CN115737931A - 一种3d打印骨组织修复支架材料及其制备方法 - Google Patents
一种3d打印骨组织修复支架材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115737931A CN115737931A CN202211368409.XA CN202211368409A CN115737931A CN 115737931 A CN115737931 A CN 115737931A CN 202211368409 A CN202211368409 A CN 202211368409A CN 115737931 A CN115737931 A CN 115737931A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sodium alginate
- berberine
- calcium phosphate
- solution
- mxene
- 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 58
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 230000017423 tissue regeneration Effects 0.000 title claims abstract description 36
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 title claims abstract description 25
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 claims abstract description 70
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 claims abstract description 70
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 claims abstract description 70
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims abstract description 64
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 claims abstract description 59
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 59
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 claims abstract description 59
- YBHILYKTIRIUTE-UHFFFAOYSA-N berberine Chemical compound C1=C2CC[N+]3=CC4=C(OC)C(OC)=CC=C4C=C3C2=CC2=C1OCO2 YBHILYKTIRIUTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- 229940093265 berberine Drugs 0.000 claims abstract description 58
- QISXPYZVZJBNDM-UHFFFAOYSA-N berberine Natural products COc1ccc2C=C3N(Cc2c1OC)C=Cc4cc5OCOc5cc34 QISXPYZVZJBNDM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 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 claims abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 49
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 41
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 41
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 33
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 33
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 19
- 239000011268 mixed slurry Substances 0.000 claims description 19
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 18
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 claims description 16
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 15
- 230000002051 biphasic effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 8
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 8
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 5
