CN110368529B - 软骨或软骨下骨全层修复支架及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及软骨或软骨下骨全层修复支架及其制备方法。该支架包括软骨层，其特征是，软骨层为梯度软骨架，梯度软骨架的上部设有隔离封闭层，梯度软骨架的下部设有软骨下骨层；梯度软骨架、隔离封闭层的材质分别为胶原，软骨下骨层的材质由羟基磷灰石和胶原构成。该制备方法包括：制备梯度软骨架，制备双层支架，制备全层修复支架成品。本发明从再生医学角度出发，以较简单、适合大规模工业化生产的方法制备出模仿天然软骨结构的多层支架材料，其不仅可以同时修复软骨层和软骨下骨层，且通过浮力驱动的制孔技术可以在软骨层构建出具有梯度密度的多孔结构，在结构上更加接近天然软骨层的各向异性。

Description

软骨或软骨下骨全层修复支架及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种软骨或软骨下骨全层修复支架及其制备方法，属于医用复合支架技术领域。

背景技术

据申请人了解，人体所有的关节都有软骨，因为体态和直立行走的原因，膝关节和踝关节承重最大，也最易受损伤。由于关节软骨处的血供少、代谢慢，一旦受损往往难以自愈。如果任由其发展下去，损伤会进一步扩大，甚至影响到软骨下骨。因此，关节软骨及软骨下骨的完全修复在临床上一直是尚未解决的一大难题。

膝关节由股骨下端、胫骨上端和髌骨构成，是人体最大最复杂的关节。由于其结构复杂，且行走运动过程中必须用到，故也是最容易受伤的关节。对于轻度的软骨缺损，常采用保守治疗如理疗和康复训练。若缺损面较大较深，保守治疗无效，则常采用清创术、钻孔术、微骨折、软骨移植、软骨细胞移植和基于基质的软骨细胞移植等手术方法，而对于更加严重的损伤则会采用滑车置换、单髁置换甚至是全膝置换。

申请号CN201810423733.4、申请公布号CN108355174A的中国发明专利公开了一种多功能分层关节软骨支架的制备方法，其通过获取待打印软骨组织的三维模型，利用3D打印技术分别打印出软骨层、钙化层和软骨下骨层。其中，软骨层由海藻酸钠、明胶、血管抑制因子、软骨细胞和骨髓间充干细胞组成；钙化层由海藻酸钠、明胶、PCL、血管内皮生长因子、促骨生长蛋白因子和骨髓间充干细胞组成；软骨下骨层由海藻酸钠、明胶、纳米羟基磷灰石、血管内皮生长因子、促骨生成蛋白生长因子、成骨细胞和骨髓间充干细胞组成。该技术方案虽然在一定程度上模仿了软骨组织的天然结构，但制备过程和所含成分太复杂，且软骨层仍为各向均性体系，这与天然软骨结构并不相符。

申请号CN200580039832.3、申请公布号CN101060821A的中国发明专利公开了一种梯度支架及其制备方法，具体为：先形成各向均性的支架，再以酶浓度增加的溶液梯度对支架进行酶解形成梯度。然而，该技术方案是先制出成型支架，再以酶浓度增加的溶液梯度对支架不同部分进行酶解，这一方面会因以溶液梯度处理的具体过程难度较高而增加成本甚至难以实施，另一方面会因溶液浸泡成型支架时，酶是靠扩散效应缓缓从支架外面进入到支架内部，这样势必在同一水平面造成酶浓度的差异，即越靠近支架内部酶浓度越低，难以保证支架由外到内保持相同酶解程度，易导致水平方向的不均匀性，从而很难保证有均匀的梯度密度。

申请号CN201811103988.9、申请公布号CN109364302A的中国发明专利公开了一种骨软骨修复材料及组织工程支架的制备方法，利用3D打印技术首先采用高分子聚酯材料、生物陶瓷和BMP-2打印出软骨下骨，在此基础上采用热响应记忆聚合物和软化生长因子打印出软骨层，再负载上干细胞进行培养。同样地，该技术方案的成分和制备方法过于复杂，包含材料、生长因子和细胞，且软骨层呈各向均性未能模仿天然结构。

申请号CN200710090962.0、申请公布号CN101020080A的中国发明专利公开了一种关节软骨生物支架材料及制备方法，利用猪关节软骨细胞外基质成分和II型胶原复合制备而成多孔支架材料，但其只能修复软骨层，对于软骨下层的缺损无济于事。

