CN110680953A - 一种基于3d打印技术制备不同磷酸镁物相多孔骨修复支架的方法 - Google Patents

一种基于3d打印技术制备不同磷酸镁物相多孔骨修复支架的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110680953A
CN110680953A CN201810733725.XA CN201810733725A CN110680953A CN 110680953 A CN110680953 A CN 110680953A CN 201810733725 A CN201810733725 A CN 201810733725A CN 110680953 A CN110680953 A CN 110680953A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phosphate
phosphate solution
magnesium
gum
chitosan
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810733725.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110680953B (zh
Inventor
郭燕川
曹霄峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Original Assignee
Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS filed Critical Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority to CN201810733725.XA priority Critical patent/CN110680953B/zh
Publication of CN110680953A publication Critical patent/CN110680953A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110680953B publication Critical patent/CN110680953B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02—Inorganic materials
    • A61L27/12—Phosphorus-containing materials, e.g. apatite
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于3D打印技术制备不同磷酸镁物相多孔骨修复支架的方法。该方法以氧化镁、氢氧化镁和碱式碳酸镁中的一种或多种作为基料，制备浆料，再利用3D打印技术制造出具有预设形状三维立体多孔结构的生料；然后将所述生料经磷酸盐溶液浸泡、清洗、烘干，制得具有不同磷酸镁物相的多孔骨修复支架材料。该方法原料简单、制备快速，成本低，可对产物磷酸镁的物相进行控制，且方便与其它利于骨缺损修复的物质相结合。

Description

一种基于3D打印技术制备不同磷酸镁物相多孔骨修复支架的 方法
技术领域
本发明涉及生物医学工程和生物医用材料技术领域。更具体地，涉及一种基于3D打印技术制备不同磷酸镁物相多孔骨修复支架的方法。
背景技术
人体骨骼是人体最大的组织，具有特殊的分级结构。人体骨骼具有一定的再生能力，对较小尺寸的缺损具有自我修复能力，但当骨缺损超过临界尺寸时则不能自行修复。人工合成的骨修复材料克服了自体骨移植和异体骨移植的缺陷，受到了材料学家和医学工作者的广泛关注。组织工程学是20世纪80年代发展起来的一门新兴的交叉学科。通常是将体外培养的组织细胞种植在一种具有良好生物相容性且能够被人体逐步降解吸收的支架材料上。该支架材料为细胞的吸附和生长提供了一个三维空间，所以支架材料的设计与制造在组织工程中是一个关键。
传统的骨组织支架材料的制造过程主要有气体发泡法、添加造孔剂法、冷冻干燥法、纤维粘结法等，都是自上而下的制造过程，难以对支架材料中的孔的大小、连通、空间分布等性质进行控制，不利于细胞获得营养物质，降低了对骨缺损修复的效果。3D打印是20世纪80年代逐步发展起来的用于制造组织工程支架的工艺过程，主要分为粘结剂喷射、定向能量沉积、材料挤压、材料喷射、粉末床烧结/熔化、片层压、容器内光聚合等，可以对支架材料中的孔结构和外形进行精确控制。
