CN114159621A - 骨修复材料及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种骨修复材料及其制备方法和用途。所述骨修复材料包括以下组成：成骨组分，以及粘结剂；以所述成骨组分的总质量计，所述粘结剂的含量为21.56‑47％，其中，所述粘结剂包括α‑磷酸三钙、光固化材料以及光固化引发剂。本发明的骨修复材料的组成简单，且能够实现3D打印获得骨修复材料后不经烧结即可成型；进一步地，本发明的骨修复材料在打印后无需要进行烧结的方式就可以植入使用，且不易降解，力学性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及一种骨修复材料及其制备方法和用途，特别及一种使生物材料3D打印后的不烧结方法，尤其涉及一种使生物陶瓷材料3D打印后的不烧结方法，属于医用材料领域。
背景技术
磷酸三钙(β-TCP)与人体骨的矿物成分组成类似，具有良好的生物相容性、生物降解性和骨诱导性，常作为生物材料用作骨缺损的治疗上。传统的制备多孔β-TCP支架的方法如化学/气体发泡法、盐析法、冷冻干燥法、热致相分离法等。这些方法都难以控制支架的形态外貌、孔隙率和内部结构，难以准确控制孔径大小在符合血管化和骨组织再生的200-500um的范围内，难以在临床得到应用。
目前3D打印的方法已经广泛用于生物材料的合成，常用的3D打印骨材料包括磷酸钙(TCP)、羟基磷灰石(HA)、异体骨粉等。在打印的过程中往往需要加入粘合剂，如明胶、海藻酸盐、壳聚糖等胶状物使打印的材料混合成合适的浆料注入打印桶中，使之可以顺利打印。但打印结束后往往需要通过各种方法去除粘结剂，如烧结：通过高温加热的方法使粘结剂碳化去除，保留下来的只有骨材料的原来的成分。如果不去除粘结剂，支架往往会在体内37℃的环境中因为明胶等粘结剂的溶解而散架，导致植入的失败。
但是，正是因为烧结这一过程，使支架中的有机成分(明胶等)全部去除，降低的支架本身的生物活性，也使载药支架，载蛋白支架的设想无法实现，限制了3D打印骨支架在生物领域中的应用，因此，本文提出一种新的粘合剂配比，使3D打印骨支架在打印后也不需要进行烧结，也能在体内环境保持较长的支架形态。
引用文献1公开一种用于DLP打印的生物墨水，其包括光敏树脂，β-TCP陶瓷粉末、光固化引发剂以及硅烷偶联剂，其中β-TCP陶瓷粉末与光敏树脂的质量比为40～62：38～60，且β-TCP陶瓷粉末占生物墨水纵梁的38.9～61.5wt％，光固化引发剂的添加比例为光敏树脂的0.5～1.5wt％，硅烷偶联剂的添加比例为β-TCP陶瓷粉体的1～5wt％。但是，引用文献1在打印后仍然需要高温烧结，才能形成支架，降低了支架本身的生物活性。
引用文献2公开了一种基于自由挤出式3D打印技术的磷酸钙多孔生物陶瓷支架及其制备方法，该磷酸钙多孔生物陶瓷支架，包括磷酸钙陶瓷粉体或其纳米浆料、分散剂和明胶水溶液。但是，磷酸钙多孔生物陶瓷支架是在打印后经高温烧结得到，降低了支架本身的生物活性。
引用文献3公开一种制备自固化磷酸钙骨水泥支架的方法，首先混合磷酸氢钙与碳酸钙粉末，干燥后煅烧，冷却后湿法球磨，干燥得到α-TCP粉末；在超纯水中依次加入明胶、海藻酸盐溶解，得到骨水泥固化液；将α-TCP粉末与骨水泥固化液混合，得到自固化磷酸钙骨水泥3D打印墨水，将墨水装入打印料筒，采用垂直层积3D打印机在20-30℃进行打印，打印完毕后，室温下固化，得到自固化磷酸钙骨水泥支架。该自固化磷酸钙骨水泥支架是凝胶形式体现的，力学性能很差，只能注射使用，无法定形植入使用。
引用文献：
引用文献1：CN112274701A
引用文献2：CN109650872A
引用文献3：CN110882419A
发明内容
发明要解决的问题
鉴于现有技术中存在的问题，例如：支架是在打印后经高温烧结得到，降低了支架本身的生物活性；支架是凝胶形式体现的，力学性能很差，只能注射使用，无法定形植入使用等。本发明首先提供一种骨修复材料，该骨修复材料的组成简单，且解决3D打印获得骨修复材料后需要烧结后才能定型的问题。
进一步地，本发明还提供一种骨修复材料，本发明的骨修复材料在打印后无需要进行烧结的方式就可以植入使用。