距骨与胫骨远端、腓骨下端共同组成踝关节，是人体最大的负重关节。距骨是全身骨骼中唯一无肌肉起止附着的骨骼，由上端的软骨和下端的松质骨组成。因外伤等原因，距骨损伤常有发生。软骨面的缺损会引起慢性疼痛；若损伤深及骨段，可因血供的破坏而引发缺血性坏死，使得距骨塌陷变形，严重影响患者的活动能力和生活品质。目前临床上常用的修复方法有钻孔术、微骨折术、关节融合术、自体软骨移植镶嵌术和踝关节置换术等。但钻孔术和微骨折术修复形成的组织为纤维软骨，耐磨性差，且无法修复软骨下骨。关节融合术会导致关节活动大大受限，患者生活质量下降严重。自体软骨移植需要取自体健康的软骨或软骨/软骨下骨，对人体会造成二次伤害。踝关节置换由于同时涉及到距骨、胫骨和腓骨三个区域，手术较复杂，病人花费多且愈合相对也更长；且即使是最新的第三代新陶瓷组合假体，其优良率仍只有60％，需要改进的地方还有很多。由于距骨的损伤症状在初期症状并不明显，往往发生骨坏死的时候才会引起剧烈疼痛，无法自愈，只能进行关节融合或自体软骨移植甚至是踝关节置换。

申请号CN201711024270.6、申请公布号CN107693168A的中国发明专利公开了一种3D打印距骨假体，为3D打印一体化成型的金属距骨假体，其经大数据统计并结合生物力学来设计，但金属假体在长期运动摩擦环境中导致的金属碎屑易引起炎症反应，这可能会限制其在临床上的推广应用。

申请号CN201611024666.6、申请公布号CN106618806A的中国发明专利公开了一种距骨假体，其通过关节面上的多孔结构和羟基磷灰石涂层与周围骨快速融合，但其并未设计软骨面，假体在运动时与胫骨、腓骨下端的摩擦可能会影响愈合效果。申请号CN201810017896.2、申请公布号CN108210130A的中国发明专利公开了一种距骨假体，由上下两层材料构成，上层由高分子或陶瓷材料构成模仿软骨结构，下层由金属材料构成模仿骨结构，其优点是上下两部分可拆卸方便翻修，但上下两层的长期稳定性问题，以及高分子或陶瓷材料长期磨损引发的炎症问题仍没有得到解决。此外，这两件技术方案虽然都提到采用羟基磷灰石涂层，但均未明确该涂层的具体制备方法，无法确认其具体性状，让人疑惑其是否能与软骨层紧密结合。

发明内容

本发明的主要目的是：克服现有技术存在的问题，提供一种软骨或软骨下骨全层修复支架，在结构上模拟了软骨的天然梯度结构，利于促进修复；同时，还提供相应的制备方法。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：

一种软骨或软骨下骨全层修复支架，包括软骨层，其特征是，所述软骨层为梯度软骨架，所述梯度软骨架的上部设有隔离封闭层，所述梯度软骨架的下部设有软骨下骨层；所述梯度软骨架、隔离封闭层的材质分别为胶原，所述软骨下骨层的材质由羟基磷灰石和胶原构成；

所述梯度软骨架由以下方法制得：

U1、将胶原溶于HCl溶液中以形成胶原溶液，向胶原溶液中加入糖类物质并混合均匀，所述糖类物质为葡萄糖、蔗糖或乳糖；

U2、将U1所得溶液倒入圆柱形模具中，然后将胶原酶溶液从模具底部注入U1所得溶液中；静置后，将模具先进行冷冻，随后进行冻干，得到主支架；

U3、将U2所得主支架浸没于活化剂溶液中进行交联处理，即得到梯度软骨架。

该结构中，梯度软骨架在结构上能模拟软骨的上密下疏松的天然梯度结构，可以引导干细胞的定向分化成更接近天然软骨细胞排列的结构，且该梯度结构有利于骨髓腔中干细胞和细胞生长因子的迁入与生长；梯度软骨架上方的隔离封闭层能防止骨髓腔中的血液和细胞溢出，同时可以阻隔关节腔中的炎症因子和炎性细胞进入支架材料影响修复；梯度软骨架下方的软骨下骨层含羟基磷灰石，能引导成骨。