一直以来，磷酸钙类材料都是人工骨修复材料研究的热点，具有与自然骨相类似的组成，以及优异的生物相容性和骨传导性。但磷酸钙类材料通常体内吸收较慢，抗压强度也较低，并不是一种完全理想的骨修复材料。相较于传统的磷酸钙类材料，磷酸镁类材料是一类较为新颖的骨修复材料，近年来获得了越来越多的关注。研究显示磷酸镁类材料克服了磷酸钙类材料的一些不足，具有良好的理化性质以及生物相容性，是一种较为理想的骨修复材料，可以用于骨缺损的修复与再生。
目前通过粘结剂喷射(3D Printing)以及材料挤出成型方式已经制造出了基于磷酸镁的骨组织工程支架。但是由于磷酸镁类材料具有多种物相，每种磷酸镁物相具有不同的元素和组成，从而具有不同的理化性质以及生物性质。所以对于磷酸镁类材料的物相控制以及性质调控需要更加深入的研究。目前还没有一种基于材料挤出成型技术的能够用于制备多种磷酸镁物相多孔骨修复支架材料的通用方法。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种基于3D打印技术制备不同磷酸镁物相多孔骨修复支架的方法，更具体地，提供基于3D打印过程材料挤出成型技术制备不同磷酸镁物相多孔骨修复支架的通用方法。
本发明的另一个目的在于提供基于上述制备方法获得的不同磷酸镁物相多孔骨修复支架，及其在生物体内骨骼缺损的填充与修复中的应用。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于3D打印技术制备不同磷酸镁物相多孔骨修复支架的方法，该方法包括以下步骤：
S1：以氧化镁、氢氧化镁和碱式碳酸镁中的一种或多种作为基料，分散于溶剂中，得到浆料；
S2：将所述浆料转入3D打印设备中，设置文件参数，对浆料加载气压，打印，制造出具有预设形状三维立体多孔结构的生料；
S3：将所述生料经磷酸盐溶液浸泡，之后用蒸馏水清洗并烘干，制得具有磷酸镁物相的多孔骨修复支架材料。
进一步地，步骤S3中，用于浸泡生料的磷酸盐溶液包括磷酸氢钙溶液、磷酸二氢钠溶液、磷酸氢二钠溶液、磷酸二氢钾溶液、磷酸氢二钾溶液、磷酸二氢铵溶液和磷酸氢二铵溶液中的一种或多种，优选地，所述磷酸盐溶液的浓度为0.5M-3.5M。
进一步地，浸泡时间为1-7天，浸泡温度为10℃-60℃，浸泡时可采用单一磷酸盐溶液一步浸泡的方法，或不同磷酸盐溶液分步浸泡的方法。
进一步地，所述基料的粒径小于100nm，优选地，所述基料与溶剂的质量体积比g:mL为3:(1-9)。
可选的，步骤S1中，配制浆料时，还可以添加辅助试剂，所述辅助试剂包括磷酸锶类、磷酸钙类、磷酸锌类、硅酸钙类、胶原、胶原肽、明胶、海藻酸钠、药物(例如青霉素、万古霉素、布洛芬等)和骨形态发生蛋白中一种或者多种。
进一步地，当添加辅助试剂时，各种固体粉料的质量百分比为：基料50-100％，辅助试剂0-50％，所有固体粉料的质量百分比之和为100％。
进一步地，所有固体粉料的粒径小于100nm。优选地，所述固体粉料总质量与溶剂的质量体积比g:mL为3:(1-9)。
在上述方法中，配制浆料的溶剂为天然或合成的高分子聚合物溶液，优选地，所述高分子聚合物为明胶、黄原胶、黄蓍胶、槐豆胶、罗望子多糖胶、田箐胶、瓜尔胶、结冷胶、卡波姆、阿拉伯胶、卡拉胶、果胶、羟丙基甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、磷酸化甲壳素、硫酸软骨素、透明质酸、海藻酸钠、壳聚糖、羧甲基壳聚糖、羧丁基壳聚糖、羧基化硫酸酯化壳聚糖、壳寡糖、几丁糖、糖胺多糖、葡聚糖、聚乙二醇、聚乙烯醇、I型胶原、胶原肽、多肽、聚乙烯吡咯烷酮、聚醚F127、聚醚P123、可溶性淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基淀粉、预胶化淀粉、羟烷基淀粉、磷酸酯淀粉、环糊精、肝素、琼脂中的一种或多种；
优选地，所述溶剂的质量浓度为0.1％-30％。
进一步地。步骤S2中，进行3D打印时对上述浆料加载0.1MPa-0.4Mpa气压。
第二方面，上述制备方法获得的不同磷酸镁物相多孔骨修复支架也属于本发明的保护范围，本发明还提供了这些多孔骨修复支架在生物体内骨骼缺损的填充与修复中的应用。
本发明的有益效果：
本发明首次提出一种基于3D打印过程材料挤出成型技术制备不同物相磷酸镁骨修复多孔支架材料的通用方法。这种方法具有原料更加简单、易于获得，制备快速，成本低，可对产物磷酸镁的物相进行控制，方便与其它利于骨缺损修复的物质相结合等特点，可以对骨缺损病例进行个性化定制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出实施例1制备的磷酸镁多孔骨修复支架材料的XRD图谱，物相组成为CaHPO4与MgHPO4，以及少量的Mg(OH)2、未反应完全的MgO。图中标记出Mg(OH)2和MgO的衍射峰，其他衍射峰归属于CaHPO4与MgHPO4。图中的插图为15°-70°衍射角部分的放大图。
图2示出实施例1制备的磷酸镁多孔骨修复支架材料的SEM图片，显示支架材料具有多孔网格结构。支架中线条的宽度约为0.3mm，多孔结构的孔径约为0.4mm。