进一步地，本发明的还提供一种骨修复材料的制备方法，该制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。
用于解决问题的方案
[1]、一种骨修复材料，其包括以下组成：
成骨组分，以及
粘结剂；
以所述成骨组分的总质量计，所述粘结剂的含量为21.56-47％，其中，
所述粘结剂包括α-磷酸三钙、光固化材料以及光固化引发剂。
[2]、根据上述[1]所述的骨修复材料，其中，所述骨修复材料还包括胶状材料；优选地，所述胶状材料与光固化材料的质量比为1:0.1-100。
[3]、根据上述[1]或[2]所述的骨修复材料，其中，所述成骨组分包括羟基磷灰石、β-磷酸三钙、磷酸四钙、磷酸二氢钙、二水合磷酸氢钙和异体骨粉中的一种或两种以上的混合物。
[4]、根据上述[1]-[3]所述的骨修复材料，其中，所述胶状材料包括明胶、胶原、壳聚糖中的一种或两种以上的组合。
[5]、根据上述[1]-[4]所述的骨修复材料，其中，所述光固化材料包括甲基丙烯酰化明胶；和/或，所述光固化引发剂包括聚乙二醇二丙烯酸酯、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧膦、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂中的一种或两种以上的组合。
[6]、根据上述[1]-[5]所述的骨修复材料，其中，所述胶状材料、所述光固化材料以及所述α-磷酸三钙的质量比为1:0.1-100:0.1-2。
[7]、根据上述[2]-[6]所述的骨修复材料，其中，以所述成骨组分的总质量为100％计，所述胶状材料的含量为3-8％，所述光固化材料的含量为1.5-3％，光固化引发剂的含量为20-30％，所述α-磷酸三钙的含量为0.06-6％。
[8]、一种根据上述[1]-[7]任一项所述的骨修复材料的制备方法，其包括将所述骨修复材料的各组分进行混合的步骤。
[9]、根据上述[8]所述的制备方法，其包括以上步骤：
配制胶状材料溶液；
将光固化材料与光固化引发剂混合，得到光固化材料溶液；
将成骨组分、胶状材料溶液、光固化材料溶液以及任选地α-磷酸三钙混合，得到骨修复材料。
[10]、一种成型体，所述成型体为根据上述[1]-[7]任一项所述的骨修复材料经3D打印成型而得到；优选地，所述成型体为人工骨填充制品；更优选地，所述成型体为骨修复支架。
发明的效果
本发明的骨修复材料的组成简单，且能够实现3D打印获得骨修复材料后不经烧结即可成型；
进一步地，本发明的骨修复材料在打印后无需要进行烧结的方式就可以植入使用，且不易降解，力学性能优异。
进一步地，本发明的骨修复材料的制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。
附图说明
图1示出了本发明对比例1-3和实施例1的降解三周后，实验结果对比图；
图2示出了本发明实施例1-3和对比例1-3的质量剩余率测试结果对比图；
图3示出了本发明对比例2和实施例1的骨修复材料植入到鼠股骨髁上的照片；
图4示出了本发明对比例2的骨修复材料植入到鼠股骨髁上8周后的照片；
图5示出了本发明实施例1的骨修复材料植入到鼠股骨髁上8周后的照片；
图6示出了本发明实施例1-3和对比例1的骨修复材料在烧结前后的力学强度对比。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行说明，但本发明不限定于此。本发明不限于以下说明的各构成，在发明请求保护的范围内可以进行各种变更，而适当组合不同实施方式、实施例中各自公开的技术手段而得到的实施方式、实施例也包含在本发明的技术范围中。另外，本说明书中记载的文献全部作为参考文献在本说明书中进行援引。
除非另有定义，本发明所用的技术和科学术语具有与本发明所属技术领域中的普通技术人员所通常理解的相同含义。
本说明书中，使用“数值A～数值B”或“数值A-数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。
本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。本说明书中，“任选的”或“任选地”是指接下来描述的事件或情况可发生或可不发生，并且该描述包括该事件发生的情况和该事件不发生的情况。
