CN114681676A - 一种3d打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法、人工骨及人工骨膜 - Google Patents
一种3d打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法、人工骨及人工骨膜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114681676A CN114681676A CN202210175042.3A CN202210175042A CN114681676A CN 114681676 A CN114681676 A CN 114681676A CN 202210175042 A CN202210175042 A CN 202210175042A CN 114681676 A CN114681676 A CN 114681676A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solution
- selenium
- collagen
- bone
- doped hydroxyapatite
- 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.)
- Pending
Links
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 title claims abstract description 122
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 77
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 title claims abstract description 75
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 208000006735 Periostitis Diseases 0.000 title claims abstract description 33
- 210000003460 periosteum Anatomy 0.000 title claims abstract description 33
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 claims abstract description 70
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 claims abstract description 70
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 claims abstract description 68
- 108010022355 Fibroins Proteins 0.000 claims abstract description 63
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims abstract description 30
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 29
- 229940091258 selenium supplement Drugs 0.000 claims description 28
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 27
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 14
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 9
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 9
- 102000012422 Collagen Type I Human genes 0.000 claims description 8
- 108010022452 Collagen Type I Proteins 0.000 claims description 8
- ZHJGWYRLJUCMRT-UHFFFAOYSA-N 5-[6-[(4-methylpiperazin-1-yl)methyl]benzimidazol-1-yl]-3-[1-[2-(trifluoromethyl)phenyl]ethoxy]thiophene-2-carboxamide Chemical compound C=1C=CC=C(C(F)(F)F)C=1C(C)OC(=C(S1)C(N)=O)C=C1N(C1=C2)C=NC1=CC=C2CN1CCN(C)CC1 ZHJGWYRLJUCMRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- MBDICAOEPMIKPN-UHFFFAOYSA-L calcium ethanol dichloride hydrate Chemical compound O.C(C)O.[Cl-].[Ca+2].[Cl-] MBDICAOEPMIKPN-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N diammonium hydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].[NH4+].OP([O-])([O-])=O MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910000388 diammonium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 235000019838 diammonium phosphate Nutrition 0.000 claims description 7
- BVTBRVFYZUCAKH-UHFFFAOYSA-L disodium selenite Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Se]([O-])=O BVTBRVFYZUCAKH-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 229960001471 sodium selenite Drugs 0.000 claims description 7
- 239000011781 sodium selenite Substances 0.000 claims description 7
- 235000015921 sodium selenite Nutrition 0.000 claims description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 4
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 102000000503 Collagen Type II Human genes 0.000 claims description 3
- 108010041390 Collagen Type II Proteins 0.000 claims description 3
- LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N ammonium dihydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].OP(O)([O-])=O LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000387 ammonium dihydrogen phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L dipotassium hydrogen phosphate Chemical compound [K+].[K+].OP([O-])([O-])=O ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L disodium hydrogen phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 235000019837 monoammonium phosphate Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000005696 Diammonium phosphate Substances 0.000 claims description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 19
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 abstract description 3
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 abstract description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 204
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 18
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 12
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 12
- 239000000047 product Substances 0.000 description 11
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 201000008968 osteosarcoma Diseases 0.000 description 9
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 9
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 206010005949 Bone cancer Diseases 0.000 description 4
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 4
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 4
- 230000005847 immunogenicity Effects 0.000 description 4
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 208000018084 Bone neoplasm Diseases 0.000 description 3
- 230000000735 allogeneic effect Effects 0.000 description 3
- 230000008468 bone growth Effects 0.000 description 3
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 3
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 3
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000010478 bone regeneration Effects 0.000 description 2
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 2
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000002980 postoperative effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000017423 tissue regeneration Effects 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 description 1
- 208000035473 Communicable disease Diseases 0.000 description 1
- 208000000860 Compassion Fatigue Diseases 0.000 description 1
- 102000010834 Extracellular Matrix Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010037362 Extracellular Matrix Proteins Proteins 0.000 description 1
- 206010049811 Extraskeletal ossification Diseases 0.000 description 1
- 208000034970 Heterotopic Ossification Diseases 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 102000035195 Peptidases Human genes 0.000 description 1
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 description 1
- 208000012287 Prolapse Diseases 0.000 description 1
- 208000002607 Pseudarthrosis Diseases 0.000 description 1
- 229910018143 SeO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000006907 apoptotic process Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 230000014461 bone development Effects 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 230000021164 cell adhesion Effects 0.000 description 1
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000002512 chemotherapy Methods 0.000 description 1