图3示出实施例1-3制备的磷酸镁多孔骨修复支架材料浸提液(0.01g/mL)的对于小鼠成骨细胞MC3T3-E1的细胞毒性。以细胞培养基α-MEM(含10％胎牛血清)为对照组。培养1天与3天，细胞在浸提液中的增殖情况优于对照组。培养5天时，细胞的增殖略微低于对照组。
图4示出将MC3T3-E1细胞接种到实施例1制备的磷酸镁多孔骨修复支架材料上，进行共培养过程中，细胞在支架材料上的附着生长的SEM图片。显示支架材料上附着的细胞呈多角形，伪足伸展并相互连接。
图5示出将MC3T3-E1细胞接种到实施例1制备的磷酸镁多孔骨修复支架材料上，进行共培养过程中，支架材料边缘处，附着在细胞培养板上细胞的显微镜图片。显示在观察区域，细胞已长满培养板。
图6示出实施例2制备的磷酸镁多孔骨修复支架材料的XRD图谱，物相组成为struvite-(K)(MgKPO4·6H2O)，以及少量的Mg(OH)2、未反应完全的MgO。图中标记出Mg(OH)2和MgO的衍射峰，其他衍射峰归属于struvite-(K)(MgKPO4·6H2O)。
图7示出实施例3制备的磷酸镁多孔骨修复支架材料的XRD图谱，物相组成为鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O)，以及少量的Mg(OH)2、未反应完全的MgO。图中标记出Mg(OH)2和MgO的衍射峰，其他衍射峰归属于MgNH4PO4·6H2O。
图8示出对照例1制备的多孔骨修复支架材料的XRD图谱，物相组成主要为Mg(OH)2和未反应完全的MgO。
具体实施方式
为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
需要说明的是，磷酸镁类材料具有多种物相，每种磷酸镁物相具有不同的元素和组成，从而具有不同的理化性质以及生物性质。用于骨缺损修复的磷酸镁类材料是一类盐矿物的统称，其成分除了含有磷酸根以及镁元素外，通常还包含钙元素、钾元素、钠元素、氢元素、铵根等中的一种或一种以上，以及数量不等的结晶水。基于物相不同，对磷酸镁类材料目前研究较多的是鸟粪石(struvite,MgNH4PO4·6H2O)，磷酸镁钾(struvite-(K),MgKPO4·6H2O)，镁磷石(newberyite,MgHPO4·3H2O)以及磷酸镁/磷酸钙复合材料等。
本发明所有数值指定(例如温度、时间、浓度及重量等，包括其中每一者的范围)通常可是适当以0.1或1.0的增量改变(+)或(-)的近似值。所有数值指定均可理解为前面有术语“约”。
一方面，本发明实施例提供一种基于3D打印技术制备不同磷酸镁物相多孔骨修复支架的方法，该方法包括以下步骤：
S1：以氧化镁、氢氧化镁和碱式碳酸镁中的一种或多种作为基料，分散于溶剂中，得到浆料；
S2：将所述浆料转入3D打印设备中，设置文件参数，对浆料加载气压，打印，制造出具有预设形状三维立体多孔结构的生料；
S3：将所述生料经磷酸盐溶液浸泡，之后用蒸馏水清洗并烘干，制得具有磷酸镁物相的多孔骨修复支架材料。
根据本发明的具体实施方案，步骤S3中，用于浸泡生料的磷酸盐溶液包括磷酸氢钙溶液、磷酸二氢钠溶液、磷酸氢二钠溶液、磷酸二氢钾溶液、磷酸氢二钾溶液、磷酸二氢铵溶液和磷酸氢二铵溶液中的一种或多种。通常情况下，使用的磷酸盐溶液是指磷酸盐水溶液。在本发明的某些具体实施方案中，也可以在水溶液中加入一部分醇，如乙醇，乙二醇，丙三醇等，形成磷酸盐醇-水溶液，一般醇的加入量为磷酸盐水溶液体积的10％以下，不会影响磷酸盐溶液的性质，本发明技术方案可顺利实现。
一般情况下，上述磷酸盐溶液的浓度为0.5M-3.5M(M指mol/L)。例如0.5M、0.7M、0.9M、1.2M、1.5M、2M、2.5M、3M、3.5M等等，或在任何这些浓度之间的任何范围。
根据本发明的具体实施方案，步骤S3中，将所述生料经磷酸盐溶液浸泡，浸泡时间为1-7天，浸泡温度为10℃-60℃，浸泡时可采用单一磷酸盐溶液一步浸泡的方法，或不同磷酸盐溶液分步浸泡的方法。分步浸泡可更好地保持3D打印获得的多孔结构，调节支架材料的表面性质以及调节产物的物相组成。
进一步地，所述基料的粒径小于100nm，优选地，所述基料与溶剂的质量体积比g:mL为3:(1-9)。例如，3:1.5，3:2，3:2.5，3:3.5，3:4，3:4.5，3:6，3:8，3:9等等，或在任何这些比例之间的任何范围。
根据本发明的具体实施方案，在步骤S1中，配制浆料的溶剂为天然或合成的高分子聚合物溶液，其作用是将基料分散在其中，形成适合3D打印的浆料，可以在压力的作用下从喷嘴中被流畅地挤出，而被挤出的线条又具有一定的强度可以堆叠在一起形成三维孔状支架材料。通常情况下，所述的高分子聚合物溶液是指高分子聚合物的水溶液，当然本领域技术人员应当理解，在其水溶液中也可以加入一部分醇，如乙醇，乙二醇，丙三醇等，形成高分子聚合物醇-水溶液，一般醇的加入量为高分子聚合物水溶液体积的10％以下，此操作不会影响溶剂的性质，本发明技术方案可顺利实现。
