要求9所述的复合支架制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将磷酸钙的悬浮液离心除去上层清液，加入适量丙酮超声搅拌均匀，后再次离心除去上层清液，此过程重复三次，将清洗过得纳米磷酸钙加入到一定的丙酮溶液当中，其中纳米磷酸钙占总悬浮液质量分数的10%，在超声搅拌处理30分钟后得到磷酸钙的丙酮悬浮液作为备用；

2) 将硅烷偶联剂加入到磷酸钙的丙酮溶液中搅拌反应12小时，作为备用；

3) 配置质量分数为10%的聚合物溶液，得到聚合物的溶液作为备用；

4) 将2）的得到的改性后磷酸钙的丙酮悬浮液加入到3）中的聚合物溶液当中，搅拌并超声2小时，得到混合溶液，作为备用；

5) 将4)中的到的溶液出去溶剂，得到磷酸钙/聚合物复合材料块体，作为备用；

6) 将5）中得到的材料块体在60℃烘箱中干燥4小时，除去材料中吸附的水分后，加入到粉碎机中粉碎，得到复合材料的粉体，作为备用；

7) 将6）中所述的粉体加入到挤出机中，调节挤出机温度，使温度保持在聚合物熔点Tm±5℃，将复合材料粉体熔融挤出，得到FDM技术打印的标准线材；

8) 采用FDM打印机打印出设计好的多孔模型，即可得到生物可降解硬组织修复支架。