本说明书中，出现“％”时，表示质量或重量百分含量，即“质量％”或“重量％”，除非有其他特殊说明。
本说明书中，“平均厚度”通过如下方法得到，取单位面积(例如1cm2)的待测膜，并测量该单位面积膜中任意10点进行测量，该10个点的厚度的平均值即为“平均厚度”。
本说明书中，使用“基本上”或“实质上”表示考虑了工业误差或实验误差范围内的情况。
本说明书中，所提及的“一些具体/优选的实施方式”、“另一些具体/优选的实施方式”、“一些具体/优选的技术方案”、“另一些具体/优选的技术方案”等是指所描述的与该实施方式有关的特定要素(例如，特征、结构、性质和/或特性)包括在此处所述的至少一种实施方式中，并且可存在于其它实施方式中或者可不存在于其它实施方式中。另外，应理解，所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方式中。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本说明书中，如有出现“常温”、“室温”等，其一般可以是10-40℃。
<第一方面>
本发明首先提供一种骨修复材料，其包括以下组成：
成骨组分，以及
粘结剂；
以所述成骨组分的总质量计，所述粘结剂的含量为21.56-47％，其中，
所述粘结剂包括α-磷酸三钙、光固化材料以及光固化引发剂。
本发明的骨修复材料的组成简单，且能够实现3D打印获得骨修复材料后不经烧结即可成型。在本发明中，所述成骨组分与身体的骨的矿物成分组成类似，具有良好的生物相容性、生物降解性和骨诱导性。具体地，在本发明中，所述成骨组分主要包括磷酸钙类材料，例如：可以包括羟基磷灰石、β-磷酸三钙、磷酸四钙、磷酸二氢钙、二水合磷酸氢钙等中的一种或两种以上的混合物。
进一步地，在本发明中，通过使用本发明特定的粘结剂，从而能够实现3D打印获得骨修复材料后不经烧结即可成型，例如：人工骨填充制品等，可以进一步植入细胞培养进行研究，也可植入体内提供结构支撑。
在本发明中，以所述成骨组分的总质量计，所述粘结剂的含量为21.56-47％，例如：22％、25％、28％、30％、35％、40％、45％等。当粘结剂的含量为21.56-47％时，可以使骨修复材料的粘结效果更加好，即在体外、体内的降解实验中证明，材料需要的降解时间更加长。
在本发明中，所述粘结剂包括α-磷酸三钙、光固化材料以及光固化引发剂。由于α-磷酸三钙和光固化材料的存在，使得本发明能够实现3D打印获得骨修复材料后不经烧结即可成型。具体地，光固化材料可以起到的作用是前期的粘结，通过紫外成型快速粘结，加入α-磷酸三钙就可以起到持续粘结的作用，维持时间能够长达2个月以上。
在一些具体的实施方案中，所述骨修复材料还可以包括胶状材料。在本发明中，所述胶状材料与光固化材料的作用大致相同。在本发明中使用胶状材料的作用是可以减少光固化材料的用量，降低生产成本。进一步，在本发明中，可以不含有胶状材料，这样可以使光固化的效果更佳明显，材料的力学性能更好，在体外降解的维持时间更长，但成本较高。
进一步，作为优选，在本发明中，所述胶状材料与光固化材料的质量比为1:0.1-100，例如：1:0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5、1:0.8、1:1、1:2、1:3、1:5、1:10、1:15、1:20、1:25、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70、1:80、1:90等。同时，通过调节胶状材料与光固化材料的质量比，可以改变材料整体的粘稠度，从而使材料体系可以使用3D打印进行成型。
具体地，在本发明中，所述胶状材料包括明胶、胶原、壳聚糖等中的一种或两种以上的组合。优选地，本发明的胶状材料优选不使用海藻酸盐，例如海藻酸钠、海藻酸钾等。这是因为当本发明的骨修复材料中含有钙离子时，会与海藻酸盐进行耦连，导致材料体系变硬，打印堵塞。进一步优选地，所述胶状材料包括明胶，通过使用明胶，可以使骨修复材料在打印前形成凝胶体系，有利于打印，且成型效果优异。
进一步，在本发明中，本发明对光固化材料不作特定限定，可以是本领域常用的光固化材料，具体地，所述光固化材料包括甲基丙烯酰化明胶。