- 210000001612 chondrocyte Anatomy 0.000 description 1
- 210000002808 connective tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 229910000396 dipotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019797 dipotassium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 229910000397 disodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019800 disodium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 210000004177 elastic tissue Anatomy 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 210000002744 extracellular matrix Anatomy 0.000 description 1
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 1
- 102000034240 fibrous proteins Human genes 0.000 description 1
- 108091005899 fibrous proteins Proteins 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000003211 malignant effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 210000004088 microvessel Anatomy 0.000 description 1
- 239000006012 monoammonium phosphate Substances 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 1
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010883 osseointegration Methods 0.000 description 1
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 1
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 1
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 1
- 238000010837 poor prognosis Methods 0.000 description 1
- LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K potassium phosphate Substances [K+].[K+].[K+].[O-]P([O-])([O-])=O LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 239000012460 protein solution Substances 0.000 description 1
- 238000011127 radiochemotherapy Methods 0.000 description 1
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002271 resection Methods 0.000 description 1
- 229940082569 selenite Drugs 0.000 description 1
- MCAHWIHFGHIESP-UHFFFAOYSA-L selenite(2-) Chemical group [O-][Se]([O-])=O MCAHWIHFGHIESP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 1
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 230000008467 tissue growth Effects 0.000 description 1
- 239000002407 tissue scaffold Substances 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 210000004881 tumor cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
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
- A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
- A61L27/44—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
- A61L27/46—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with phosphorus-containing inorganic fillers
-
- 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
- A61L27/58—Materials at least partially resorbable by the body
-
- 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
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
- B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
- C01B25/16—Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
- C01B25/26—Phosphates
- C01B25/32—Phosphates of magnesium, calcium, strontium, or barium
- C01B25/325—Preparation by double decomposition
-
- 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
- A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
- A61L2400/12—Nanosized materials, e.g. nanofibres, nanoparticles, nanowires, nanotubes; Nanostructured surfaces
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