优选地，所述高分子聚合物包括但不限于，例如，明胶、黄原胶、黄蓍胶、槐豆胶、罗望子多糖胶、田箐胶、瓜尔胶、结冷胶、卡波姆、阿拉伯胶、卡拉胶、果胶；羟丙基甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、磷酸化甲壳素、硫酸软骨素、透明质酸、海藻酸钠；壳聚糖、羧甲基壳聚糖、羧丁基壳聚糖、羧基化硫酸酯化壳聚糖、壳寡糖、几丁糖、糖胺多糖、葡聚糖；聚乙二醇、聚乙烯醇；I型胶原、胶原肽、多肽；聚乙烯吡咯烷酮、聚醚F127、聚醚P123；可溶性淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基淀粉、预胶化淀粉、羟烷基淀粉、磷酸酯淀粉、环糊精、肝素、琼脂，上述这些中的一种或多种。
优选地，所述溶剂的质量浓度为0.1％-30％，例如，0.1％，1％，5％，10％，15％，20％，25％，30％等等，或在任何这些浓度之间的任何范围。
根据本发明的具体实施方案，步骤S2中，进行3D打印时对浆料加载0.1MPa-0.4Mpa气压。
根据本发明的具体实施方案，步骤S3中，烘干温度为25℃-100℃。
上述方法采用的基料非常简单，条件温和，可方便、快速地制备出不同磷酸镁物相的多孔骨修复支架材料。
为了使制得的磷酸镁多孔骨修复支架的性能更加优异，配制浆料时，还可以添加辅助试剂，所述辅助试剂包括磷酸锶类、磷酸钙类、磷酸锌类、硅酸钙类、胶原、胶原肽、明胶、海藻酸钠、药物(例如，青霉素、万古霉素、布洛芬)和骨形态发生蛋白等中一种或者多种。具体地，磷酸锶类、磷酸钙类、磷酸锌类、硅酸钙类这几种材料都是研究较多的骨修复材料，这几种物质的添加有助于调节磷酸镁多孔支架的性能，所含的锶离子、钙离子、锌离子、硅离子在合适的溶出范围内有利于材料的骨修复效果。胶原、胶原肽、明胶、海藻酸钠的添加是基于仿生过程，有助于骨修复的效果，同时也提高了浆料的可打印性质。药物，包括抗生素、抗肿瘤药物、天然促进骨修复的小分子药物等有助于抑制损伤部位感染，肿瘤的复发以及促进骨修复的效果。
进一步地，当添加辅助试剂时，上述各种固体粉料的质量百分比为：基料50-100％，辅助试剂0-50％，所有固体粉料的质量百分比之和为100％。
进一步地，所有固体粉料的粒径小于100nm。优选地，所述固体粉料总质量与溶剂的质量体积比g:mL为3:(1-9)。例如，3:1.5，3:2，3:2.5，3:3.5，3:4，3:4.5，3:6，3:8，3:9等等，或在任何这些比例之间的任何范围。
实施例1
称取4g氧化镁(粒径小于100nm)，将4mL含有1％羟丙基甲基纤维素的水溶液加入固体粉料中，用金属药勺搅拌10分钟，形成粘稠的糊状物。将此糊状物转移至3D打印机的供料盒中，输入预先设计的数据文件，并给供料盒加载0.3MPa的气压，运行3D打印机，制备出方块状三维多孔生料。将此生料在10mL磷酸二氢钙(0.5M)水溶液中60℃条件下浸渍3天，清洗支架材料并在60℃条件下烘干，获得具有多孔三维结构的骨修复支架材料。将获得的支架材料研磨成为粉状，进行X-射线衍射表征，见图1，支架材料的组分为CaHPO4与MgHPO4，以及少量的Mg(OH)2、未反应完全的MgO。图2是支架材料的SEM图片，显示支架材料具有多孔网格结构。支架中线条的宽度约为0.3mm，多孔结构的孔径约为0.4mm。图3是MTT实验表征实施例1-3所制备的支架材料浸提液(支架材料与浸提介质比为0.01g/mL)的细胞毒性，与对照组(含10％胎牛血清的α-MEM细胞培养基)比较，实验显示培养1天与3天，细胞在浸提液中的增殖情况优于对照组。培养5天时，细胞的增殖略微低于对照组。图4与图5是将MC3T3-E1细胞接种到制备的磷酸镁多孔骨修复支架材料上，进行共培养过程中，细胞在支架材料上的附着生长以及支架材料边缘处细胞培养板底部的生长情况。实验显示支架材料上附着的MC3T3-E1细胞呈多角形，伪足伸展并相互连接，而在细胞培养板底部，细胞已长满，未发现死细胞。上述实验表明制备的磷酸镁支架材料具有较低的细胞毒性。
本实施例中，重复上述实验内容而将“羟丙基甲基纤维素”换成壳聚糖、羧甲基壳聚糖、羧丁基壳聚糖、羧基化硫酸酯化壳聚糖、壳寡糖、几丁糖、糖胺多糖、葡聚糖中的一种或几种，不影响得到的产品的性能。
实施例2
同实施例1，区别在于获得方块状三维多孔生料后，使用10mL磷酸二氢钾(1M)水溶液中60℃条件下浸渍3天。X-射线衍射表征，见图6，支架材料的组分为struvite-(K)(MgKPO4·6H2O)，以及少量的Mg(OH)2、未反应完全的MgO。
本实施例中，重复上述实验内容而将“羟丙基甲基纤维素”换成明胶、黄原胶、黄蓍胶、槐豆胶、罗望子多糖胶、田箐胶、瓜尔胶、结冷胶、卡波姆、阿拉伯胶、卡拉胶、果胶中的一种或几种，不影响得到的产品的性能。
实施例3