- 229960001714 calcium phosphate Drugs 0.000 claims description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 abstract description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 32
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 19
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 16
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 15
- 230000006870 function Effects 0.000 description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 230000002188 osteogenic effect Effects 0.000 description 4
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940124350 antibacterial drug Drugs 0.000 description 2
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000013267 controlled drug release Methods 0.000 description 2
- 238000013270 controlled release Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 2
- 239000001814 pectin Substances 0.000 description 2
- 235000010987 pectin Nutrition 0.000 description 2
- 229920001277 pectin Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 206010018852 Haematoma Diseases 0.000 description 1
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000000735 allogeneic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 230000008827 biological function Effects 0.000 description 1
- 230000010478 bone regeneration Effects 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005847 immunogenicity Effects 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000005541 medical transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000002054 transplantation Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
本发明公开了一种3D打印骨组织修复支架材料及其制备方法，支架材料本体，所述支架材料本体双相磷酸钙搭载MXene(Ti3C2)和黄连素并通过海藻酸钠交联而成，所述双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)和黄连素的质量比例为60︰6︰0.025‑0.125：0.05，所述双相磷酸钙材料为羟基磷灰石和β‑磷酸三钙的混合物，所述支架材料本体具有孔径为300μm的相互贯通的宏观孔隙结构。本发明公开的3D打印骨组织修复支架材料及其制备方法具有以双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)、黄连素为原始材料，具有较好的生物相容性好和骨修复性。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学材料技术领域，尤其涉及一种3D打印骨组织修复支架材料及其制备方法。
背景技术
骨组织是人体重要的组成部分，对维持人体正常生理功能起着重要作用。在较小的缺损中骨组织可以在没有外界干预的情况下自发愈合。但骨缺损范围较大时，往往需通过移植手术进行修复。目前，自体骨因其高组织相容性、非免疫原性和极佳的骨再生性能，仍是骨移植修复的金标准。然而，供体部位的损伤及所伴随的炎症、血肿等并发症限制了移植手术的成功率。此外，受供区骨组织质量及取骨量的限制，自体移植物仍无法满足骨修复需求。异体骨则可能伴随免疫排斥反应和疾病传播。
为克服目前治疗手段仍存在的缺陷，研制理想的骨缺损替代修复材料已成为生物医学材料技术领域的一个重要课题。骨组织工程在过去几十年已取得了巨大进展，然而其要应用于临床仍面临着许多问题：修复体难以兼顾力学性能和孔隙率；降解速率不可控；精度较差，缺乏个性化；抗菌性不足，感染率高等，且骨组织修复体的制备涉及多个交叉学科专业，技术难度高，因此有待突破。
发明内容