本发明特别涉及一种3D打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法、人工骨及人工骨膜，属于骨修复技术领域，该制备方法包括：得到丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液；将丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液混合，得到双模板溶液；于双模板溶液中加入磷源溶液、钙源溶液和硒源溶液，得到添加溶液；调节添加溶液的pH值为6‑8后经固液分离，得到硒掺杂羟基磷灰石溶液。该制备方法能够解决现有的骨修复材料的生物活性低、无法与软组织快速融合、无法促进骨组织修复再生的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于骨修复技术领域，特别涉及一种3D打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法、人工骨及人工骨膜。
背景技术
目前，由于人活动、疾病、老龄化等导致的骨折延迟愈合甚至不愈合，在骨科临床工作中仍旧是一个很大的挑战。尽管目前外科技术以及植骨材料研究飞速发展，自体骨、异体骨以及如支架，骨填充物等各式各样的组织工程植骨材料应用繁多，自体骨修复是颅骨重建的金标准。自体骨组织具有良好的骨传导性和组织相容性，无免疫排斥反应，术后股外漏率低，但存在供区有限、塑形困难、增加二次创伤、移植骨具有较高的骨吸收率等问题，临床应用受限。同种异体骨一般是经过特殊的灭菌处理，不会出现一般的传染病，无免疫原性。同种异体骨术后可与自体组织生物性结合，允许组织血管化和自体组织的长入重建。但术后的高感染率、移植骨吸收率以及宗教、伦理等因素限制了同种异体骨在骨缺损上的临床应用。异种异体骨来源丰富，但免疫原性较强，临床上使用的冻干骨、煅烧骨和脱蛋白骨是将动物骨组织分别经过冻干、高温煅烧、辐照和脱钙等处理，去除了细胞，胶原等有机成分，保留了天然孔隙结构，消除了抗原性，但组织机械强度小，疏松易碎，力学强度差。
理想的人工骨修复材料需要具有优异的生物相容性、骨传导性、骨诱导性，能够为正常的细胞粘附、生长、增殖和分泌基质提供良好的微环境；具有可塑性，可被加工成所需的形状，并有一定的机械强度，在置入体内后的一定时间内仍可保持其形状，使新形成的组织具有一定的外形；具有三维多孔结构，一方面有利于细胞的置入粘附，另一方面有利于细胞营养成分的渗入和细胞代谢产物的排除。
人工骨膜是被覆在除关节以外几乎所有骨表面上的致密结缔组织膜，由外部的纤维层和内部的形成层组成，在骨发育和骨折愈合中发挥着重要的作用。纤维层含有成纤维细胞、胶原和弹性纤维，神经和微血管网络，提供骨膜的机械稳定性。形成层则储存大量不同类型的细胞，为骨形成和修复提供细胞来源。人工骨膜可通过血管向骨组织提供营养物质，可诱导骨生长，控制骨生长方向等，在骨组织缺损的修复中起到至关重要的作用。众多研究都证明了骨膜在骨缺损修复中的重要性。相比于传统形式人工骨，人工骨膜还具有形成天然骨结构；在缺损处实现最佳骨整合，而不是直接逐层缝合肌肉和皮肤，使得植骨材料难以被很好的限制在缺损部位而产生脱出；能形成合适血管系统；能在缺损区形成屏障，降低异位骨化等作用。因此，有必要在骨修复过程中使用人工骨膜对植骨后的骨缺损部位进行包覆，以替代和诱导骨膜的重新形成，提升骨修复效果。
骨肉瘤(osteosarcoma)是一种多发于25岁以下青少年的原发性高度恶性的骨肿瘤，具有很高的死亡率，预后也极差。临床上骨肉瘤的治疗主要是通过局部肿瘤组织的广发切除，之后在原位缺损区填充具有生物活性的骨支架材料，并且术后需辅助放化疗，抑制肿瘤的复发。大量研究资料显示，骨肉瘤在大部切除后，恶性肿瘤细胞很难清理干净，这些残存的骨肉瘤细胞在日后很可能导致肿瘤的再发或复发。为了避免这种的发生，人们大多在骨缺损区被植入材料修复后，进行局部放化疗。如果骨植入修复材料既能够促进骨再生修复又能诱导肿瘤细胞凋亡，那么，它必将加速骨愈合过程，同时降低骨肉瘤的再发率。
目前临床上应用较多的人工骨组织工程材料均仅具有单一的功能，难以将骨修复和抑癌作用两方面效应结合起来。此外，用作骨缺损修复的材料在植入人体后很难达到理想的骨联合，并且材料的降解速率与骨组织生长的速率也很难匹配。这就导致许多患者存在骨植入部位存在骨延迟愈合甚至不愈合，骨生长的同时产生骨肉瘤，甚至在假关节或关节畸形的情况发生。
目前临床上可使用的人工骨膜极为稀少，并且存在一定缺陷。主要为脱细胞基质膜、胶原及其矿化膜等，此类型膜存在机械性能差，湿润后力学性质会显著改变，存在围手术期破裂的风险及降解速率过快等问题。此外，还有部分骨膜以人工合成高分子聚乳酸等合成，其存在降解产物呈酸性对人体不利等问题。由此可见，目前临床上所使用的人工骨膜存在缺陷，不利于植入或植入后包覆骨缺损修复，不适合作为骨膜或骨膜替代物诱导骨缺损部位再生及抑制骨肉瘤和治疗骨癌。
3D打印技术应用于骨组织支架可以个性打印形状，精准吻合缺损部位；可以通过特定的程序设定出有利于细胞增殖的孔隙，增强支架的骨诱导性、骨传导性、骨再生。
因此，现有技术中至少存在降解速率过快、机械性能和生物相容性较差、与天然骨差别较大，不利于植入，不利于植入后包覆骨缺损修复及抑制骨肉瘤和治疗骨癌等技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种3D打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法，能够解决现有的骨修复材料的生物活性低、无法与软组织快速融合、无法促进骨组织修复再生的技术问题。
本发明实施例提供了一种3D打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法，包括如下步骤：
得到丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液；
将所述丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液混合，得到双模板溶液；
于所述双模板溶液中加入磷源溶液、钙源溶液和硒源溶液，得到添加溶液；
调节所述添加溶液的pH值为6-8后经固液分离，得到硒掺杂羟基磷灰石溶液。
可选的，所述胶原蛋白溶液由胶原蛋白溶解于醋酸得到，胶原蛋白的质量百分含量为0.5-5％；
所述丝素蛋白溶液由丝素蛋白溶解于溴化锂溶液或氯化钙-乙醇-水三元体系溶液得到，丝素蛋白的质量百分含量为0.5-20％；
其中：所述胶原蛋白包括I型胶原蛋白和II型胶原蛋白中的任意一种或两种组合。
可选的，所述磷源溶液包括磷酸氢二铵溶液、磷酸二氢铵溶液、磷酸氢二钠溶液及磷酸氢二钾溶液中的任意一种；所述钙源溶液包括四水硝酸钙溶液、氯化钙溶液及氢氧化钙溶液中的任意一种。
可选的，所述硒源溶液为亚硒酸钠溶液。
可选的，所述添加溶液中，硒元素与磷元素的摩尔比为A＝(0.03-10)：100；所述钙元素与磷元素的摩尔比为10：(6-0.667A)。
可选的，所述双模板溶液中，所述胶原蛋白和丝素蛋白的质量比为1：(0.3-3)。
本发明实施例还提供了一种人工骨，采用上述任意一项硒掺杂羟基磷灰石溶液经3D打印、冷冻干燥及交联制得，所述硒掺杂羟基磷灰石溶液中，硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为40-90％。
本发明实施例还提供了一种人工骨膜，采用上述任意一项硒掺杂羟基磷灰石溶液经3D打印、冷冻干燥及交联制得，所述硒掺杂羟基磷灰石溶液中，硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为0.5-20％。
可选的，所述冷冻干燥包括如下步骤：
于-20--80℃的条件下预冷冻3-24h，得到预冷人工骨；
将所述预冷人工骨于-50-37℃、0.1-50Pa的条件下冷冻干燥24-72h，得到干燥人工骨。
可选的，所述交联包括如下步骤：
