CN110665057B - 一种羟基磷灰石/plga双层支架的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种羟基磷灰石/PLGA双层支架的制备方法，包括一个制备α‑磷酸三钙粉末的步骤；一个制备磷酸钙骨水泥3D打印固化液的步骤；一个制备羟基磷灰石/PLGA双层支架的步骤，将磷酸钙骨水泥3D打印固化液装入低温打印喷头；将PLGA颗粒装入高温打印喷头，使用3D打印机的双喷头打印模式，按照模型设计依次打印两种材料，打印完毕后，材料在室温下静置，使磷酸钙骨水泥自然固化，最终得到羟基磷灰石/PLGA双层支架。本发明的整个3D打印过程在常温下进行，一步反应生成羟基磷灰石支架，无需进行高温煅烧使羟基磷灰石烧结和去除粘合剂，制备工艺更加简便。

Description

一种羟基磷灰石/PLGA双层支架的制备方法
技术领域
本发明属于组织工程学领域，涉及一种3D打印技术，具体来说是一种羟基磷灰石/PLGA双层支架的制备方法。
背景技术
3D打印技术在组织工程学制备骨修复材料方面已有一些应用，研究的材料也比较广泛，体内可降解材料包括可降解聚酯类聚合物支架，胶原、海藻酸钠交联支架，羟基磷灰石等无机钙类支架等。其中，羟基磷灰石支架在3D打印技术的制备过程中，主要通过与粘合剂复合后进行打印，再进行高温煅烧的方法制备。
传统羟基磷灰石支架的制备方法需要进行煅烧过程，制备过程繁琐，不利于负载生物活性药物；由于需要高温煅烧过程，也无法和其它材料，如可降解聚酯类聚合物复合打印，无法个性化制备具有功能性的复合材料。
聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA)由两种单体——乳酸和羟基乙酸随机聚合而成，是一种可降解的功能高分子有机化合物，具有良好的生物相容性、无毒、良好的成囊和成膜的性能，被广泛应用于制药、医用工程材料和现代化工业领域。在美国PLGA通过FDA认证，被正式作为药用辅料收录进美国药典。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种羟基磷灰石/PLGA双层支架的制备方法，所述的这种羟基磷灰石/PLGA双层支架的制备方法要接近现有技术中羟基磷灰石支架的制备方法制备过程繁琐，不利于负载生物活性药物的技术问题。
本发明提供了一种羟基磷灰石/PLGA双层支架的制备方法，包括如下步骤：
1)一个制备α-磷酸三钙粉末的步骤，按摩尔比2:1称取磷酸氢钙与碳酸钙，在纯水介质中湿法球磨混合，球磨后干燥，干燥后粉末用马弗炉在1250-1400℃煅烧2-4h后取出，鼓风环境下冷却，然后用氧化锆球磨，以乙醇为球磨介质，湿法球磨后干燥，得到α-磷酸三钙粉末；
2)一个制备磷酸钙骨水泥3D打印固化液的步骤，配制浓度为5-10％(w(g)/v(ml))的明胶溶液，将上述明胶溶液与甘油、质量百分比浓度为0.5-1wt％戊二醛溶液按体积比100：10：1进行混合，同时，将步骤1)的α-磷酸三钙粉末按与明胶溶液固液比0.6-1g/mL加入混合溶液中，得到磷酸钙骨水泥3D打印固化液；
3)一个制备羟基磷灰石/PLGA双层支架的步骤，将步骤2)的磷酸钙骨水泥3D打印固化液装入低温打印喷头，低温打印喷头的出料针头选用0.3-0.5mm；将PLGA颗粒装入高温打印喷头，高温打印喷头的出料针头选用0.17-0.4mm，打印温度为180-200℃，使用3D打印机的双喷头打印模式，按照模型设计依次打印两种材料，打印完毕后，材料在室温下静置，使磷酸钙骨水泥自然固化，最终得到羟基磷灰石/PLGA双层支架。
进一步的，PLGA的分子量为10万-40万，LA/GA为75/25-90/10，PLGA分子链两端为酯基、羟基或羧基封端。
本发明制备了粒径均一的纳米α-TCP粉末，当α-TCP粉末与水溶液混合，可以形成具备可塑性、自固化性的骨水泥，最终固化产物为缺钙型羟基磷灰石。利用以上特性，本发明使用明胶、甘油、戊二醛的混合溶液，作为α-TCP的分散剂和固化液，使其调和浆具有良好注射性的同时，也具有能进行逐层堆积的粘度，适用于垂直沉积式3D打印。打印完毕后，该骨水泥在24h内完成固化，形成具备一定力学强度的羟基磷灰石支架。整个3D打印过程在常温下进行，一步反应生成羟基磷灰石支架，无需进行高温煅烧使羟基磷灰石烧结和去除粘合剂，制备工艺更加简便。
本发明将明胶溶液、α-TCP粉末、甘油和戊二醛混合后，配制得到羟基磷灰石支架3D打印“墨水”。该“墨水”装入低温打印喷头的料筒中，PLGA颗粒装入高温打印喷头的料筒，采用双头打印模式，制备得到羟基磷灰石/PLGA双层支架。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明实现了羟基磷灰石、PLGA两种材料混合打印，制备羟基磷灰石/PLGA双层支架。PLGA可作为体内可降解的创外固定材料，具有较高的力学强度，合适的生物降解能力，可为临床个性化制备骨修复材料提供新的思路。本发明的制备方法简单，适用于个性化打印。
附图说明
图1为羟基磷灰石/PLGA两相界面的扫面电镜图(SEM)。
图2为羟基磷灰石/PLGA双层支架的实物图。
具体实施方式
实施例1制备粒径均一的α-TCP粉末
按摩尔比2:1称取磷酸氢钙与碳酸钙，在纯水介质中湿法球磨混合，球磨速度为400rpm，球磨时间为2-4h，球磨后置于80℃烘箱中干燥过夜。干燥后粉末用马弗炉在1250-1400℃煅烧2-4h后取出，鼓风环境下急速冷却。之后用氧化锆球磨，以乙醇为球磨介质，450rpm转速下湿法球磨4h，80℃烘箱中干燥，得到粒径均一的α-TCP(α-磷酸三钙)粉末。
实施例2
配制浓度为5-10％(w(g)/v(ml))的明胶溶液(50-100g/L)，将上述明胶溶液与甘油、质量百分比浓度为1wt％戊二醛溶液按体积比100：10：1进行混合，同时，将实施例1的上述α-TCP粉末按与明胶溶液固液比0.6-1g/mL加入混合溶液中，得到自固化磷酸钙骨水泥3D打印“墨水”。采用上述比例的明胶、甘油、戊二醛混合溶液作为α-TCP的固化液，使骨水泥调和浆具备合适的注射性和粘性，该“墨水”具有较好的可注射性，可通过0.3-0.5mm打印针头进行打印，室温下其粘度满足垂直堆积的要求，可应用于垂直沉积式3D打印技术。
实施例3羟基磷灰石/PLGA双层支架的制备
将上述实施例2的自固化磷酸钙骨水泥3D打印“墨水”装入低温打印喷头，出料针头选用0.3-0.5mm；将PLGA颗粒装入高温打印喷头，PLGA颗粒的分子量为10万-40万，LA/GA为75/25-90/10，PLGA分子链两端可为酯基、羟基或羧基封端，出料针头选用0.17-0.4mm，打印温度为180-200℃。使用3D打印机的双喷头打印模式，按照模型设计依次打印两种材料，得到羟基磷灰石/PLGA双层支架。
采用上述的方法打印制备了直径为6mm的PLGA底座及直径为4mm的羟基磷灰石的双层支架。打印完毕后，材料在室温下静置24h，使磷酸钙骨水泥部分自然固化，最终得到羟基磷灰石/PLGA双层支架。
如图2所示。采用万能试验机测试支架的抗压强度，测试支架抗压强度为10.4±1.69MPa，抗压强度主要由羟基磷灰石支架部分提供，材料的力学性能满足非承重骨骨修复的临床需求。
通过扫描电子显微镜观察PLGA和羟基磷灰石两相连接处的截面，如图1所示，羟基磷灰石在PLGA表面生长，两相之间结合紧密。