其中，梯度软骨架在制备时，于主支架成型前就从胶原溶液底部注入胶原酶溶液，在浮力的驱动下，胶原酶会在胶原溶液中形成一个梯度密度分布，然后对胶原进行酶解，以形成上密下疏的梯度密度孔径的软骨层，因主支架还未成型仍是溶液状态，这就可以保证酶在同一水平面上是均匀分布的，从而确保主支架在同一水平面上密度均匀。

本发明支架进一步完善的技术方案如下：

优选地，U1中，所述HCl溶液的浓度为0.01±0.005mol/L，所述胶原溶液中胶原的浓度为10～100mg/mL，所述糖类物质的质量浓度为2～10％(g/mL)；

U2中，所述胶原酶溶液中胶原酶的浓度为10～100μg/mL，所述胶原酶溶液与模具内U1所得溶液的体积比为1:100～1:10；静置温度为4℃～37℃，静置时间为30～600分钟；冷冻时采用液氮极速冷冻至少4分钟；

U3中，所述活化剂溶液中活化剂的质量浓度为1～10％(g/mL)，所述活化剂为EDC或DMTMM，所述处理时间为60～480分钟。

更优选地，U3中，在所述处理之后，先将主支架以纯化水洗至中性，再将主支架浸入乙醇中以置换出水，然后室温真空干燥，室温指26℃±5℃，即得梯度软骨架。

采用以上优选方案，可以更好地制得梯度软骨架。

优选地，所述软骨下骨层由以下方法制得：

W1、将已制得的梯度软骨架按梯度密度方向浸入模拟体液中，所述梯度密度方向为上密下疏；所述模拟体液的深度占梯度软骨架总高度的1/3～2/3；

W2、在37℃±1℃、pH 9～11下，搅拌进行沉积反应，然后静置陈化；

W3、取出梯度软骨架，并以去离子水清洗至中性，真空干燥后，即在梯度软骨架下部形成软骨下骨层，从而得到双层支架。

更优选地，W1中，所述模拟体液由以下组分构成：Na⁺142mM，K⁺5mM，Mg²⁺1.5mM，Ca²⁺2.5mM，Cl^-147.8mM，HCO₃ ^-4.2mM，HPO₄ ^2-1mM，SO₄ ^2-0.5mM，以及水；

W2中，采用NaOH溶液调节pH，搅拌反应2～24h，静置陈化24～48h；

W3中，洗至中性后，将梯度软骨架浸入乙醇中以置换出水，真空干燥于室温下进行，室温指26℃±5℃。

采用以上优选方案，在软骨层上直接于模拟体液中沉积，可在梯度软骨架下部更好地形成具有疏松多孔结构、且因羟基磷灰石复合胶原能与软骨层紧密结合的软骨下骨层。

优选地，所述隔离封闭层由以下方法制得：

Y1、采用HCl溶液配制含有活化剂的胶原溶液，将双层支架的梯度软骨架按逆梯度密度方向浸入胶原溶液中，所述逆梯度密度方向为上疏下密；所述胶原溶液的深度占梯度软骨架实际高度的1/10～1/5，所述梯度软骨架实际高度为梯度软骨架总高度减去模拟体液深度；

Y2、在20℃～37℃下进行交联反应，反应结束后，即在梯度软骨架上部形成隔离封闭层，从而得到全层修复支架成品。

更优选地，Y1中，先将胶原溶液倒入圆柱形模具中，所述模具的内径大于或等于双层支架中梯度软骨架的直径，再将双层支架的梯度软骨架浸入胶原溶液中。

更优选地，Y1中，胶原溶液温度保持在0℃～4℃，所述活化剂为EDC或DMTMM，所述活化剂的质量浓度为1～10％(g/mL)，所述胶原溶液中胶原的浓度为100～500mg/mL；

Y2中，反应时间为12～24h。

采用以上优选方案，可在梯度软骨架上部更好地形成胶原致密的隔离封闭层。

优选地，在全层修复支架成品中，所述梯度软骨架的最终实际高度为1～5mm，且孔径处于20～200μm范围内；所述软骨下骨层的高度为1～8mm，所述软骨下骨层中羟基磷灰石与胶原的质量比为7:3～9:1；所述隔离封闭层的高度为0.3～1.0mm；所述梯度软骨架与隔离封闭层接触的区域的孔隙率为90～99％，所述梯度软骨架按梯度密度方向的孔隙率变化为5～50％/mm。