将所述干燥人工骨于37-52℃、戊二醛蒸汽浓度5-25％的条件下交联2-12h，得到所述人工骨。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的一种3D打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法，其通过采用胶原蛋白和丝素蛋白混合形成双模板溶液，其中胶原蛋白具有低免疫原性、体内降解产物无毒副作用等优点，但其力学性能差，降解速率快，而丝素蛋白具有优良的生物相容性、生物可降解性和较好的力学特性，而且易于灭菌和塑形，但其力学强度远不及骨组织，且单纯丝素蛋白降解速度过慢，通过两者混合形成双模板溶液，一方面保留并综合两者的优点，另一方面能使相互的缺点得到补足和提升；通过于双模板溶液内加入磷源溶液和钙源溶液，形成纳米级羟基磷灰石，其具有良好的骨传导性与生物相容性，但其脆性较大，韧性低，进一步通过加入硒源溶液，并通过胶原蛋白和丝素蛋白的性能辅助，解决单一材料性能不足的问题，实现各类材料的优势互补，使得到的骨修复材料通过3D打印即可得到具有良好力学性能和可控的生物降解性能的人工骨或人工骨膜，且打印得到的人工骨或人工骨膜与植入部位原本骨组织的生物力学性能相匹配。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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它的附图。
图1是本发明实施例提供的方法的流程图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。例如，室温可以是指10～35℃区间内的温度。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种3D打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法，包括如下步骤：
S1、得到丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液。
S2、将所述丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液混合，得到双模板溶液。
S3、于所述双模板溶液中加入磷源溶液、钙源溶液和硒源溶液，得到添加溶液。
S4、调节所述添加溶液的pH值为6-8后经固液分离，得到硒掺杂羟基磷灰石溶液。
本发明提供的3D打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法，其通过步骤S2，采用胶原蛋白和丝素蛋白混合形成双模板溶液，其中胶原蛋白具有低免疫原性、体内降解产物无毒副作用等优点，但其力学性能差，降解速率快，而丝素蛋白具有优良的生物相容性、生物可降解性和较好的力学特性，而且易于灭菌和塑形，但其力学强度远不及骨组织，且单纯丝素蛋白降解速度过慢，通过两者混合形成双模板溶液，一方面保留并综合两者的优点，另一方面能使相互的缺点得到补足和提升；通过步骤S3-S4，于双模板溶液内加入磷源溶液和钙源溶液并调节pH值，形成纳米级羟基磷灰石，其具有良好的骨传导性与生物相容性，但其脆性较大，韧性低，进一步通过加入硒源溶液，并通过胶原蛋白和丝素蛋白的性能辅助，解决单一材料性能不足的问题，实现各类材料的优势互补，使得到的骨修复溶液通过3D打印即可得到具有良好力学性能和可控的生物降解性能的人工骨或人工骨膜，且打印得到的人工骨或人工骨膜与植入部位原本骨组织的生物力学性能相匹配。
在一些实施例中，所述胶原蛋白溶液由胶原蛋白溶解于醋酸得到，胶原蛋白的质量百分含量为0.5-5％；
所述丝素蛋白溶液由丝素蛋白溶解于溴化锂溶液或氯化钙-乙醇-水三元体系溶液得到，丝素蛋白的质量百分含量为0.5-20％；
其中：所述胶原蛋白包括I型胶原蛋白和II型胶原蛋白中的任意一种或两种组合。
选取胶原蛋白溶液和丝素蛋白溶液两种蛋白溶液的原因在于：胶原蛋白和丝素蛋白均是天然的纤维型蛋白，具有良好的生物相容性和骨诱导性能，有利于种子细胞在表面的黏附、增殖、分泌细胞外基质，加快修补与软组织快速融合，能够刺激植入部位周围的软骨细胞和成骨细胞分化，形成新骨组织。
在一些实施例中，所述磷源溶液包括磷酸氢二铵溶液、磷酸二氢铵溶液、磷酸氢二钠溶液及磷酸氢二钾溶液中的任意一种；所述钙源溶液包括四水硝酸钙溶液、氯化钙溶液及氢氧化钙溶液中的任意一种。
选取上述物质的原因在于原料易得且价格适中。
在一些实施例中，所述硒源溶液为亚硒酸钠溶液。
选取该特定物质的原因在于原料易得、满足需求且价格适中。
在一些实施例中，所述添加溶液中，硒元素与磷元素的摩尔比为A＝(0.03-10)：100；所述钙元素与磷元素的摩尔比为10：(6-0.667A)。
硒掺杂羟基磷灰石中硒的质量分数为0.03％～10％，是基于晶胞参数与生物学活性的考量，硒元素Se以亚硒酸根SeO3 2-的形式部分取代羟基磷灰石晶体中的磷酸根PO4 3-的位置，SeO4 4-四面体结构大于PO4 3-，在空间结构上对羟基磷灰石产生了一定影响。
所述硒掺杂羟基磷灰石中硒对磷的摩尔取代度为0.03％～10％，该范围有利于硒掺杂羟基磷灰石的形成，若取代度值过大，产物中容易出现无定形钙磷且形成材料易产生毒性；若取代度值过小，不利于硒掺杂羟基磷灰石的形成，不利于抑制骨肉瘤和治疗骨癌作用。
在一些实施例中，所述双模板溶液中，所述胶原蛋白和丝素蛋白的质量比为1：(0.3-3)。
控制胶原蛋白与丝素蛋白质量比的原因在于：保证材料良好生物性的同时具有良好的力学性能和降解性能。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种人工骨，采用上述任意一项硒掺杂羟基磷灰石溶液经3D打印、冷冻干燥及交联制得，所述硒掺杂羟基磷灰石溶液中，硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为40-90％。
控制硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为40-90％的原因在于：满足人工骨产品制备工艺要求，且制得的产品具有良好的力学性能和满足实际临床使用。
在一些实施例中，所述冷冻干燥包括如下步骤：
S5、于-20--80℃的条件下预冷冻3-24h，得到预冷人工骨；
S6、将所述预冷人工骨于-50-37℃、0.1-50Pa的条件下冷冻干燥24-72h，得到干燥人工骨。
上述步骤分两段进行的机理在于：进行预冷再冷冻干燥形成的产品具有均匀的的多孔空间结构和良好性能。
控制冷冻参数的原因分别在于：在-20--80℃的条件下预冷冻3-24h有利于产品最终成型，温度大于-20℃时冻干样品会导致产品最终形成后存在裂痕，低于-80℃条件难以满足；在-50-37℃、0.1-50Pa的条件下冷冻干燥24-72h可以保证冻干产品在共晶点温度下冰晶升华，保证冻干产品的结构和性能良好。
在一些实施例中，所述交联包括如下步骤：
S7、将所述干燥人工骨于37-52℃、戊二醛蒸汽浓度5-25％的条件下交联2-12h，得到所述人工骨。
戊二醛交联可以提高形成产品交联度和力学强度，降低降解速度；控制交联参数的原因在于：戊二醛浓度过高难以达到浓度条件，戊二醛浓度过低，交联时间长且影响交联效果。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种人工骨膜，采用上述任意一项硒掺杂羟基磷灰石溶液经3D打印、冷冻干燥及交联制得，所述硒掺杂羟基磷灰石溶液中，硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为0.5-20％。其中各项步骤同S5-S7。