本发明公开一种3D打印骨组织修复支架材料及其制备方法，旨在解决背景技术中提出的修复体难以兼顾力学性能和孔隙率；降解速率不可控；精度较差，缺乏个性化；抗菌性不足，感染率高等，且骨组织修复体的制备涉及多个交叉学科专业，技术难度高，因此有待突破的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种3D打印骨组织修复支架材料，包括支架材料本体，所述支架材料本体双相磷酸钙搭载MXene(Ti3C2)和黄连素并通过海藻酸钠交联而成，所述双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)和黄连素的质量比例为60︰6︰0.025-0.125：0.05，所述双相磷酸钙材料为羟基磷灰石和β-磷酸三钙的混合物，所述支架材料本体具有孔径为300μm的相互贯通的宏观孔隙结构。
一种3D打印骨组织修复支架材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1：配置60mg/ml的海藻酸钠溶液；
S2：配置100mg/ml的黄连素-二甲基亚砜溶液；
S3：按照黄连素和海藻酸钠质量比为0.05：6的比例，将所述S2步骤中100mg/ml黄连素-二甲基亚砜溶液加到所述S1步骤中60mg/ml海藻酸钠溶液中，充分混匀得到混合溶液；
S4：按照双相磷酸钙和海藻酸钠质量比为60︰6的比例，将双相磷酸钙分次加入S3步骤的混合溶液中，充分混匀，得到双相磷酸钙、海藻酸钠、黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.05︰100.5的混合浆料。
S5：配置25-125mg/ml MXene(Ti3C2)溶液，超声；
S6：按照MXene(Ti3C2)和海藻酸钠质量比为6：0.025-0.125的比例，将e)中所得溶液加到S4中混合浆料中，充分混匀，得到双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)、黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.025-0.125：0.05：101.5的混合浆料；
S7：配制质量分数为30％的氯化钙溶液；
S8：利用三维建模软件设计支架三维结构模型，采用挤压式3D打印技术，以S6步骤中混合浆料为打印墨水，逐层打印支架，后浸入S7步骤所得氯化钙溶液中，形成结构稳定的多孔支架材料；
S9：将S8步骤所得多孔支架材料的进行冷冻干燥处理；
S10：后期生物学表征将S9步骤中所得的多孔支架材料置于808nm激光，所述激光功率范围0.2-0.8W/cm2，照射10-15min。
在一个优选的方案中，所述S2步骤的具体方法为：将黄连素粉末溶于二甲基亚砜溶液中，超声1h，制得100mg/ml黄连素-二甲基亚砜溶液，所述S3步骤的具体方法为：按照黄连素和海藻酸钠质量比为0.05：6的比例，将所述S2步骤中100mg/ml黄连素-二甲基亚砜溶液加到S1步骤中60mg/ml海藻酸钠溶液中，置于磁力搅拌器上(40℃/200rpm)搅拌24h，制得混合溶液，所述S4步骤的具体方法为：按照双相磷酸钙和海藻酸钠质量比为60︰6的比例，将双相磷酸钙粉末粉均匀的分3次加入S3步骤所得混合溶液中，每次加入20g双相磷酸钙后均用脱泡仪充分混匀，模式：500rpm/0.5min混合，2000rpm/5min混合，2500rpm/0.5min脱泡，制得双相磷酸钙、海藻酸钠、黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.05：100.5的混合浆料，所述S5步骤的具体方法为：将MXene(Ti3C2)粉末溶于去离子水中，超声2h，制得25-125mg/mlMXene(Ti3C2)溶液，所述S6步骤的具体方法为：按照MXene(Ti3C2)和海藻酸钠质量比为0.025-0.125：6的比例，将S5步骤中所得溶液加到S4步骤中混合浆料中，脱泡仪充分混匀，采用以下模式：500rpm/0.5min混合，2000rpm/5min混合，2500rpm/0.5min脱泡，得到双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)、黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.025-0.125：0.05：101.5的混合浆料。
由上可知，一种3D打印骨组织修复支架材料，包括支架材料本体，所述支架材料本体双相磷酸钙搭载MXene(Ti3C2)和黄连素并通过海藻酸钠交联而成，所述双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)和黄连素的质量比例为60︰6︰0.025-0.125：0.05，所述双相磷酸钙材料为羟基磷灰石和β-磷酸三钙的混合物，所述支架材料本体具有孔径为300μm的相互贯通的宏观孔隙结构。本发明提供的3D打印骨组织修复支架材料及其制备方法具有以下技术效果：
(一)、本发明以双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)、黄连素为原始材料，具有较好的生物相容性好和骨修复性。
(二)、本发明在打印墨水中掺加MXene(Ti3C2)和黄连素，赋予了支架光热反应及药物释放性能，并通过改变浆料各成分配比及后期激光激发功率密度，达到对支架光热及抗菌药物释放的精准调控，从而实现对支架抗菌功能的光热调控。
(三)、采用3D打印制造技术，可实现个体骨缺损高精度形态学恢复和生物学功能重建，并通过精准调控宏观孔隙大小，促进细胞组织长入及营养物质交换。
(四)、利用海藻酸钠与氯化钙(钙离子)之间的螯合反应，交联化支架，增强支架打印后形态稳定性及支架力学性能。
(五)、采用冷冻干燥技术后处理支架，可进一步形成支架的二级微观小孔结构，形成宏观大孔和微观小孔相间分布的多级孔隙生物活性骨修复支架。
附图说明
图1为本发明提出的一种3D打印骨组织修复支架材料的整体结构示意图。