同实施例1，区别在于获得方块状三维多孔生料后，使用10mL磷酸二氢铵(2M)水溶液中60℃条件下浸渍3天。X-射线衍射表征，见图7，支架材料的组分为鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O)，以及少量的Mg(OH)2、未反应完全的MgO。
本实施例中，重复上述实验内容而将“羟丙基甲基纤维素”换成聚乙烯吡咯烷酮、聚醚F127、聚醚P123中的一种或几种，不影响得到的产品的性能。
实施例4
同实施例1，区别在于称取4g氢氧化镁(粒径小于100nm)，将6mL含有3％可溶性淀粉的水溶液加入固体粉料中，用金属药勺搅拌10分钟，形成粘稠的糊状物。
实施例5
同实施例1，区别在于称取4g氢氧化镁(粒径小于100nm)，将3mL含有15％聚醚F127水溶液加入固体粉料中，用金属药勺搅拌10分钟，形成粘稠的糊状物。
实施例6
同实施例1，区别在于称取4g氢氧化镁(粒径小于100nm)，将4mL含有3％海藻酸钠的水溶液加入固体粉料中，用金属药勺搅拌10分钟，形成粘稠的糊状物。
实施例7
同实施例1，区别在于称取4g碱式碳酸镁(粒径小于100nm)，将3mL含有5％聚乙烯醇的混合水溶液加入固体粉料中，用金属药勺搅拌10分钟，形成粘稠的糊状物。
实施例8
同实施例1，区别在于称取2g氢氧化镁与2g氧化镁(粒径小于100nm)并混合均匀，将3mL含有5％聚乙烯醇水溶液加入固体粉料中，用金属药勺搅拌10分钟，形成粘稠的糊状物。
实施例9
同实施例1，区别在于称取3.8g氧化镁与0.2g胶原肽(粒径小于100nm)并混合均匀，将4mL含有1％羟丙基甲基纤维素的水溶液加入固体粉料中，用金属药勺搅拌10分钟，形成粘稠的糊状物。
实施例10
同实施例2，区别在于获得方块状三维多孔生料后，使用10mL磷酸氢二钾(3.5M)水溶液中60℃条件下浸渍3天。所获得的产物组分为struvite-(K)(MgKPO4·6H2O)，Mg(OH)2、未反应完全的MgO。相比于实施例2，反应物MgO的反应程度稍微低一些。
实施例11
同实施例3，区别在于获得方块状三维多孔生料后，使用10mL磷酸氢二铵(2M)水溶液中60℃条件下浸渍3天。所获得的产物组分为鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O)，Mg(OH)2、未反应完全的MgO。相比于实施例3，反应物MgO的反应程度稍微低一些。
对照例1
同实施例1，区别在于获得方块状三维多孔生料后，使用10mL磷酸(1％)60℃条件下浸渍3天。X-射线衍射表征，见图8，支架材料的主要组分为Mg(OH)2和未反应完全的MgO。
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，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种基于3D打印技术制备不同磷酸镁物相多孔骨修复支架的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：以氧化镁、氢氧化镁和碱式碳酸镁中的一种或多种作为基料，分散于溶剂中，得到浆料；
S2：将所述浆料转入3D打印设备中，设置文件参数，对浆料加载气压，打印，制造出具有预设形状三维立体多孔结构的生料；
S3：将所述生料经磷酸盐溶液浸泡，之后用蒸馏水清洗并烘干，制得具有磷酸镁物相的多孔骨修复支架材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述磷酸盐溶液包括磷酸氢钙溶液、磷酸二氢钠溶液、磷酸氢二钠溶液、磷酸二氢钾溶液、磷酸氢二钾溶液、磷酸二氢铵溶液和磷酸氢二铵溶液中的一种或多种，优选地，所述磷酸盐溶液的浓度为0.5M-3.5M。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，浸泡时间为1-7天，浸泡温度为10℃-60℃，浸泡时采用单一磷酸盐溶液一步浸泡，或不同磷酸盐溶液分步浸泡。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基料的粒径小于100nm，优选地，所述基料与溶剂的质量体积比g:mL为3:(1-9)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，配制浆料时，添加了辅助试剂，所述辅助试剂包括磷酸锶类、磷酸钙类、磷酸锌类、硅酸钙类、胶原、胶原肽、明胶、海藻酸钠、药物和骨形态发生蛋白中一种或者多种。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，配制浆料时，各种固体粉料的质量百分比为：基料50-100％，辅助试剂0-50％，所有固体粉料的质量百分比之和为100％。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，固体粉料的粒径小于100nm。优选地，所述固体粉料与溶剂的质量体积比g:mL为3:(1-9)。