对于光固化引发剂，本发明不作特别限定，可以根据需要添加合适的光固化引发剂。具体地，所述光固化引发剂可以为聚乙二醇二丙烯酸酯、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧膦、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂等中的一种或两种以上的组合。
进一步，在本发明中，所述胶状材料、所述光固化材料以及所述α-磷酸三钙的质量比为1:0.1-100:0.1-2，例如：1:0.2:0.1、1:0.3:0.2、1:0.4:0.3、1:0.5:0.3、1:0.8:0.5、1:1:0.8、1:2:1、1:3:1.2、1:5:1.5、1:10:1.8、1:15:2、1:20:0.4、1:25:0.6、1:30:0.9、1:40:1.2、1:50:1.4、1:60:1.6、1:70:1.7、1:80:1.9、1:90:2等。当所述胶状材料、所述光固化材料以及所述α-磷酸三钙的质量比为1:0.1-100:0.1-2时，所得到的骨修复材料的降解时间较长，粘结效果较好，且成本较低。
在一些具体的实施方案中，考虑到成本、降解时间以及粘结效果，在本发明中，以所述成骨组分的总质量为100％计，所述胶状材料的含量为3-8％，例如：3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％等，所述光固化材料的含量为1.5-3％，例如：1.8％、2％、2.2％、2.5％、2.8％等，光固化引发剂的含量为20-30％，例如：21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％等，所述α-磷酸三钙的含量为0.06-6％，例如：0.1％、0.3％、0.5％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.2％、2.5％、2.8％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％等。
<第二方面>
本发明的第二方面提供一种根据本发明第一方面所述的骨修复材料的制备方法，其包括将所述骨修复材料的各组分进行混合的步骤。
在一些具体的实施方案中，所述骨修复材料的制备方法包括以下步骤：
任选配制胶状材料溶液；
将光固化材料与光固化引发剂混合，得到光固化材料溶液；
将成骨组分、任选地胶状材料溶液、光固化材料溶液以及α-磷酸三钙混合，得到骨修复材料。
对于配制胶状材料溶液的溶剂，本发明不作特别限定，可以是本领域常用的一些溶剂。所述溶剂选自有机溶剂或水。所述有机溶剂可以为极性溶剂，例如醇类溶剂、酰胺类溶剂、酯类溶剂、腈类溶剂等，从植入材料的角度考虑，优选为沸点低于100℃的有机溶剂，更有选为沸点低于80℃的有机溶剂。优选的，所述溶剂为水。在本发明的一些实施方案中，溶剂也可以为上述极性溶剂与水的混合物，当溶剂以混合溶剂使用时，优选的溶剂中水的质量分数为70％以上，以溶剂的总质量计。
对于配制胶状材料溶液的温度等，可以是在常温的条件下进行配制，考虑到溶解的速度等，可以在40-80℃，例如：45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃等的温度下进行配制。为了不影响材料的性能，优选可以使用水浴的方式进行溶解。
一般而言，对于胶状材料溶液中胶状材料的浓度，本发明不作特别限定，可以根据需要配制合适的浓度，考虑到产品的性能，本发明优选胶状材料的质量浓度为15-25％，例如：16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％等。
进一步，对于光固化材料溶液，可以将光固化材料与光固化引发剂混合，得到光固化材料溶液。具体地，当使用苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)作为光固化引发剂时，每毫升光固化引发剂与0.1-0.3g的光固化材料进行混合，从而得到光固化材料溶液。