控制硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为0.5-20％的原因在于：满足人工骨膜产品制备工艺要求，且制得的产品具有良好的力学性能和满足实际临床使用。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的方案进行详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种3D打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法，步骤如下：
S1、得到丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液。
其中：胶原蛋白溶液由胶原蛋白溶解于醋酸得到，胶原蛋白的质量百分含量为0.5％；丝素蛋白溶液由丝素蛋白溶解于溴化锂溶液或氯化钙-乙醇-水三元体系溶液得到，丝素蛋白的质量百分含量为5％；胶原蛋白为I型胶原蛋白。
S2、将丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液混合，得到双模板溶液。
其中：胶原蛋白和丝素蛋白的质量比为3：7。
S3、于双模板溶液中加入磷源溶液、钙源溶液和硒源溶液，得到添加溶液。
其中：磷源溶液为磷酸氢二铵溶液；钙源溶液为四水硝酸钙溶液；硒源溶液为亚硒酸钠溶液；硒元素与磷元素的摩尔比为A＝0.003：1；钙元素与磷元素的摩尔比为1.667：1。
S4、于37℃加氨水调节添加溶液的pH值为7后混合24h并静置24h，经固液分离，得到硒掺杂羟基磷灰石溶液。
本实施例还提供了一种人工骨，采用上述硒掺杂羟基磷灰石溶液经3D打印、冷冻干燥及交联制得，硒掺杂羟基磷灰石溶液中，硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为60％。
本实施例还提供了一种人工骨膜，采用上述硒掺杂羟基磷灰石溶液经3D打印、冷冻干燥及交联制得，硒掺杂羟基磷灰石溶液中，硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为5％。
其中：还包括如下具体步骤：
S5、于-60℃的条件下预冷冻12h，得到预冷人工骨。
S6、将预冷人工骨于10℃、10Pa的条件下冷冻干燥48h，得到干燥人工骨。
S7、将干燥人工骨于40℃、戊二醛蒸汽浓度10％的条件下交联12h，得到人工骨。
实施例2
本实施例提供了一种3D打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法，步骤如下：
S1、得到丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液。
其中：胶原蛋白溶液由胶原蛋白溶解于醋酸得到，胶原蛋白的质量百分含量为1％；丝素蛋白溶液由丝素蛋白溶解于溴化锂溶液或氯化钙-乙醇-水三元体系溶液得到，丝素蛋白的质量百分含量为10％；胶原蛋白为I型胶原蛋白。
S2、将丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液混合，得到双模板溶液。
其中：胶原蛋白和丝素蛋白的质量比为1：1。
S3、于双模板溶液中加入磷源溶液、钙源溶液和硒源溶液，得到添加溶液。
其中：磷源溶液为磷酸氢二铵溶液；钙源溶液为四水硝酸钙溶液；硒源溶液为亚硒酸钠溶液；硒元素与磷元素的摩尔比为A＝0.05：1；钙元素与磷元素的摩尔比为1.676：1。
S4、于37℃加氨水调节添加溶液的pH值为7.5后混合24h并静置24h，经固液分离，得到硒掺杂羟基磷灰石溶液。
本实施例还提供了一种人工骨，采用上述硒掺杂羟基磷灰石溶液经3D打印、冷冻干燥及交联制得，硒掺杂羟基磷灰石溶液中，硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为40％。
本实施例还提供了一种人工骨膜，采用上述硒掺杂羟基磷灰石溶液经3D打印、冷冻干燥及交联制得，硒掺杂羟基磷灰石溶液中，硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为10％。
其中：还包括如下具体步骤：
S5、于-50℃的条件下预冷冻12h，得到预冷人工骨。
S6、将预冷人工骨于-10℃、20Pa的条件下冷冻干燥48h，得到干燥人工骨。
S7、将干燥人工骨于40℃、戊二醛蒸汽浓度20％的条件下交联6h，得到人工骨。
实施例3
本实施例提供了一种3D打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法，步骤如下：
S1、得到丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液。
其中：胶原蛋白溶液由胶原蛋白溶解于醋酸得到，胶原蛋白的质量百分含量为1.5％；丝素蛋白溶液由丝素蛋白溶解于溴化锂溶液或氯化钙-乙醇-水三元体系溶液得到，丝素蛋白的质量百分含量为5％；胶原蛋白为I型胶原蛋白。
S2、将丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液混合，得到双模板溶液。
其中：胶原蛋白和丝素蛋白的质量比为2：3。
S3、于双模板溶液中加入磷源溶液、钙源溶液和硒源溶液，得到添加溶液。
其中：磷源溶液为磷酸氢二铵溶液；钙源溶液为四水硝酸钙溶液；硒源溶液为亚硒酸钠溶液；硒元素与磷元素的摩尔比为A＝0.1：1；钙元素与磷元素的摩尔比为1.685：1。
S4、于37℃加氨水调节添加溶液的pH值为7.0后混合24h并静置24h，经固液分离，得到硒掺杂羟基磷灰石溶液。
本实施例还提供了一种人工骨，采用上述硒掺杂羟基磷灰石溶液经3D打印、冷冻干燥及交联制得，硒掺杂羟基磷灰石溶液中，硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为70％。
本实施例还提供了一种人工骨膜，采用上述硒掺杂羟基磷灰石溶液经3D打印、冷冻干燥及交联制得，硒掺杂羟基磷灰石溶液中，硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为15％。
其中：还包括如下具体步骤：
S5、于-60℃的条件下预冷冻24h，得到预冷人工骨。
S6、将预冷人工骨于5℃、30Pa的条件下冷冻干燥48h，得到干燥人工骨。
S7、将干燥人工骨于50℃、戊二醛蒸汽浓度30％的条件下交联4h，得到人工骨。
实施例4
本实施例提供了一种3D打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法，步骤如下：
S1、得到丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液。
其中：胶原蛋白溶液由胶原蛋白溶解于醋酸得到，胶原蛋白的质量百分含量为1.5％；丝素蛋白溶液由丝素蛋白溶解于溴化锂溶液或氯化钙-乙醇-水三元体系溶液得到，丝素蛋白的质量百分含量为10％；胶原蛋白为I型胶原蛋白。
S2、将丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液混合，得到双模板溶液。
其中：胶原蛋白和丝素蛋白的质量比为7：3。
S3、于双模板溶液中加入磷源溶液、钙源溶液和硒源溶液，得到添加溶液。
其中：磷源溶液为磷酸氢二铵溶液；钙源溶液为四水硝酸钙溶液；硒源溶液为亚硒酸钠溶液；硒元素与磷元素的摩尔比为A＝0.003：1；钙元素与磷元素的摩尔比为1.667：1。
S4、于37℃加氨水调节添加溶液的pH值为7.0后混合24h并静置24h，经固液分离，得到硒掺杂羟基磷灰石溶液。
本实施例还提供了一种人工骨，采用上述硒掺杂羟基磷灰石溶液经3D打印、冷冻干燥及交联制得，硒掺杂羟基磷灰石溶液中，硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为80％。
