CN112675362A - 一种用于骨修复的个性化镁合金支架的制备方法及其产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于骨修复的个性化镁合金支架的制备方法及其产品，通过个性化3D打印技术制备的载药丝素蛋白涂层改性的镁合金支架及其制备方法。通过3D打印技术制备镁合金支架，可调控镁合金网的厚度和孔径，满足临床个性化需求；以负载促血管化生物活性因子的丝素蛋白涂层作为生物活性涂层对可降解镁合金进行表面改性，通过聚合物涂层的阻隔作用，降低镁合金与降解介质的接触，从而改善材料的耐腐蚀性；同时促进增骨区内部血管化，为新骨生长提供营养物质，同时提高降解产物氢气的运输和排放。本发明提出一种新的用于骨修复的个性化镁合金支架的制备方法，为临床个性化治疗大面积骨缺损提供了新的思路，具有广阔的临床应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物医用材料技术领域的方法，具体是一种用于骨修复的个性化镁合金支架的制备方法及其产品，种通过个性化3D打印技术制备的载药丝素蛋白涂层改性的镁合金支架及其制备方法。
背景技术
目前临床常用的金属网支架以钛合金材料为主，钛合金具有密度低、耐腐蚀、生物惰性等特点，是良好的体内植入材料。但是临床实践中，钛网支架仍然暴露出了一些固有缺陷，如生物相容性较差，表面涂层降解吸收后，与组织不能良好融合；钛本身无法降解，需要二次手术取出，容易造成二次创伤等。生物可降解的镁合金作为体内植入材料具有巨大应用潜力，其在体内可以通过电解反应自然降解，且降解产物生成的Mg2+是人体含量第四位的金属元素，具有良好的生物安全性。镁合金还是一种具有良好可加工性的金属，可以精确控制加工尺寸，最终产品具有稳定的结构，因此，可以实现3D打印制备，满足临床所需的特殊结构的应用要求。
然而，可降解镁合金也存在一些缺陷，如在生物环境中的降解速度太快，在新骨完全愈合以前，无法保持足够的机械强度和结构的完整，降解过程中快速释放的氢气会在周围软组织大量聚集，不利于新生组织，如骨组织形成[Williams D. New interest inmagnesium. Med. Device Technol., 2016, 17:9–10.]，限制了其进一步应用。表面改性是改善镁合金抗腐蚀能力的一种有效途径，主要的作用原理是表面涂层发挥了阻隔镁合金与腐蚀电解液（降解介质）接触的屏障作用。同时，采用生物活性涂层进行表面改性，能为镁合金表面提供活性功能集团，识别细胞信号分子，从而改善细胞与材料之间的相容性，引导细胞的粘附、增殖和分化。
针对以上背景，本发明通过3D打印技术制备可降解镁合金支架，通过氟化处理改进WE43镁合金表面，增加合金的抗腐蚀性，通过物理作用涂覆负载促血管化生物活性因子的丝素蛋白涂层，促进骨增量区域内部血管化，一方面为新骨生长提供充足血供，促进增骨效果；另一方面提高氢气的运输能力，减少组织内氢气富集，从而影响组织粘附。本发明在骨科临床个性化治疗领域具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于骨修复的个性化镁合金支架的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的用于骨修复的个性化镁合金支架产品。
本发明目的通过下述方案实现：一种用于骨修复的个性化镁合金支架的制备方法，其特征在于通过个性化3D打印技术制备的载药丝素蛋白涂层改性的镁合金支架，，包括以下步骤：
（1）将WE43镁合金在惰性气体保护下用砂纸去除表面层，并将后处理的合金铸体在充满惰性气体的环境中，采用机械研磨成镁合金粉体；