图2为本发明提出的一种3D打印骨组织修复支架材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1，一种3D打印骨组织修复支架材料，包括支架材料本体，所述支架材料本体双相磷酸钙搭载MXene(Ti3C2)和黄连素并通过海藻酸钠交联而成，所述双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)和黄连素的质量比例为60︰6︰0.025-0.125：0.05，所述双相磷酸钙材料为羟基磷灰石和β-磷酸三钙的混合物，所述支架材料本体具有孔径为300μm的相互贯通的宏观孔隙结构。
参照图2，一种3D打印骨组织修复支架材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1：配置60mg/ml的海藻酸钠溶液；
S2：配置100mg/ml的黄连素-二甲基亚砜溶液；
S3：按照黄连素和海藻酸钠质量比为0.05：6的比例，将所述S2步骤中100mg/ml黄连素-二甲基亚砜溶液加到所述S1步骤中60mg/ml海藻酸钠溶液中，充分混匀得到混合溶液；
S4：按照双相磷酸钙和海藻酸钠质量比为60︰6的比例，将双相磷酸钙分次加入S3步骤的混合溶液中，充分混匀，得到双相磷酸钙、海藻酸钠、黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.05︰100.5的混合浆料。
S5：配置25-125mg/ml MXene(Ti3C2)溶液，超声；
S6：按照MXene(Ti3C2)和海藻酸钠质量比为6：0.025-0.125的比例，将e)中所得溶液加到S4中混合浆料中，充分混匀，得到双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)、黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.025-0.125：0.05：101.5的混合浆料；
S7：配制质量分数为30％的氯化钙溶液；
S8：利用三维建模软件设计支架三维结构模型，采用挤压式3D打印技术，以S6步骤中混合浆料为打印墨水，逐层打印支架，后浸入S7步骤所得氯化钙溶液中，形成结构稳定的多孔支架材料；
S9：将S8步骤所得多孔支架材料的进行冷冻干燥处理；
S10：后期生物学表征将S9步骤中所得的多孔支架材料置于808nm激光，所述激光功率范围0.2-0.8W/cm2，照射10-15min。
在一个优选的实施方式中，所述S1步骤的具体方法为：将海藻酸钠粉末溶于去离子水中，置于磁力搅拌器上(40℃/200rpm)搅拌24h，制得60mg/ml海藻酸钠溶液。
在一个优选的实施方式中，所述S2步骤的具体方法为：将黄连素粉末溶于二甲基亚砜溶液中，超声1h，制得100mg/ml黄连素-二甲基亚砜溶液。
在一个优选的实施方式中，所述S3步骤的具体方法为：按照黄连素和海藻酸钠质量比为0.05：6的比例，将所述S2步骤中100mg/ml黄连素-二甲基亚砜溶液加到S1步骤中60mg/ml海藻酸钠溶液中，置于磁力搅拌器上(40℃/200rpm)搅拌24h，制得混合溶液。
在一个优选的实施方式中，所述S4步骤的具体方法为：按照双相磷酸钙和海藻酸钠质量比为60︰6的比例，将双相磷酸钙粉末粉均匀的分3次加入S3步骤所得混合溶液中，每次加入20g双相磷酸钙后均用脱泡仪充分混匀，模式：500rpm/0.5min混合，2000rpm/5min混合，2500rpm/0.5min脱泡，制得双相磷酸钙、海藻酸钠、黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.05：100.5的混合浆料。
在一个优选的实施方式中，所述S5步骤的具体方法为：将MXene(Ti3C2)粉末溶于去离子水中，超声2h，制得25-125mg/ml MXene(Ti3C2)溶液。
在一个优选的实施方式中，所述S6步骤的具体方法为：按照MXene(Ti3C2)和海藻酸钠质量比为0.025-0.125：6的比例，将S5步骤中所得溶液加到S4步骤中混合浆料中，脱泡仪充分混匀，采用以下模式：500rpm/0.5min混合，2000rpm/5min混合，2500rpm/0.5min脱泡，得到双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)、黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.025-0.125：0.05：101.5的混合浆料。
本发明以双相磷酸钙为基质材料配制打印墨水，通过在墨水中添加MXene(Ti3C2)和黄连素，赋予了骨修复材料光热反应和药物释放能力，并进一步通过调节打印墨水中各成分比例，调控骨修复材料光热及药物释放性能，从而实现对材料抗菌功能的调控。以三维打印技术为制造方式，控制支架宏观孔隙大小，增加对抗菌药物释放的调控。后期通过冷冻干燥技术处理支架，形成宏观大孔和微观小孔相间分布的多层级孔隙结构，进一步增强支架生物活性。
实施例1：
将海藻酸钠粉末溶于去离子水中，置于磁力搅拌器上(40℃/200rpm)搅拌24h，配得100ml浓度为60mg/ml的海藻酸钠溶液；加入0.5ml浓度为100mg/ml的黄连素-二甲基亚砜溶液，置于磁力搅拌器上(40℃/200rpm)搅拌24h，配得混合溶液；将20g双相磷酸钙粉末加入混合溶液中，置于脱泡仪中充分混匀(模式：500rpm/0.5min混合，2000rpm/5min混合，2500rpm/0.5min脱泡)；重复上述操作2次，最终共加入60g双相磷酸钙；加入1ml浓度为75mg/ml的MXene(Ti3C2)溶液，置于脱泡仪中充分混匀(模式：500rpm/0.5min混合，2000rpm/5min混合，2500rpm/0.5min脱泡)，配得打印浆料，其中双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)，黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.075：0.05：101.5；利用挤压式3D打印仪器打印多孔骨修复支架；将支架浸入30％氯化钙溶液中，室温下交联24h；去离子水清洗支架3次；将支架放入冷冻干燥机中行冷冻干燥处理48h；后期表征时置于808nm激光(0.5W/cm2)下照射10min。最终获得一种具有光热调控抗菌功能的3D打印骨组织修复支架。本实施例获得的支架具有良好的光热反应性和药物控释性，并展现出较强的抗菌性及成骨活性。