进一步，将成骨组分、任选地胶状材料溶液、光固化材料溶液以及α-磷酸三钙混合，得到骨修复材料。对于混合的方式，本发明不作特别限定，可以是常规的方式进行混合。作为优选，为了使混合的更加均匀，且有利于获得所需的骨修复材料，可以在40-80℃，例如：45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃等的温度下进行混合。为了不影响材料的性能，优选可以使用水浴的方式进行混合。
<第三方面>
本发明的第三方面还提供一种成型体，所述成型体为根据本发明第一方面所述的骨修复材料经3D打印成型而得到；优选地，所述成型体为人工骨填充制品；更优选地，所述成型体为骨修复材料。
在一些具体的实施方案中，对于成型体的制备方法，可以利用3D打印机进行打印。将浆料转移到注射器筒中，通过鲁尔接头将浆料转移到专用打印筒中，插入打印机螺纹口进行打印，以获得成型体。
具体地，进行打印时，所述打印机的参数为：
冷水系统：4～6℃；平台温控：-6～-4℃
筒料SV：34.0～36.0℃
正转速度：4～6％
层高：0.25～0.35mm；第一层0.25～0.35mm；填充率：25～35％
打印移动速度：25～35mm/s；非打印位置移动速度：60～70mm/s
打印头：内径0.33-0.41mm，外径0.64-0.71mm。
实施例
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售获得的常规产品。
实施例中，明胶购于天津科密欧化学试剂有限公司；聚乙二醇二丙烯酸酯购于上海阿拉丁公司；羟基磷灰石购于伤害阿拉丁公司。
甲基丙烯酰化明胶(甲基丙烯酰化明胶，Gelma)、光固化引发剂(苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂，LAP)购于苏州永沁泉智能设备有限公司。
α-TCP购于昆山华侨科技新材料有限公司；货号：HQ-TCP-02。
β-TCP按以下方法制备得到：按摩尔比Ca/P为1.5混合CaCO3、CaHPO4·2H2O粉末，再以无水乙醇为介质，进行湿磨混匀(300rpm，2h)，混合粉料、研磨球以及无水乙醇的质量比为1:2:1.5，其中研磨球大号(1cm)与小号(0.4cm)质量比为1:2。将混合粉末-无水乙醇浆液移至氧化锆坩埚中，放入鼓风干燥箱中充分干燥，使无水乙醇完全蒸发，得到干粉；随后将坩埚移入马弗炉中，梯度升温加热至1000℃得到β-TCP粉末。
对比例1
提前1小时开启水浴锅到60℃，配置好质量分数为20％的明胶溶液，具体取20g明胶溶解于100mL去离子水中，在60℃水浴中溶解。称量4g的β-TCP加入1mL的质量分数为20％的明胶溶液中(其中，明胶的含量为0.2g)，在60℃的水浴锅中用针头搅拌均匀成牙膏状，得到骨修复材料。
对比例2
提前1小时开启水浴锅到60℃，配置质量分数为20％的明胶溶液，具体将20g明胶溶解于100mL去离子水中，在60℃水浴中溶解。配置质量分数为10％的甲基丙烯酰化明胶(Gelma)溶液，具体称量0.1g的甲基丙烯酰化明胶，加入1mL光固化引发剂苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)。称量3.8g的β-TCP加入1mL质量分数为20％的明胶溶液(其中，明胶的含量为0.2g)、1mL质量分数为10％的甲基丙烯酰化明胶溶液(其中，甲基丙烯酰化明胶的含量为0.1g)，在60℃水浴锅中用针头搅拌均匀成牙膏状，得到骨修复材料。
对比例3
提前1小时开启水浴锅到60℃，配置质量分数为20％的明胶溶液，具体将20g明胶溶解于100mL去离子水中，在60℃水浴中溶解。配置质量分数为20％的甲基丙烯酰化明胶(Gelma)溶液，称量0.2g的甲基丙烯酰化明胶，加入1mL光固化引发剂苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)。称量3.8g的β-TCP加入1mL质量分数为20％的明胶溶液(其中，明胶的含量为0.2g)、1mL质量分数为20％的甲基丙烯酰化明胶溶液(其中，甲基丙烯酰化明胶的含量为0.2g)，在60℃水浴锅中用针头搅拌均匀成牙膏状，得到骨修复材料。
实施例1