Claims (2)

1.一种羟基磷灰石/PLGA双层支架的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)一个制备α-磷酸三钙粉末的步骤，按摩尔比2:1称取磷酸氢钙与碳酸钙，在纯水介质中湿法球磨混合，球磨后干燥，干燥后粉末用马弗炉在1250-1400℃煅烧2-4h后取出，鼓风环境下冷却，然后用氧化锆球磨，以乙醇为球磨介质，湿法球磨后干燥，得到α-磷酸三钙粉末；
2)一个制备磷酸钙骨水泥3D打印固化液的步骤，配制浓度为5-10％(w(g)/v(mL))的明胶溶液，将上述明胶溶液与甘油、质量百分比浓度为0.5-1wt％戊二醛溶液按体积比100：10：1进行混合，同时，将步骤1)的α-磷酸三钙粉末按与明胶溶液固液比0.6-1g/mL加入混合溶液中，得到磷酸钙骨水泥3D打印固化液；
3)一个制备羟基磷灰石/PLGA双层支架的步骤，将步骤2)的磷酸钙骨水泥3D打印固化液装入低温打印喷头，低温打印喷头的出料针头选用0.3-0.5mm；将PLGA颗粒装入高温打印喷头，高温打印喷头的出料针头选用0.17-0.4mm，打印温度为180-200℃，使用3D打印机的双喷头打印模式，按照模型设计依次打印两种材料，打印完毕后，材料在室温下静置，使磷酸钙骨水泥自然固化，最终得到羟基磷灰石/PLGA双层支架。
2.根据权利要求1所述的一种羟基磷灰石/PLGA双层支架的制备方法，其特征在于：所述的PLGA的分子量为10万-40万，LA/GA为75/25-90/10。
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