采用该优选方案，可获得更好的全层修复支架成品。

本发明还提供：

一种软骨或软骨下骨全层修复支架的制备方法，其特征是，由以下步骤构成：

第一步、制备梯度软骨架：

U1、将胶原溶于HCl溶液中以形成胶原溶液，向胶原溶液中加入糖类物质并混合均匀，所述糖类物质为葡萄糖、蔗糖或乳糖；

U2、将U1所得溶液倒入圆柱形模具中，然后将胶原酶溶液从模具底部注入U1所得溶液中；静置后，将模具先进行冷冻，随后进行冻干，得到主支架；

U3、将U2所得主支架浸没于活化剂溶液中进行交联处理，即得到梯度软骨架；

第二步、制备双层支架：

W1、将已制得的梯度软骨架按梯度密度方向浸入模拟体液中，所述梯度密度方向为上密下疏；所述模拟体液的深度占梯度软骨架总高度的1/3～2/3；

W2、在37℃±1℃、pH 9～11下，搅拌进行沉积反应，然后静置陈化；

W3、取出梯度软骨架，并以去离子水清洗至中性，真空干燥后，即在梯度软骨架下部形成软骨下骨层，从而得到双层支架；

第三步、制备全层修复支架成品：

Y1、采用HCl溶液配制含有活化剂的胶原溶液，将双层支架的梯度软骨架按逆梯度密度方向浸入胶原溶液中，所述逆梯度密度方向为上疏下密；；所述胶原溶液的深度占梯度软骨架实际高度的1/10～1/5，所述梯度软骨架实际高度为梯度软骨架总高度减去模拟体液深度；

Y2、在20℃～37℃下进行交联反应，反应结束后，即在梯度软骨架上部形成隔离封闭层，从而得到全层修复支架成品。

该方法可顺利制得全层修复支架。

本发明从再生医学角度出发，以较简单、适合大规模工业化生产的方法制备出模仿天然软骨结构的多层支架材料，其不仅可以同时修复软骨层和软骨下骨层，且通过浮力驱动的制孔技术可以在软骨层构建出具有梯度密度的多孔结构，在结构上更加接近天然软骨层的各向异性。更值得一提的是，本发明的支架依靠人体自身的干细胞和生长因子引导修复，无需外界添加，在材料降解的同时，新生组织同步长入，组织修复完成后无材料的残留，操作更加方便也更加安全。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结果示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实施例1、软骨或软骨下骨全层修复支架的制备

如图1所示，本实施例的软骨或软骨下骨全层修复支架包括软骨层，软骨层为梯度软骨架，梯度软骨架的上部设有隔离封闭层，梯度软骨架的下部设有软骨下骨层；梯度软骨架、隔离封闭层的材质分别为胶原，软骨下骨层的材质由羟基磷灰石和胶原构成。

具体制备过程如下：

第一步、制备梯度软骨架：

U1、将胶原溶于HCl溶液中以形成胶原溶液，向胶原溶液中加入糖类物质并混合均匀，糖类物质为葡萄糖、蔗糖或乳糖。

其中，HCl溶液的浓度为0.01±0.005mol/L，胶原溶液中胶原的浓度为10～100mg/mL，糖类物质的质量浓度为2～10％(g/mL)。

U2、将U1所得溶液倒入圆柱形模具中(本实施例采用内径0.8cm高1-3cm的模具，倒入的溶液约占模具体积的一半)，然后将胶原酶溶液从模具底部注入U1所得溶液中(本实施例采用移液器从模具底部缓缓注入)；静置后，将模具先进行冷冻，随后进行冻干，得到主支架。

其中，胶原酶溶液中胶原酶的浓度为10～100μg/mL，胶原酶溶液与模具内U1所得溶液的体积比为1:100～1:10；静置温度为4℃～37℃，静置时间为30～600分钟；冷冻时采用液氮极速冷冻至少4分钟。

另，需要说明的是，由于所需支架体积很小，模具内径也很小(仅为0.8cm)，所以采用移液器伸至模具底部并缓缓注入胶原酶溶液，足以保证胶原酶溶液均匀分布于胶原溶液的底部，然后凭借浮力均匀上浮。