实施例2：
按照实施例1的配置方法，制备打印浆料并打印支架，浸入氯化钙溶液中交联后，行冷冻干燥处理，获得支架，表征时激光照射。支架制备过程及参数均与实施例1相同，不同之处在于，本实施例将实施例1中所用的打印浆料配比调整为双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)，黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.025：0.05：101.5，其余处理方式与实施例1所述相同。与实施例1相比，本实施例由于打印浆料中MXene(Ti3C2)的固含量较低，使具有光热调控抗菌功能的骨组织修复支架中MXene(Ti3C2)含量较低，进而使支架光热反应性能降低，光热对药物释放调控性下降。因此本实施例获得的支架通过光热调控抗菌功能的效果胶实施例1差，即其相同照射时间和功率密度的条件下，其支架表现出的抗菌效果比实施例1差。
实施例3：
按照实施例1的配置方法，制备打印浆料并打印支架，浸入氯化钙溶液中交联后，行冷冻干燥处理，获得支架，表征时激光照射。支架制备过程及参数均与实施例1相同，不同之处在于，本实施例将实施例1中所用的打印浆料配比调整为双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)，黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.125：0.05：101.5，其余处理方式与实施例1所述相同。与实施例1相比，本实施例由于打印浆料中MXene(Ti3C2)的固含量较高，使具有光热调控抗菌功能的骨组织修复支架中MXene(Ti3C2)含量较高，进而使支架光热反应性能增强，光热对药物释放调控性提升。因此本实施例获得的支架通过光热调控抗菌功能的效果胶实施例1好，即其相同照射时间和功率密度的条件下，其支架表现出的抗菌效果比实施例1好。
实施例4：
按照实施例1的配置方法，制备打印浆料并打印支架，浸入氯化钙溶液中交联后，行冷冻干燥处理，获得支架，表征时激光照射。支架制备过程及参数均与实施例1相同，不同之处在于，本实施例将实施例1中所用的打印浆料配比调整为双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)，黄连素和去离子水质量比为80︰6︰0.075：0.02：101.5，其余处理方式与实施例1所述相同。与实施例1相比，本实施例由于打印浆料中黄连素固含量较少，使具有光热调控抗菌功能的骨组织修复支架中黄连素含量较低，造成黄连素释放量过少，药物抗菌效果降低。因此本实施例获得的支架药物抗菌效果较实施例1差。
实施例5：
按照实施例1的配置方法，制备打印浆料并打印支架，浸入氯化钙溶液中交联后，行冷冻干燥处理，获得支架，表征时激光照射。支架制备过程及参数均与实施例1相同，不同之处在于，本实施例将实施例1中所用的打印浆料配比调整为双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)，黄连素和去离子水质量比为80︰6︰0.075：0.08：101.5，其余处理方式与实施例1所述相同。与实施例1相比，本实施例由于打印浆料中黄连素固含量较多，使具有光热调控抗菌功能的骨组织修复支架中黄连素含量较高，造成黄连素释放量过多，虽然增强了支架药物抗菌性，但对成骨相关细胞表现出一定的毒性作用。因此本实施例获得的支架药物抗菌效果较实施例5好。
实施例6：
按照实施例1的配置方法，制备打印浆料并打印支架，浸入氯化钙溶液中交联后，行冷冻干燥处理，获得支架，表征时激光照射。支架制备过程及参数均与实施例1相同，不同之处在于，本实施例将实施例1中表征时激光功率密度改为0.25W/cm2。其余处理方式与实施例1所述相同。与实施例1相比，本实施例由于激光功率密度减弱，使具有光热调控抗菌功能的骨组织修复支架平衡温度降低，因此本实施例对支架光热抗菌性及光热对药物释放调控性减弱。其表现出来的抗菌效果比实施例1差。
实施例7：
按照实施例1的配置方法，制备打印浆料并打印支架，浸入氯化钙溶液中交联后，行冷冻干燥处理，获得支架，表征时激光照射。本实施例将实施例1中表征时激光功率密度改为0.75W/cm2。其余处理方式与实施例1所述相同。与实施例1相比，本实施例由于激光功率密度增加，使具有光热调控抗菌功能的骨组织修复支架平衡温度升高，虽然增强了支架光热抗菌性，但温度过高对成骨相关细胞表现出一定的损伤作用，不利于骨组织修复。因此本实施例对支架光热抗菌性及光热对药物释放调控性减弱。其表现出来的抗菌效果比实施例6好。
对比例1：
将海藻酸钠粉末溶于去离子水中，置于磁力搅拌器上(40℃/200rpm)搅拌24h，配得100ml浓度为60mg/ml的海藻酸钠溶液；加入0.5ml去离子水，置于磁力搅拌器上(40℃/200rpm)搅拌24h；将20g双相磷酸钙粉末加入混合溶液中，置于脱泡仪中充分混匀(模式：500rpm/0.5min混合，2000rpm/5min混合，2500rpm/0.5min脱泡)；重复上述操作2次，最终共加入60g双相磷酸钙；加入1ml去离子水，置于脱泡仪中充分混匀(模式：500rpm/0.5min混合，2000rpm/5min混合，2500rpm/0.5min脱泡)，配得打印浆料，其中双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)，黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0：0：101.5；利用挤压式3D打印仪器打印多孔骨修复支架；将支架浸入30％氯化钙溶液中，室温下交联24h；去离子水清洗支架3次；将支架放入冷冻干燥机中行冷冻干燥处理48h；后期表征时置于808nm激光(0.5W/cm2)下照射10min。最终获得一种3D打印骨组织修复支架。与实施例1相比，本实施例中由于支架不含MXene(Ti3C2)和黄连素，因此支架只有成骨活性，而不具有光热反应性，药物控释性和抗菌性。