提前1小时开启水浴锅到60℃，配置质量分数为20％的明胶溶液，20g明胶溶解于100mL去离子水中，在60℃水浴中溶解。配置质量分数为10％的甲基丙烯酰化明胶(Gelma)溶液，称量0.1g的甲基丙烯酰化明胶，加入1mL光固化引发剂苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)。称量3.96g的β-TCP和0.04g的α-TCP加入1mL质量分数为20％的明胶溶液(其中，明胶的含量为0.2g)、1mL质量分数为10％的甲基丙烯酰化明胶溶液(其中，甲基丙烯酰化明胶的含量为0.1g)，在60℃水浴锅中用针头搅拌均匀成牙膏状，得到骨修复材料。
实施例2
提前1小时开启水浴锅到60℃，配置质量分数为20％的明胶溶液，20g明胶溶解于100mL去离子水中，在60℃水浴中溶解。配置质量分数为10％的甲基丙烯酰化明胶(Gelma)溶液，称量0.1g的甲基丙烯酰化明胶，加入1mL光固化引发剂聚乙二醇二丙烯酸酯。称量3.96g的β-TCP和0.04g的α-TCP加入1mL质量分数为20％的明胶溶液、1mL质量分数为10％的甲基丙烯酰化明胶溶液(其中，甲基丙烯酰化明胶的含量为0.1g)，在60℃水浴锅中用针头搅拌均匀成牙膏状，得到骨修复材料。
实施例3
提前1小时开启水浴锅到60℃，配置好质量分数为20％的明胶溶液，20g明胶溶解于100mL去离子水中，在60℃水浴中溶解。配置质量分数为10％的甲基丙烯酰化明胶(Gelma)溶液，称量0.1g甲基丙烯酰化明胶，加入1mL光固化引发剂苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)。称量3.96g的羟基磷灰石和0.04g的α-TCP加入1mL质量分数为20％的明胶溶液、1mL质量分数为10％的甲基丙烯酰化明胶溶液，在60℃水浴锅中用针头搅拌均匀成牙膏状，得到骨修复材料。
获取对比例1-3和实施例1-3的骨修复材料，用药勺将材料转移到10mL注射器筒中，通过鲁尔接头转移到专用打印筒中，插入打印机螺纹口进行打印。其中，进行打印时，所述打印机的参数为：冷水系统：5℃；平台温控：-5℃；筒料SV：35.0℃；正转速度：5％；层高0.3mm；第一层0.3mm；填充率：30％；打印移动速度：30mm/s；非打印位置移动速度：65mm/s。打印出来后快速置于-20℃备用。
性能测试
1、体外降解实验(1)
将各组支架样品试样称量记下初始干重，再置于10mL离心管中，并加入8mL磷酸盐缓冲液(PBS，pH＝7.40)或8mL脂肪酶/磷酸盐缓冲液(PBS，脂肪酶1mg/mL，pH＝7.40)，于37℃恒温培养箱中进行体外模拟降解(脂肪酶降解液每周更换一次，磷酸盐缓冲液降解组不更换降解液)。酶降解和磷酸盐缓冲液降解实验每组平行样品为3个。依据设置的时间点，在1周，2周，3周，4周取出样品并用去离子水浸泡并冲洗三次，用滤纸小心吸去表面水分并测量湿重。之后将样品置于真空烘箱常温烘干一周至恒重并测量其干重。
质量损失率与吸水率的测试方法为：设支架样品原始质量为m0，湿重mW，干重mD。支架试样在磷酸盐缓冲液降解以及酶促降解过程中的质量损失率和吸水率依据公式进行计算，结果如下表1所示：
质量损失率(％)＝(m0-mD)/m0×100
质量剩余率(％)＝1-质量损失率
表1
由表1可以看出，实施例1的体外降解速度相比对比例1-3均较慢。
另外，由图1的体外降解的实验结果中看出，在没有加入甲基丙烯酰化明胶(对比例1，左上图)，骨修复材料在3周内就会降解，加入甲基丙烯酰化明胶后的骨修复材料能维持较长的时间(对比例2和3，右上图和左下图)，再加入α-TCP后(实施例1，右下图)的骨修复材料在3周后仍然也能基本维持形状。
2、体外降解实验(2)
骨修复材料放在仿生体液中进行降解，然后在一周～八周进行质量称重，具体在每周的同一时间取出骨修复材料，吸干水分，测量骨修复材料剩余质量，用剩余质量除以骨修复材料的初始质量得到骨修复材料的质量剩余率(％)，结果如图2所示。
由图2可以看出，对比例1的骨修复材料在第2周就无法保持较多的原始质量；本发明对比例2和对比例3的骨修复材料在2周时还能保持较多的原始质量，但对比例2和对比例3在第3周就无法保持较多的原始质量；本发明实施例1-3的骨修复材料在8周时还能保持较多的原始质量。
3、体内降解实验