U3、将U2所得主支架浸没于活化剂溶液中进行交联处理，之后先将主支架以纯化水洗至中性，再将主支架浸入乙醇中以置换出水，然后室温真空干燥，室温指26℃±5℃，即得到梯度软骨架；

其中，活化剂溶液中活化剂的质量浓度为1～10％(g/mL)，活化剂为EDC或DMTMM，处理时间为60～480分钟。

第二步、制备双层支架：

W1、将已制得的梯度软骨架按梯度密度方向浸入模拟体液中，梯度密度方向为上密下疏；模拟体液的深度占梯度软骨架总高度的1/3～2/3。

其中，模拟体液由以下组分构成：Na⁺142mM，K⁺5mM，Mg²⁺1.5mM，Ca²⁺2.5mM，Cl^-147.8mM，HCO₃ ^-4.2mM，HPO₄ ^2-1mM，SO₄ ^2-0.5mM，以及水。

W2、在37℃±1℃、pH 9～11下，搅拌进行沉积反应，然后静置陈化。

其中，采用NaOH溶液调节pH(本实施例采用1M NaOH)，搅拌反应2～24h，静置陈化24～48h。

W3、取出梯度软骨架，并以去离子水清洗至中性，真空干燥后，即在梯度软骨架下部形成软骨下骨层，从而得到双层支架。

其中，洗至中性后将梯度软骨架浸入乙醇中以置换出水，真空干燥于室温下进行，室温指26℃±5℃。

第三步、制备全层修复支架成品：

Y1、采用HCl溶液配制含有活化剂的胶原溶液，将双层支架的梯度软骨架按逆梯度密度方向浸入胶原溶液中(注：先将胶原溶液倒入圆柱形模具中，模具的内径大于或等于双层支架中梯度软骨架的直径，再将双层支架的梯度软骨架浸入胶原溶液中)，逆梯度密度方向为上疏下密；胶原溶液的深度占梯度软骨架实际高度的1/10～1/5，梯度软骨架实际高度为梯度软骨架总高度减去模拟体液深度。

其中，胶原溶液温度保持在0℃～4℃，HCl溶液的浓度为0.01±0.005mol/L，活化剂为EDC或DMTMM，活化剂的质量浓度为1～10％(g/mL)，胶原溶液中胶原的浓度为100～500mg/mL。

Y2、在20℃～37℃下进行反应，反应时间为12～24h，反应结束后，即在梯度软骨架上部形成隔离封闭层，从而得到全层修复支架成品。

所得全层修复支架成品中，梯度软骨架的最终实际高度为1～5mm，且孔径处于20～200μm范围内；软骨下骨层的高度为1～8mm，软骨下骨层中羟基磷灰石与胶原的质量比为7:3～9:1；隔离封闭层的高度为0.3～1.0mm；梯度软骨架与隔离封闭层接触的区域的孔隙率为90～99％，梯度软骨架按梯度密度方向的孔隙率变化为5～50％/mm。

注：梯度软骨架总高度＝梯度软骨架最终实际高度+软骨下骨层高度+隔离封闭层高度；软骨下骨层高度＝模拟体液深度；隔离封闭层高度＝胶原溶液深度。

本实施例含有多个实例，各实例在第一步的具体制备参数如下表所示：

注：各实例采用的胶原均为I型胶原。

各实例在第二步的具体制备参数如下表所示：

各实例在第三步的具体制备参数如下表所示：

各实例最终所得全层修复支架成品的具体特征参数如下表所示：

实施例2、动物关节修复实验

一、研究材料、实验动物及分组

1.材料名称及数量

供试品：实施例1各实例的全层修复支架，每实例3个支架，共18个。

2.实验动物

2.1动物：新西兰大白兔；

2.2性别：雌雄不限；

2.3数量：18只；

2.4体重：3±0.5kg。

3.分组

3.1考察时间点：1个月、2个月、3个月、4个月、5个月、6个月；

3.2动物分组见表1。

表1动物分组

组别	材料	数量	标记
				供试品组	供试材料	18	A1～A18

二、研究内容

1.观察关节是否肿胀。

2.支架植入区域病理组织切片。

三、实验

1.术前禁食：动物术前24h禁食不禁水。

2.麻醉：动物称重，用75％酒精对兔耳局部消毒后耳缘静脉注射3％戊巴比妥钠，以1ml/kg的剂量执行。实验过程中视动物麻醉的深度再多次追加首次剂量1/4的戊巴比妥钠。