8.根据权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，所述溶剂为天然或合成的高分子聚合物溶液，优选地，所述高分子聚合物为明胶、黄原胶、黄蓍胶、槐豆胶、罗望子多糖胶、田箐胶、瓜尔胶、结冷胶、卡波姆、阿拉伯胶、卡拉胶、果胶、羟丙基甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、磷酸化甲壳素、硫酸软骨素、透明质酸、海藻酸钠、壳聚糖、羧甲基壳聚糖、羧丁基壳聚糖、羧基化硫酸酯化壳聚糖、壳寡糖、几丁糖、糖胺多糖、葡聚糖、聚乙二醇、聚乙烯醇、I型胶原、胶原肽、多肽、聚乙烯吡咯烷酮、聚醚F127、聚醚P123、可溶性淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基淀粉、预胶化淀粉、羟烷基淀粉、磷酸酯淀粉、环糊精、肝素、琼脂中的一种或多种；
优选地，所述溶剂的质量浓度为0.1％-30％。
9.根据权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，步骤S2中，对所述浆料加载0.1MPa-0.4Mpa气压。
10.如权利要求1-9任一所述的方法制备的不同磷酸镁物相多孔骨修复支架在生物体内骨骼缺损的填充和/或修复中的应用。
CN201810733725.XA 2018-07-06 2018-07-06 一种基于3d打印技术制备不同磷酸镁物相多孔骨修复支架的方法 Active CN110680953B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810733725.XA CN110680953B (zh) 2018-07-06 2018-07-06 一种基于3d打印技术制备不同磷酸镁物相多孔骨修复支架的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810733725.XA CN110680953B (zh) 2018-07-06 2018-07-06 一种基于3d打印技术制备不同磷酸镁物相多孔骨修复支架的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110680953A true CN110680953A (zh) 2020-01-14
CN110680953B CN110680953B (zh) 2021-07-27

Family

ID=69106866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810733725.XA Active CN110680953B (zh) 2018-07-06 2018-07-06 一种基于3d打印技术制备不同磷酸镁物相多孔骨修复支架的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110680953B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112755252A (zh) * 2021-01-29 2021-05-07 郑州大学第一附属医院 具有抗菌和促骨作用的3d打印骨修复支架的制备方法
CN113209369A (zh) * 2021-04-29 2021-08-06 西安理工大学 一种高通孔隙磷酸镁骨水泥复合多孔支架的制备方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1364925A1 (en) * 2001-02-28 2003-11-26 Mitsubishi Materials Corporation Calcium phosphate cement
EP2545944A1 (en) * 2010-03-12 2013-01-16 Universitat Politécnica De Catalunya Inorganic cement for biomedical uses, preparation method thereof and use of same
CN103041452A (zh) * 2011-10-13 2013-04-17 中国科学院理化技术研究所 明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料及其制备方法和应用
CN104072091A (zh) * 2014-06-03 2014-10-01 盐城工学院 一种磷酸镁水泥再生骨料结构混凝土及其制备方法