对比例2：
按照实施例1的配置方法，制备打印浆料并打印支架，浸入氯化钙溶液中交联后，行冷冻干燥处理，获得支架，表征时激光照射。支架制备过程及参数均与实施例1相同，不同之处在于，本实施例将实施例1中所用的打印浆料配比调整为双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)，黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0：0.05：101.5，其余处理方式与实施例1所述相同。与实施例1相比，本实施例中由于支架不含MXene(Ti3C2)，因此支架只有成骨活性和较弱的药物抗菌性，而不具有光热反应性，药物控释性。
对比例3：
按照实施例1的配置方法，制备打印浆料并打印支架，浸入氯化钙溶液中交联后，行冷冻干燥处理，获得支架，表征时激光照射。支架制备过程及参数均与实施例1相同，不同之处在于，本实施例将实施例1中所用的打印浆料配比调整为双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)，黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.075：0：101.5，其余处理方式与实施例1所述相同。与实施例1相比，本实施例中由于支架不含黄连素，因此支架只有成骨活性，光热反应性及光热抗菌性，而不具有药物控释性及药物抗菌性。
对比例4：
按照实施例1的配置方法，制备打印浆料并打印支架，浸入氯化钙溶液中交联后，行冷冻干燥处理，获得支架，表征时激光照射。支架制备过程及参数均与实施例1相同，不同之处在于，本实施例将实施例1中所用的打印浆料配比调整为双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)，黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.0125：0.05：101.5，其余处理方式与实施例1所述相同。与实施例1相比，本实施例由于打印浆料中MXene(Ti3C2)的固含量过低，使具有光热调控抗菌功能的骨组织修复支架中MXene(Ti3C2)含量过低，进而使支架光热反应性能过于弱，对激光功率密度要求过高，超过治疗阈值。因此本实施例获得的支架光热调控的抗菌功能可实施性较实施例1差。
对比例5：
按照实施例1的配置方法，制备打印浆料并打印支架，浸入氯化钙溶液中交联后，行冷冻干燥处理，获得支架，表征时激光照射。支架制备过程及参数均与实施例1相同，不同之处在于，本实施例将实施例1中所用的打印浆料配比调整为双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)，黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.25：0.05：101.5，其余处理方式与实施例1所述相同。与实施例1相比，本实施例由于打印浆料中MXene(Ti3C2)的固含量过高，使具有光热调控抗菌功能的骨组织修复支架中MXene(Ti3C2)含量过高，虽然使支架光热反应性能增强，但过高的MXene(Ti3C2)含量对成骨相关细胞有一定毒性，不利于骨组织修复。因此本实施例获得的支架在骨组织修复中的应用效果较实施例1差。
对比例6：
按照实施例1的配置方法，制备打印浆料并打印支架，行冷冻干燥处理，获得支架，表征时激光照射。支架制备过程及参数均与实施例1相同，不同之处在于，本实施例在支架打印成型后未进行钙离子的交联化处理即行冷冻干燥处理，其余处理方式与实施例1所述相同。与实施例1相比，本实施例由于支架未行交联化处理，结构中缺乏交联网状结构，支架冷冻干燥后，力学性能较差，且支架极易在应用过程中出现散架，造成支架结构破坏。因此本实施例获得的支架在骨组织修复中的应用可行性施例1差。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种3D打印骨组织修复支架材料，包括支架材料本体，其特征在于，所述支架材料本体双相磷酸钙搭载MXene(Ti3C2)和黄连素并通过海藻酸钠交联而成，所述双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)和黄连素的质量比例为60︰6︰0.025-0.125：0.05，所述双相磷酸钙材料为羟基磷灰石和β-磷酸三钙的混合物，所述支架材料本体具有孔径为300μm的相互贯通的宏观孔隙结构。
2.一种3D打印骨组织修复支架材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：配置60mg/ml的海藻酸钠溶液；
S2：配置100mg/ml的黄连素-二甲基亚砜溶液；
S3：按照黄连素和海藻酸钠质量比为0.05：6的比例，将所述S2步骤中100mg/ml黄连素-二甲基亚砜溶液加到所述S1步骤中60mg/ml海藻酸钠溶液中，充分混匀得到混合溶液；
S4：按照双相磷酸钙和海藻酸钠质量比为60︰6的比例，将双相磷酸钙分次加入S3步骤的混合溶液中，充分混匀，得到双相磷酸钙、海藻酸钠、黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.05︰100.5的混合浆料；