3.保定与备皮

将兔仰卧于手术台，固定四肢。于右后肢膝关节处剃毛，备皮区约5cm×3cm。碘酒消毒后75％酒精脱碘，铺无菌创巾。

4.模型制备

4.1沿右膝关节髌骨韧带内侧缘切开皮肤，创口约为5cm～6cm，从髌骨韧带内侧进入，屈曲膝关节，将髌骨导向外侧脱位，保留髌下脂肪垫，暴露股骨滑车部。

4.2首先，在股骨内髁滑车面用直径为2mm的钻头初步定位，然后，换成直径为4.5mm的钻头在此基础上钻出直径为4mm、深度为5mm的关节软骨及软骨下骨缺损区。最后用生理盐水冲洗组织碎屑和血块，用手术刀片将支架修饰至合适大小后植入。

4.3关节复位，逐层缝合，关闭膝关节。

4.4左膝不做任处理。

5.术后肌注青霉素钠80万单位，每日1次，连续注射3天，防止感染。

6.大体观察：植入后3d、7d、14d、28d、1个月、2个月、3个月、4个月、5个月和6个月，观察是否出现关节肿胀，触摸右膝关节时是否出现挣扎、弹腿等疼痛行为。

7.病理组织学观察：植入后6个月，取植入支架及周围组织，用中性甲醛溶液固定，脱水，石蜡包埋，分层切片后苏木精-伊红和Masson染色，普通光镜下观察软骨形态学变化。

四、实验结果

大体观察结果表明，植入后随时间增加，关节肿胀逐渐消退，且疼痛行为逐渐消失。

病理组织学观察结果表明，6个月时，与未做任何处理的正常关节(左膝)相比，各实例的全层修复支架对造软骨及软骨下骨缺损的关节(右膝)修复效果良好。图2为实例5对应实验组的典型结果图，其它实例对应实验组的结果与此基本一致。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种软骨或软骨下骨全层修复支架，包括软骨层，其特征是，所述软骨层为梯度软骨架，所述梯度软骨架的上部设有隔离封闭层，所述梯度软骨架的下部设有软骨下骨层；所述梯度软骨架、隔离封闭层的材质分别为胶原，所述软骨下骨层的材质由羟基磷灰石和胶原构成；

所述梯度软骨架由以下方法制得：

U1、将胶原溶于HCl溶液中以形成胶原溶液，向胶原溶液中加入糖类物质并混合均匀，所述糖类物质为葡萄糖、蔗糖或乳糖；

U2、将U1所得溶液倒入圆柱形模具中，然后将胶原酶溶液从模具底部注入U1所得溶液中；静置后，将模具先进行冷冻，随后进行冻干，得到主支架；

U3、将U2所得主支架浸没于活化剂溶液中进行交联处理，即得到梯度软骨架；

所述软骨下骨层由以下方法制得：

W1、将已制得的梯度软骨架按梯度密度方向浸入模拟体液中，所述梯度密度方向为上密下疏；所述模拟体液的深度占梯度软骨架总高度的1/3~2/3；

W2、在37℃±1℃、pH 9~11下，搅拌进行沉积反应，然后静置陈化；

W3、取出梯度软骨架，并以去离子水清洗至中性，真空干燥后，即在梯度软骨架下部形成软骨下骨层，从而得到双层支架。

2.根据权利要求1所述的软骨或软骨下骨全层修复支架，其特征是，U1中，所述HCl溶液的浓度为0.01±0.005 mol/L，所述胶原溶液中胶原的浓度为10~100 mg/mL，所述糖类物质的质量浓度为2~10%；

U2中，所述胶原酶溶液中胶原酶的浓度为10~100 μg/mL，所述胶原酶溶液与模具内U1所得溶液的体积比为1:100~1:10；静置温度为4℃ ~ 37℃，静置时间为30 ~ 600分钟；冷冻时采用液氮极速冷冻至少4分钟；

U3中，所述活化剂溶液中活化剂的质量浓度为1~10%，所述活化剂为EDC或DMTMM，所述处理时间为60 ~ 480分钟。

3.根据权利要求2所述的软骨或软骨下骨全层修复支架，其特征是，U3中，在所述处理之后，先将主支架以纯化水洗至中性，再将主支架浸入乙醇中以置换出水，然后室温真空干燥，室温指26℃±5℃，即得梯度软骨架。