（2）用金属3D打印机进行个性化支架的打印制备，打印完成的支架进行氟化处理，在煮沸的浓度为5M的NaOH溶液中浸泡3小时，超纯水清洗后在60℃的40%（v/v）HF溶液中浸泡6小时，之后超纯水清洗并在室温下干燥；
（3）配制纺丝液，将丝素蛋白与促血管化活性因子分别溶于六氟异丙醇中，配制成质量分数为5-10%的丝素蛋白/活性因子溶液，进行静电纺丝喷涂，最终得到表面涂层化的镁合金支架。
步骤（1）所述的惰性气体为氮气或氩气中的一种。
步骤（3）所述丝素蛋白溶液的配制方式为常温下磁力搅拌溶解。
步骤（3）所述促血管化生物活性因子包括血管内皮生长因子（VEGF）、血小板原性生长因子（PDGF）中的一种。
步骤（3）所述静电纺丝步骤为用注射器吸取纺丝液，置于静电纺丝装置中，镁合金支架用可旋转的不锈钢接收杆固定，接收杆与喷丝方向垂直，注射针头处设正电压为10kV，接收杆处设负电压为-1kV，接收距离为10-15cm，在40℃干燥环境中进行静电纺丝喷涂。
本发明提供一种用于骨修复的个性化镁合金支架，根据上述任一所述方法制备得到。
将WE43镁合金在惰性气体保护下用砂纸去除表面层，并将后处理的合金铸体在充满惰性气体的环境中，采用机械研磨制备镁合金粉体；根据成骨区域CT扫描数据建立打印模型，用金属3D打印机进行3D打印成型；将镁合金进行表面氟化处理，用静电纺丝法将载药丝素蛋白涂层涂覆在氟化处理后的镁合金表面，最终得到具有良好抗腐蚀性、生物相容性和促血管化能力的镁合金支架。
通过3D打印技术制备镁合金支架，可调控镁合金网的厚度和孔径，满足临床个性化需求；以负载促血管化生物活性因子的丝素蛋白涂层作为生物活性涂层对可降解镁合金进行表面改性，通过聚合物涂层的阻隔作用，降低镁合金与降解介质的接触，从而改善材料的耐腐蚀性；同时促进增骨区内部血管化，为新骨生长提供营养物质，同时提高降解产物氢气的运输和排放。本发明提出一种新的用于骨修复的个性化镁合金支架的制备方法，为临床个性化治疗大面积骨缺损提供了新的思路，具有广阔的临床应用前景。
本发明通过3D打印技术制备可降解镁合金支架，通过氟化处理改进WE43镁合金表面，增加合金的抗腐蚀性，通过物理作用涂覆负载促血管化生物活性因子的丝素蛋白涂层，促进骨增量区域内部血管化，一方面为新骨生长提供充足血供，促进增骨效果；另一方面提高氢气的运输能力，减少组织内氢气富集，从而影响组织粘附。
本发明的优点在于：
1、通过3D打印技术制备镁合金支架，可调控镁合金网的厚度和孔径，满足临床个性化需求。
2、本技术以负载促血管化生物活性因子的丝素蛋白涂层作为生物活性涂层对可降解镁合金进行表面改性，通过聚合物涂层的阻隔作用，降低镁合金与降解介质的接触，从而改善材料的耐腐蚀性。同时促进增骨区内部血管化，为新骨生长提供营养物质，同时提高降解产物氢气的运输和排放。
附图说明
图1是所制备静电纺丝涂层的SEM图。
具体实施方式
以下实施例以发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。
实施例1
一种用于骨修复的个性化镁合金支架，通过个性化3D打印技术制备的载药丝素蛋白涂层改性的镁合金支架，按以下步骤制备：
（1）将WE43镁合金铸体在惰性气体保护下用砂纸去除表面层，并将处理后的合金铸体在充满氩气的手套箱中，研磨成镁合金粉体；
（2）用金属3D打印机进行个性化支架的打印制备，该粉末通过金属3D打印机制备镁合金支架，进行氟化处理，在煮沸的浓度为5M的NaOH溶液中浸泡3小时，超纯水清洗后在60℃的40%（v/v）HF溶液中浸泡6小时，之后超纯水清洗并在室温下干燥；