S5：配置25-125mg/ml MXene(Ti3C2)溶液，超声；
S6：按照MXene(Ti3C2)和海藻酸钠质量比为6：0.025-0.125的比例，将e)中所得溶液加到S4中混合浆料中，充分混匀，得到双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)、黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.025-0.125：0.05：101.5的混合浆料；
S7：配制质量分数为30％的氯化钙溶液；
S8：利用三维建模软件设计支架三维结构模型，采用挤压式3D打印技术，以S6步骤中混合浆料为打印墨水，逐层打印支架，后浸入S7步骤所得氯化钙溶液中，形成结构稳定的多孔支架材料；
S9：将S8步骤所得多孔支架材料的进行冷冻干燥处理；
S10：后期生物学表征将S9步骤中所得的多孔支架材料置于808nm激光，所述激光功率范围0.2-0.8W/cm2，照射10-15min。
3.根据权利要求2所述的一种3D打印骨组织修复支架材料的制备方法，其特征在于，所述S1步骤的具体方法为：将海藻酸钠粉末溶于去离子水中，置于磁力搅拌器上(40℃/200rpm)搅拌24h，制得60mg/ml海藻酸钠溶液。
4.根据权利要求3所述的一种3D打印骨组织修复支架材料的制备方法，其特征在于，所述S2步骤的具体方法为：将黄连素粉末溶于二甲基亚砜溶液中，超声1h，制得100mg/ml黄连素-二甲基亚砜溶液。
5.根据权利要求4所述的一种3D打印骨组织修复支架材料的制备方法，其特征在于，所述S3步骤的具体方法为：按照黄连素和海藻酸钠质量比为0.05：6的比例，将所述S2步骤中100mg/ml黄连素-二甲基亚砜溶液加到S1步骤中60mg/ml海藻酸钠溶液中，置于磁力搅拌器上(40℃/200rpm)搅拌24h，制得混合溶液。
6.根据权利要求5所述的一种3D打印骨组织修复支架材料的制备方法，其特征在于，所述S4步骤的具体方法为：按照双相磷酸钙和海藻酸钠质量比为60︰6的比例，将双相磷酸钙粉末粉均匀的分3次加入S3步骤所得混合溶液中，每次加入20g双相磷酸钙后均用脱泡仪充分混匀，模式：500rpm/0.5min混合，2000rpm/5min混合，2500rpm/0.5min脱泡，制得双相磷酸钙、海藻酸钠、黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.05：100.5的混合浆料。
7.根据权利要求6所述的一种3D打印骨组织修复支架材料的制备方法，其特征在于，所述S5步骤的具体方法为：将MXene(Ti3C2)粉末溶于去离子水中，超声2h，制得25-125mg/mlMXene(Ti3C2)溶液。
8.根据权利要求6所述的一种3D打印骨组织修复支架材料的制备方法，其特征在于，所述S6步骤的具体方法为：按照MXene(Ti3C2)和海藻酸钠质量比为0.025-0.125：6的比例，将S5步骤中所得溶液加到S4步骤中混合浆料中，脱泡仪充分混匀，采用以下模式：500rpm/0.5min混合，2000rpm/5min混合，2500rpm/0.5min脱泡，得到双相磷酸钙、海藻酸钠、MXene(Ti3C2)、黄连素和去离子水质量比为60︰6︰0.025-0.125：0.05：101.5的混合浆料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211368409.XA CN115737931A (zh) | 2022-11-03 | 2022-11-03 | 一种3d打印骨组织修复支架材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211368409.XA CN115737931A (zh) | 2022-11-03 | 2022-11-03 | 一种3d打印骨组织修复支架材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115737931A true CN115737931A (zh) | 2023-03-07 |
Family
ID=85357140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211368409.XA Pending CN115737931A (zh) | 2022-11-03 | 2022-11-03 | 一种3d打印骨组织修复支架材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115737931A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109589450A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-04-09 | 四川大学 | MXene的用途、引导骨组织再生材料及其制备方法 |
| CN109966547A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-07-05 | 四川大学 | 3d打印具有缓释抗菌功能的骨组织工程支架及制备方法 |
| CN110935059A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-03-31 | 天津市口腔医院 | 具有光热功能的MXene复合骨修复材料及其制备方法 |
| WO2021056851A1 (zh) * | 2019-09-27 | 2021-04-01 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种MXene/金属复合气凝胶、其制备方法、用途及包含其的热界面材料 |