4.根据权利要求1所述的软骨或软骨下骨全层修复支架，其特征是，W1中，所述模拟体液由以下组分构成：Na⁺142 mM，K⁺5 mM，Mg²⁺1.5 mM，Ca²⁺2.5 mM，Cl^-147.8 mM，HCO₃ ^-4.2 mM，HPO₄ ^2-1 mM，SO₄ ^2-0.5 mM，以及水；

W2中，采用NaOH溶液调节pH，搅拌反应2~24 h，静置陈化24~48 h；

W3中，洗至中性后，将梯度软骨架浸入乙醇中以置换出水，真空干燥于室温下进行，室温指26℃±5℃。

5.根据权利要求1所述的软骨或软骨下骨全层修复支架，其特征是，所述隔离封闭层由以下方法制得：

Y1、采用HCl溶液配制含有活化剂的胶原溶液，将双层支架的梯度软骨架按逆梯度密度方向浸入胶原溶液中，所述逆梯度密度方向为上疏下密；所述胶原溶液的深度占梯度软骨架实际高度的1/10~1/5，所述梯度软骨架实际高度为梯度软骨架总高度减去模拟体液深度；

Y2、在20℃~37℃下进行交联反应，反应结束后，即在梯度软骨架上部形成隔离封闭层，从而得到全层修复支架成品。

6.根据权利要求5所述的软骨或软骨下骨全层修复支架，其特征是，Y1中，先将胶原溶液倒入圆柱形模具中，所述模具的内径大于或等于双层支架中梯度软骨架的直径，再将双层支架的梯度软骨架浸入胶原溶液中。

7.根据权利要求5所述的软骨或软骨下骨全层修复支架，其特征是，Y1中，胶原溶液温度保持在0℃~4℃，所述活化剂为EDC或DMTMM，所述活化剂的质量浓度为1~10%，所述胶原溶液中胶原的浓度为100~500 mg/mL；

Y2中，反应时间为12~24 h。

8.根据权利要求5所述的软骨或软骨下骨全层修复支架，其特征是，在全层修复支架成品中，所述梯度软骨架的最终实际高度为1~5mm，且孔径处于20 ~ 200μm范围内；所述软骨下骨层的高度为1~8 mm，所述软骨下骨层中羟基磷灰石与胶原的质量比为7:3~9:1；所述隔离封闭层的高度为0.3~1.0 mm；所述梯度软骨架与隔离封闭层接触的区域的孔隙率为90~99%，所述梯度软骨架按梯度密度方向的孔隙率变化为5~50%/mm。

9.一种软骨或软骨下骨全层修复支架的制备方法，其特征是，由以下步骤构成：

第一步、制备梯度软骨架：

U1、将胶原溶于HCl溶液中以形成胶原溶液，向胶原溶液中加入糖类物质并混合均匀，所述糖类物质为葡萄糖、蔗糖或乳糖；

U2、将U1所得溶液倒入圆柱形模具中，然后将胶原酶溶液从模具底部注入U1所得溶液中；静置后，将模具先进行冷冻，随后进行冻干，得到主支架；

U3、将U2所得主支架浸没于活化剂溶液中进行交联处理，即得到梯度软骨架；

第二步、制备双层支架：

W1、将已制得的梯度软骨架按梯度密度方向浸入模拟体液中，所述梯度密度方向为上密下疏；所述模拟体液的深度占梯度软骨架总高度的1/3~2/3；

W2、在37℃±1℃、pH 9~11下，搅拌进行沉积反应，然后静置陈化；

W3、取出梯度软骨架，并以去离子水清洗至中性，真空干燥后，即在梯度软骨架下部形成软骨下骨层，从而得到双层支架；

第三步、制备全层修复支架成品：

Y1、采用HCl溶液配制含有活化剂的胶原溶液，将双层支架的梯度软骨架按逆梯度密度方向浸入胶原溶液中，所述逆梯度密度方向为上疏下密；所述胶原溶液的深度占梯度软骨架实际高度的1/10~1/5，所述梯度软骨架实际高度为梯度软骨架总高度减去模拟体液深度；

Y2、在20℃~37℃下进行交联反应，反应结束后，即在梯度软骨架上部形成隔离封闭层，从而得到全层修复支架成品。

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