本实施例还提供了一种人工骨膜，采用上述硒掺杂羟基磷灰石溶液经3D打印、冷冻干燥及交联制得，硒掺杂羟基磷灰石溶液中，硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为20％。
其中：还包括如下具体步骤：
S5、于-60℃的条件下预冷冻12h，得到预冷人工骨。
S6、将预冷人工骨于-10℃、5Pa的条件下冷冻干燥48h，得到干燥人工骨。
S7、将干燥人工骨于45℃、戊二醛蒸汽浓度20％的条件下交联6h，得到人工骨。
对比例1
该对比例中，S3步骤中，于I型胶原蛋白单模板溶液中加入磷源溶液、钙源溶液和硒源溶液，得到添加溶液；其余步骤同实施例1。
对比例2
该对比例中，S3步骤中，于丝素蛋白单模板溶液中加入磷源溶液、钙源溶液和硒源溶液，得到添加溶液；其余步骤同实施例1。
实验例
将实施例1和对比例1、对比例2得到的一种3D打印双模板介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨及人工骨膜进行力学性能检测(人工骨检测抗压强度；人工骨膜检测拉伸强度)和降解时间检测。
力学性能检测采用电子拉力拉伸机。
降解时间测试方法为：取实施例制得样品，浸泡在10ml的80Unit/ml蛋白水解酶溶液，于37±1℃的恒温恒湿箱下反应降解，直到样品结构完全瓦解为止。
检测结果如下表所示：
由上表可以看出，相对于对比例1和对比例2，相对于使用单纯的胶原蛋白或丝素蛋白为模板，实施例1采用双模版方法，得到的一种3D打印双模板介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨及人工骨膜降解速度慢，力学强度高。说明采用3D打印双模板介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨及人工骨膜得可获得良好力学性能和可控的生物降解性能。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种3D打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
得到丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液；
将所述丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液混合，得到双模板溶液；
于所述双模板溶液中加入磷源溶液、钙源溶液和硒源溶液，得到添加溶液；
调节所述添加溶液的pH值为6-8后经固液分离，得到硒掺杂羟基磷灰石溶液。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述胶原蛋白溶液由胶原蛋白溶解于醋酸得到，胶原蛋白的质量百分含量为0.5-5％；
所述丝素蛋白溶液由丝素蛋白溶解于溴化锂溶液或氯化钙-乙醇-水三元体系溶液得到，丝素蛋白的质量百分含量为0.5-20％；
其中：所述胶原蛋白包括I型胶原蛋白和II型胶原蛋白中的任意一种或两种组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磷源溶液包括磷酸氢二铵溶液、磷酸二氢铵溶液、磷酸氢二钠溶液及磷酸氢二钾溶液中的任意一种；所述钙源溶液包括四水硝酸钙溶液、氯化钙溶液及氢氧化钙溶液中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硒源溶液为亚硒酸钠溶液。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述添加溶液中，硒元素与磷元素的摩尔比为A＝(0.03-10)：100；所述钙元素与磷元素的摩尔比为10：(6-0.667A)。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述双模板溶液中，所述胶原蛋白和丝素蛋白的质量比为1：(0.3-3)。
7.一种人工骨，其特征在于，采用权利要求1-5中任意一项所述的硒掺杂羟基磷灰石溶液经3D打印、冷冻干燥及交联制得，所述硒掺杂羟基磷灰石溶液中，硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为40-90％。
8.一种人工骨膜，其特征在于，采用权利要求1-5中任意一项所述的硒掺杂羟基磷灰石溶液经3D打印、冷冻干燥及交联制得，所述硒掺杂羟基磷灰石溶液中，硒掺杂羟基磷灰石的质量百分含量为0.5-20％。
9.根据权利要求6所述的人工骨，其特征在于，所述冷冻干燥包括如下步骤：
于-20--80℃的条件下预冷冻3-24h，得到预冷人工骨；
将所述预冷人工骨于-50-37℃、0.1-50Pa的条件下冷冻干燥24-72h，得到干燥人工骨。
10.根据权利要求8所述的人工骨，其特征在于，所述交联包括如下步骤：
将所述干燥人工骨于37-52℃、戊二醛蒸汽浓度5-25％的条件下交联2-12h，得到所述人工骨。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210175042.3A CN114681676A (zh) | 2022-02-24 | 2022-02-24 | 一种3d打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法、人工骨及人工骨膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210175042.3A CN114681676A (zh) | 2022-02-24 | 2022-02-24 | 一种3d打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法、人工骨及人工骨膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114681676A true CN114681676A (zh) | 2022-07-01 |
Family
ID=82137367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210175042.3A Pending CN114681676A (zh) | 2022-02-24 | 2022-02-24 | 一种3d打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法、人工骨及人工骨膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114681676A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104958785A (zh) * | 2015-06-05 | 2015-10-07 | 中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所 | 一种具有二级三维结构的复合骨修复材料及其制备方法 |
| CN111317860A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-23 | 西安点云生物科技有限公司 | 一种覆膜生物陶瓷人工骨及制备方法 |
| CN111569149A (zh) * | 2020-06-05 | 2020-08-25 | 武汉亚洲生物材料有限公司 | 一种共组装人工骨膜及其制备方法 |
| US20200324021A1 (en) * | 2019-04-11 | 2020-10-15 | University Of Maryland, College Park | 3D Printed Scaffold Structures and Methods of Fabrication |