| CN113262081A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-08-17 | 四川大学 | 三维打印的MXene复合支架及制备方法和应用 |
| CN114939187A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-08-26 | 上海大学 | 一种3D打印MnPSe3纳米片复合支架及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-11-03 CN CN202211368409.XA patent/CN115737931A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109589450A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-04-09 | 四川大学 | MXene的用途、引导骨组织再生材料及其制备方法 |
| CN109966547A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-07-05 | 四川大学 | 3d打印具有缓释抗菌功能的骨组织工程支架及制备方法 |
| WO2021056851A1 (zh) * | 2019-09-27 | 2021-04-01 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种MXene/金属复合气凝胶、其制备方法、用途及包含其的热界面材料 |
| CN110935059A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-03-31 | 天津市口腔医院 | 具有光热功能的MXene复合骨修复材料及其制备方法 |
| CN113262081A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-08-17 | 四川大学 | 三维打印的MXene复合支架及制备方法和应用 |
| CN114939187A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-08-26 | 上海大学 | 一种3D打印MnPSe3纳米片复合支架及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2369080T3 (es) | Implante biocompatible y biodegradable. | |
| CN109966547B (zh) | 3d打印具有缓释抗菌功能的骨组织工程支架及制备方法 | |
| WO2017219654A1 (zh) | 一种可降解含镁的磷酸钙-硫酸钙多孔复合生物支架 | |
| CN106946586B (zh) | 多孔生物陶瓷支架及其制备方法 | |
| US20090317447A1 (en) | Biodegradable bone graft for orthopedic use | |
| KR20000016418A (ko) | 다공성 생체 재료 및 이것의 제조 방법 | |
| JP2004505677A (ja) | 多孔質人工骨移植片およびその製造方法 | |
| CN102058902B (zh) | 一种网眼状仿生骨多孔支架材料的制备方法 | |
| CN105435305B (zh) | 一种多孔钛复合材料及其制备方法 | |
| CN102293692A (zh) | 具有层状结构的仿生骨修复支架体及制备方法 | |
| US9655996B2 (en) | Porous biomaterial | |
| CN111821507B (zh) | 一种具有缓释和促进成骨功能的3d打印骨组织工程支架及其制备方法与应用 | |
| CN103702692A (zh) | 用于具有得自植物结构转化的分层组织结构的“承重”骨替代物的植入体 | |
| CN108348637B (zh) | 由经天然结构的生物形态转变获得的活性羟基磷灰石制成的大型3d多孔支架及其获得工艺 | |
| CN112755252A (zh) | 具有抗菌和促骨作用的3d打印骨修复支架的制备方法 | |
| CN111773432A (zh) | 镁基非晶-磷酸钙/硅酸钙复合填充物及其制备与应用 | |
| CN114191617B (zh) | 一种药物缓释可控的聚醚醚酮植入体及其制备方法 | |
| CN112972776B (zh) | 具有光热效应的多级孔骨修复生物支架材料及制备方法 | |
| US8465582B2 (en) | Process for producing inorganic interconnected 3D open cell bone substitutes | |
| CN115414526B (zh) | 一种仿生学结构的生物降解锌合金承重骨支架及加工方法 | |
| CN115737931A (zh) | 一种3d打印骨组织修复支架材料及其制备方法 | |
| WO2009101228A1 (es) | Estructura híbrida co-continua para la regeneración de defectos óseos | |
| KR101493752B1 (ko) | 이중기공 합성골 웨지 및 이의 제조 방법 | |
| CN110898256A (zh) | 一种钛金属-生物陶瓷骨组织工程支架及其制备方法 | |
| CN112028620B (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 |
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 |