选择对比例2和实施例1进行动物实验，如图3所示，使用1％戊巴比妥钠对大鼠进行麻醉后，将大鼠平卧于手术台，用橡皮筋固定四肢，使用小动物脱毛器将膝盖附近区域进行脱毛处理。沿大鼠髌骨旁切开皮肤，逐层钝性分离皮下组织，找到股骨髁上1-2mm的位置，使用4mm骨钻在股骨髁上钻孔，然后将打印好的骨修复材料植入孔中。逐层缝合组织皮肤，待大鼠麻醉恢复后放回笼中继续饲养。观察8周后取材；其中，图4示出了本发明对比例2的骨修复材料植入到鼠股骨髁上8周后的照片；图5示出了本发明实施例1的骨修复材料植入到鼠股骨髁上8周后的照片。
由图4和图5可以看出，8周后，图中可见体内情况跟体外实验一致，8周的情况下对比例2已经降解完，但实施例1仍然能保持较完整的形态。
4、力学强度测试
根据国标(GB/T8813-2008)测量骨修复材料的压缩强度，使用2000N的力在1mm/min的速度下进行压缩，万能力学试验机是来自广州凯捷设备有限公司。支架的烧结：打印完成后，将支架放于真空冷冻冻干机中充分干燥48h。随后，支架被移入马弗炉中，在1250℃下高温烧结2小时，得到烧结后的支架样品。分别测量烧结前和烧结后骨修复材料的力学强度，结果如图6所示。
由图6可以看出，本发明实施例1-3和对比例1的骨修复材料的压缩强度在烧结前和烧结后的差别不大。
需要说明的是，尽管以具体实例介绍了本发明的技术方案，但本领域技术人员能够理解，本发明应不限于此。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种骨修复材料，其特征在于，包括以下组成：
成骨组分，以及
粘结剂；
以所述成骨组分的总质量计，所述粘结剂的含量为21.56-47％，其中，
所述粘结剂包括α-磷酸三钙、光固化材料以及光固化引发剂。
2.根据权利要求1所述的骨修复材料，其特征在于，所述骨修复材料还包括胶状材料；优选地，所述胶状材料与光固化材料的质量比为1:0.1-100。
3.根据权利要求1或2所述的骨修复材料，其特征在于，所述成骨组分包括羟基磷灰石、β-磷酸三钙、磷酸四钙、磷酸二氢钙、二水合磷酸氢钙和异体骨粉中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1-3任一项所述的骨修复材料，其特征在于，所述胶状材料包括明胶、胶原、壳聚糖中的一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的骨修复材料，其特征在于，所述光固化材料包括甲基丙烯酰化明胶；和/或，所述光固化引发剂包括聚乙二醇二丙烯酸酯、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧膦、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂中的一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1-5任一项所述的骨修复材料，其特征在于，所述胶状材料、所述光固化材料以及所述α-磷酸三钙的质量比为1:0.1-100:0.1-2。
7.根据权利要求2-6任一项所述的骨修复材料，其特征在于，以所述成骨组分的总质量为100％计，所述胶状材料的含量为3-8％，所述光固化材料的含量为1.5-3％，光固化引发剂的含量为20-30％，所述α-磷酸三钙的含量为0.06-6％。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的骨修复材料的制备方法，其特征在于，包括将所述骨修复材料的各组分进行混合的步骤。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，包括以上步骤：
配制胶状材料溶液；
将光固化材料与光固化引发剂混合，得到光固化材料溶液；
将成骨组分、胶状材料溶液、光固化材料溶液以及任选地α-磷酸三钙混合，得到骨修复材料。
10.一种成型体，其特征在于，所述成型体为根据权利要求1-7任一项所述的骨修复材料经3D打印成型而得到；优选地，所述成型体为人工骨填充制品；更优选地，所述成型体为骨修复支架。
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