| KR20210069391A (ko) * | 2019-12-03 | 2021-06-11 | 한국산업기술대학교산학협력단 | 바이오 잉크 조성물, 3 차원 스캐폴드의 제조방법 및 그에 의해 제조된 3 차원 스캐폴드 |
| CN113041395A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-06-29 | 武汉亚洲生物材料有限公司 | 双模版介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨膜及其制备方法 |
-
2022
- 2022-02-24 CN CN202210175042.3A patent/CN114681676A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104958785A (zh) * | 2015-06-05 | 2015-10-07 | 中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所 | 一种具有二级三维结构的复合骨修复材料及其制备方法 |
| US20200324021A1 (en) * | 2019-04-11 | 2020-10-15 | University Of Maryland, College Park | 3D Printed Scaffold Structures and Methods of Fabrication |
| KR20210069391A (ko) * | 2019-12-03 | 2021-06-11 | 한국산업기술대학교산학협력단 | 바이오 잉크 조성물, 3 차원 스캐폴드의 제조방법 및 그에 의해 제조된 3 차원 스캐폴드 |
| CN111317860A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-23 | 西安点云生物科技有限公司 | 一种覆膜生物陶瓷人工骨及制备方法 |
| CN111569149A (zh) * | 2020-06-05 | 2020-08-25 | 武汉亚洲生物材料有限公司 | 一种共组装人工骨膜及其制备方法 |
| CN113041395A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-06-29 | 武汉亚洲生物材料有限公司 | 双模版介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨膜及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LI CHEN: "Preparation and evaluation of collagen-silk fibroin/hydroxyapatite nanocomposites for bone tissue engineering", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOLOGICAL MACROMOLECULES》 * |
| 程威: "基于丝素/胶原/羟基磷灰石仿生骨材料的多维结构及其性能", 《医用生物力学》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wu et al. | Biomimetic mineralization of novel hydroxyethyl cellulose/soy protein isolate scaffolds promote bone regeneration in vitro and in vivo | |
| US6132463A (en) | Cell seeding of ceramic compositions | |
| CN113041395B (zh) | 双模版介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨膜及其制备方法 | |
| CN1973910B (zh) | 一种组织工程骨 | |
| CN109954167A (zh) | 一种骨修复材料及其应用 | |
| US20210121606A1 (en) | Ionic-doped composition methods and uses thereof | |
| Šponer et al. | In vivo behaviour of low-temperature calcium-deficient hydroxyapatite: comparison with deproteinised bovine bone | |
| CN114028620B (zh) | 一种矿化人工骨膜及其制备方法和应用 | |
| CN114452441A (zh) | 一种颅骨修复聚醚醚酮材料及其制备方法 | |
| CN107412861A (zh) | 重组胶原蛋白复合硫酸软骨素和聚乙二醇的骨修复凝胶 | |
| WO2003070290A1 (fr) | Biomateriau composite contenant de la phospholine | |
| CN112076350B (zh) | 具有纳米-微米复合结构和高矿物质密度的仿生矿化水凝胶及其制备方法与及应用 | |
| Mansouri et al. | The role of cuttlebone and cuttlebone derived hydroxyapatite with platelet rich plasma on tibial bone defect healing in rabbit: an experimental study. | |
| CN112494712A (zh) | 一种具有止血和促骨愈合功能的可吸收海绵状骨蜡及其制备方法 | |
| Schmitt et al. | Crystallization at the polymer/calcium-phosphate interface in a sterilized injectable bone substitute IBS | |
| CN114028619B (zh) | 一种双层人工骨膜及其制备方法和应用 | |
| CN114681668B (zh) | 一种3d打印的硒掺杂羟基磷灰石人工骨结构的制备方法 | |
| CN110279892B (zh) | 一种骨修复材料及其制备方法和应用 | |
| CN116942909A (zh) | 一种胶原蛋白-生物陶瓷复合人工骨及其制备方法 | |
| CN103920193A (zh) | 一种载生物活性因子的类骨陶瓷复合材料的制备方法 | |
| Wang et al. | The effects of oyster shell/alpha-calcium sulfate hemihydrate/platelet-rich plasma/bone mesenchymal stem cells bioengineering scaffold on rat critical-sized calvarial defects | |
| CN114681676A (zh) | 一种3d打印用硒掺杂羟基磷灰石溶液的制备方法、人工骨及人工骨膜 | |
| CN107158477B (zh) | 一种基于乳铁蛋白活性的新型生物材料的制备方法 | |
| CN1562387A (zh) | 一种复合人工骨及制造工艺 | |
| JP2013121495A (ja) | 人工骨−軟骨複合体及びその製造方法 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220701 |