（3）配制纺丝液，将丝素蛋白与促血管化活性因子VEGF分别溶于六氟异丙醇中，配制成质量分数为5%的丝素蛋白/活性因子溶液，得到静电纺丝液，图1是所制备静电纺丝涂层的SEM图，其中，VEGF与丝素蛋白的质量比为10μg/g，用注射器吸取纺丝液，置于静电纺丝装置中进行静电纺丝喷涂，步骤（2）得到的镁合金支架用可旋转的不锈钢接收杆固定，接收杆与喷丝方向垂直，注射针头处设正电压为10kV，接收杆处设负电压为-1kV，接收距离为10-15cm，在40℃干燥环境中进行静电纺丝喷涂，最终得到表面涂层化的载药丝素蛋白涂层改性镁合金支架。
实施例2
一种用于骨修复的个性化镁合金支架，步骤（1）和（2）与实施例1相同，按以下步骤制备：
（3）配制纺丝液，将丝素蛋白与促血管化活性因子VEGF分别溶于六氟异丙醇中，配制成质量分数为8%的丝素蛋白/活性因子溶液，得到静电纺丝液，其中，VEGF与丝素蛋白的质量比为50μg/g，用注射器吸取纺丝液，置于静电纺丝装置中进行静电纺丝喷涂，步骤（2）得到的镁合金支架用可旋转的不锈钢接收杆固定，接收杆与喷丝方向垂直，注射针头处设正电压为10kV，接收杆处设负电压为-1kV，接收距离为10-15cm，在40℃干燥环境中进行静电纺丝喷涂，最终得到表面涂层化的载药丝素蛋白涂层改性镁合金支架。
实施例3
一种用于骨修复的个性化镁合金支架，步骤（1）和（2）与实施例1相同，按以下步骤制备：
（3）配制纺丝液，将丝素蛋白与促血管化活性因子PDGF分别溶于六氟异丙醇中，配制成质量分数为8%的丝素蛋白/活性因子溶液，得到静电纺丝液，其中，PDGF与丝素蛋白的质量比为50μg/g，用注射器吸取纺丝液，置于静电纺丝装置中进行静电纺丝喷涂，最终得到表面涂层化的载药丝素蛋白涂层改性镁合金支架。
Claims (6)
1.一种用于骨修复的个性化镁合金支架的制备方法，其特征在于，通过个性化3D打印技术制备的载药丝素蛋白涂层改性的镁合金支架，包括以下步骤：
（1）将WE43镁合金铸体在惰性气体保护下用砂纸去除表面层，并将处理后的合金铸体在充满惰性气体的环境中，研磨成镁合金粉体；
（2）用金属3D打印机进行个性化支架的打印制备，打印完成的支架进行氟化处理，在煮沸的浓度为5M的NaOH溶液中浸泡3小时，超纯水清洗后在60℃的40%（v/v）HF溶液中浸泡6小时，之后超纯水清洗并在室温下干燥；
（3）配制纺丝液，将丝素蛋白与促血管化活性因子分别溶于六氟异丙醇中，配制成质量分数为5-10%的丝素蛋白/活性因子溶液，进行静电纺丝喷涂步骤（2）得到的镁合金支架上，最终得到表面涂层化的镁合金支架。
2.根据权利要求1所述用于骨修复的个性化镁合金支架的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的惰性气体为氮气或氩气中的一种。
3.根据权利要求1所述用于骨修复的个性化镁合金支架的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述丝素蛋白溶液的配制方式为常温下磁力搅拌溶解。
4.根据权利要求1所述用于骨修复的个性化镁合金支架的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述促血管化生物活性因子包括血管内皮生长因子VEGF、血小板原性生长因子PDGF中的一种。
5.根据权利要求1所述用于骨修复的个性化镁合金支架的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述静电纺丝步骤为用注射器吸取纺丝液，置于静电纺丝装置中，镁合金支架用可旋转的不锈钢接收杆固定，接收杆与喷丝方向垂直；注射针头处设正电压为10kV，接收杆处设负电压为-1kV，接收距离为10-15cm，在40℃干燥环境中进行静电纺丝喷涂。
6.一种用于骨修复的个性化镁合金支架，其特征在于，根据权利要求1-5任一所述方法制备得到。
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