CN104401954A (zh) * 2014-11-24 2015-03-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 磷酸镁纳米结构材料及其制备方法
CN104556763A (zh) * 2015-01-21 2015-04-29 重庆大学 一种混凝土加固用碳纤维布预处理方法
CN105502325A (zh) * 2014-09-26 2016-04-20 中国科学院金属研究所 一种晶须纤维材料及其制备和应用
CN105731990A (zh) * 2016-02-01 2016-07-06 河南理工大学 一种可控降解磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用
CN107137773A (zh) * 2017-05-19 2017-09-08 广州迈普再生医学科技有限公司 用于骨修复的纤维基三维多孔复合材料及其制备方法以及成型品
CN107837424A (zh) * 2017-10-21 2018-03-27 西南交通大学 一种用于3d生物打印的可触变性磷酸镁基凝胶的制备方法
EP3332815A1 (de) * 2016-12-08 2018-06-13 InnoTERE GmbH Strukturierte mineralische knochenersatzformkörper

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1364925A1 (en) * 2001-02-28 2003-11-26 Mitsubishi Materials Corporation Calcium phosphate cement
EP2545944A1 (en) * 2010-03-12 2013-01-16 Universitat Politécnica De Catalunya Inorganic cement for biomedical uses, preparation method thereof and use of same
CN103041452A (zh) * 2011-10-13 2013-04-17 中国科学院理化技术研究所 明胶/纳米骨磷灰石的多孔骨修复框架材料及其制备方法和应用
CN104072091A (zh) * 2014-06-03 2014-10-01 盐城工学院 一种磷酸镁水泥再生骨料结构混凝土及其制备方法
CN105502325A (zh) * 2014-09-26 2016-04-20 中国科学院金属研究所 一种晶须纤维材料及其制备和应用
CN104401954A (zh) * 2014-11-24 2015-03-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 磷酸镁纳米结构材料及其制备方法
CN104556763A (zh) * 2015-01-21 2015-04-29 重庆大学 一种混凝土加固用碳纤维布预处理方法
CN105731990A (zh) * 2016-02-01 2016-07-06 河南理工大学 一种可控降解磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用
EP3332815A1 (de) * 2016-12-08 2018-06-13 InnoTERE GmbH Strukturierte mineralische knochenersatzformkörper
CN107137773A (zh) * 2017-05-19 2017-09-08 广州迈普再生医学科技有限公司 用于骨修复的纤维基三维多孔复合材料及其制备方法以及成型品
CN107837424A (zh) * 2017-10-21 2018-03-27 西南交通大学 一种用于3d生物打印的可触变性磷酸镁基凝胶的制备方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JONGMAN LEE ET AL.: "《Materials Science and Engineering C》", 14 December 2013 *
M.M. FARAG ET AL.: "《Materials Letters》", 14 June 2014 *
UWE KLAMMERT ET AL.: "《J Mater Sci： Mater Med》", 26 August 2010 *
XIAOFENG CAO ET AL.: "《Ceramics International》", 8 May 2020 *
范诗建等: "磷酸盐水泥在3D打印技术中的应用研究", 《新型建筑材料》 *
赵思勰等: "磷酸镁水泥研究进展", 《硅酸盐通报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112755252A (zh) * 2021-01-29 2021-05-07 郑州大学第一附属医院 具有抗菌和促骨作用的3d打印骨修复支架的制备方法
CN113209369A (zh) * 2021-04-29 2021-08-06 西安理工大学 一种高通孔隙磷酸镁骨水泥复合多孔支架的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110680953B (zh) 2021-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Biomimetic fabrication of a three-level hierarchical calcium phosphate/collagen/hydroxyapatite scaffold for bone tissue engineering
Gu et al. Hydroxyapatite nanowire composited gelatin cryogel with improved mechanical properties and cell migration for bone regeneration
US11497829B2 (en) Method for manufacturing support for regenerating core-shell structured hard tissue and support for regenerating core-shell structured hard tissue manufactured thereby
Vinatier et al. Cartilage and bone tissue engineering using hydrogels
CN105268026B (zh) 一种壳聚糖/氧化石墨烯/纳米羟基磷灰石三维多孔复合支架材料的制备方法
CN106830899B (zh) 一种复合陶瓷材料及其制备方法与应用
US20180093009A1 (en) Dimensionally Stable Molded Bone Replacement Element with Residual Hydraulic Activity
Abdurrahim et al. Recent progress on the development of porous bioactive calcium phosphate for biomedical applications
CN110680953B (zh) 一种基于3d打印技术制备不同磷酸镁物相多孔骨修复支架的方法
WO2020206799A1 (zh) 三维生物打印墨水的制备方法及其应用
CN107823715A (zh) 一种pcl/ha复合多孔骨组织工程支架及其制备方法
CN105380732B (zh) 具有多维通道结构的骨修复材料
WO2021039892A1 (ja) 医療用炭酸カルシウム組成物、および関連医療用組成物、ならびにこれらの製造方法
Roozbahani et al. Dexamethasone loaded Laponite®/porous calcium phosphate cement for treatment of bone defects
CN114028620B (zh) 一种矿化人工骨膜及其制备方法和应用
CN114129771B (zh) 仿海绵骨针微结构的柔性生物陶瓷支架及其制备方法和应用
Wan et al. Biomimetically precipitated nanocrystalline hydroxyapatite
CN106668941B (zh) 一种短肽/二氧化硅/羟基磷灰石多孔复合材料的制备方法
CN108079369B (zh) 具有表面纳米结构的硅酸盐骨水泥支架及其制备方法和用途
KR101397043B1 (ko) 다공성 골 대체물의 제조방법
CN105411725B (zh) 一种具有多维通道结构的骨修复材料制备方法
CN114028619A (zh) 一种双层人工骨膜及其制备方法和应用
CN112028620A (zh) 一种多孔性羟基磷灰石生物活性材料及其制备方法和应用
Vu et al. Fabrication of novel bone substitute alginate–N, O-carboxymethyl chitosan–Aldehyde hyaluronic acid–Biphasic calcium phosphate for bone regeneration
JP4801316B2 (ja) リン酸カルシウム多孔体の製法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant