一种携载功能化温敏性壳聚糖水凝胶的3D打印钛合金多孔移植物及制备方法与应用与流程

本发明涉及温敏性壳聚糖水凝胶的3d打印钛合金多孔移植物，特别涉及一种携载功能化温敏性壳聚糖水凝胶的3d打印钛合金多孔移植物及制备方法与应用。

背景技术：

1、创伤和肿瘤切除引起的大面积骨缺损是当前骨科的难题。自体骨移植可用于治疗临床上严重的骨缺损。但是自体骨移植会造成取骨部位的严重损伤和潜在的骨愈合不良，因此自体骨移植并不是最佳的疗法。骨组织工程采用仿生支架技术来满足日益增长的临床需求，是一种有前景的诱导骨再生的方法。

2、钛及钛合金具有强力的机械性能和耐腐蚀性，被广泛应用于骨科和口腔科植入物材料。考虑到其无毒的特性和生物相容性，钛是植入物应用的最佳选择之一。

3、钛合金的生物惰性导致与骨的骨结合时间延长。为了克服这一限制，表面处理技术可用于在钛基底上获得生物活性表面。3d打印是一种成熟且通用的添加材料技术，可以制造具有精确机械性能、良好孔隙结构的多孔植入物，甚至生产具有特定患者功能设计的植入物。电子束熔化（electron-beam melting, ebm）技术打印的3d多孔钛合金支架与传统的钛合金支架相比具有更好的生物学性能，可以有效解决传统的固态钛合金支架的非物理弹性模量和生物相容性不足的问题，因此设计了3d打印钛合金/温敏性胶原水凝胶体系，该体系搭载多聚磷酸钠后可促进局部血管再生和骨整合，体外实验证实该体系可缓慢释放多聚磷酸钠，具有良好的生物相容性，使用京尼平加强的壳聚糖水凝胶搭载ica，并填充到3d打印钛合金多孔支架的孔隙和表面促进血管再生和骨整合，因此，本申请提供了一种携载功能化温敏性壳聚糖水凝胶的3d打印钛合金多孔移植物及制备方法与应用来满足需求。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种携载功能化温敏性壳聚糖水凝胶的3d打印钛合金多孔移植物及制备方法与应用，解决了传统的固态钛合金支架的非物理弹性模量和生物相容性不足的问题的问题。

3、（二）技术方案

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

5、一种携载功能化温敏性壳聚糖水凝胶的3d打印钛合金多孔移植物及制备方法与应用，包括以下步骤：

6、1）用ti-6al-4v粉末通过电子束熔融沉积技术，在3d模型转化的标准运行文件作用下进行制作，设计的支架孔隙率为70 %，孔径是500μm，使用3d打印方式获得3d打印多孔钛合金支架；

7、2）将壳聚糖溶解在1%的乙酸中来制备壳聚糖溶液，将0.1gβ-磷酸甘油粉末溶解在2ml的60%乙醇中制备β-磷酸甘油溶液为50g/l；

8、3）水凝胶通过混合壳聚糖和β-磷酸甘油溶液，然后在室温下剧烈搅拌10分钟来制备，然后将3ml混合溶液倒入35ml的塑料培养皿中，并在37℃的培养箱中放置48小时，将10g/l甘氨酸溶液5 ml加入到交联凝胶中，随后孵育2小时以结合未反应的β-磷酸甘油，然后，沥干甘氨酸溶液，用三倍蒸馏水洗涤凝胶3次，从而获得壳聚糖水凝胶。

9、优选地，所述3d打印多孔钛合金支架将45-55μm的ti-6al-4v粉末放入3d打印机器中，支架共分为两种类型，一种是圆盘形φ4×l8 mm，用于细胞实验；一种是圆柱形φ10×l3 mm，用于动物实验。获得的所述3d打印多孔钛合金支架在乙醇和超纯水中依次浸泡45分钟并循环三次，所述3d打印多孔钛合金支架在使用前需进行高压灭菌。

10、优选地，将ica加入所述液态凝胶溶液中并混合均匀，从获得混合溶液，所述ica为淫羊藿苷，将所述3d打印多孔钛合金支架浸入到所述混合溶液中，于37℃静置20分钟，成胶之后获得复合支架。

11、优选地，所述复合支架中ica的最终浓度是0.1μmol/ml，之后进行循环冷冻干燥处理，获得的冻干样品在扫描电子显微镜下进行微观特征和结构的观察。

12、优选地，评估所述复合支架释放所述ica的速度，将所述复合支架于37℃浸泡在含有1ml缓冲液的48孔培养板中，之后在1小时、4 小时、10小时、24小时、72小时、168小时、240小时和360小时更换等量的缓冲液，收集的缓冲液中的所述ica浓度用紫外分光光度计进行测定，并进行三次独立实验。

13、本发明与现有技术相比，至少具有如下有益效果：

14、上述方案中，复合支架中水凝胶的降解为假体和宿主骨界面上的骨整合提供了ica的释放表现为早期的大量释放和随后的稳定释放，支架的孔径是导致药物释放的直接因素，较大的孔径会加速药物的损失，因此，早期释放可能是由于ica从孔隙流出，在随后的时间内，释放率受孔径的影响较小，在这一阶段的稳定释放速率可能是由于水凝胶的缓慢降解所致，水凝胶中的ica可以在15天内连续释放，因此，该结构是促进骨再生和骨整合的一个良好的局部给药方式，局部释放的ica可有效促进骨髓间充质干细胞的增殖和成骨分化，提高支架与骨界面的早期稳定性，在三维多孔植入物中添加ica/热敏壳聚糖水凝胶是增强骨再生和骨整合的有效策略。

技术特征：

1.一种携载功能化温敏性壳聚糖水凝胶的3d打印钛合金多孔移植物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 1）用ti-6al-4v粉末通过电子束熔融沉积技术，在3d模型转化的标准运行文件作用下进行制作，设计的支架孔隙率为70 %，孔径是500μm，使用3d打印方式获得3d打印多孔钛合金支架； 2）将壳聚糖溶解在1%的乙酸中来制备壳聚糖溶液，将0.1gβ-磷酸甘油粉末溶解在2ml的60%乙醇中制备β-磷酸甘油溶液为50g/l； 3）水凝胶通过混合壳聚糖和β-磷酸甘油溶液，然后在室温下剧烈搅拌10分钟来制备，然后将3ml混合溶液倒入35ml的塑料培养皿中，并在37℃的培养箱中放置48小时，将10g/l甘氨酸溶液5 ml加入到交联凝胶中，随后孵育2小时以结合未反应的β-磷酸甘油，然后，沥干甘氨酸溶液，用三倍蒸馏水洗涤凝胶3次，从而获得壳聚糖水凝胶。

2.根据权利要求1所述的携载功能化温敏性壳聚糖水凝胶的3d打印钛合金多孔移植物的制备方法，其特征在于，所述3d打印多孔钛合金支架将45-55μm的ti-6al-4v粉末放入3d打印机器中，支架共分为两种类型，一种是圆盘形φ4×l8 mm，用于细胞实验；一种是圆柱形φ10×l3 mm，用于动物实验。获得的所述3d打印多孔钛合金支架在乙醇和超纯水中依次浸泡45分钟并循环三次，所述3d打印多孔钛合金支架在使用前需进行高压灭菌。

3.根据权利要求1所述的携载功能化温敏性壳聚糖水凝胶的3d打印钛合金多孔移植物的制备方法，其特征在于，将ica加入所述液态凝胶溶液中并混合均匀，从获得混合溶液，所述ica为淫羊藿苷，将所述3d打印多孔钛合金支架浸入到所述混合溶液中，于37℃静置20分钟，成胶之后获得复合支架。

4.根据权利要求3所述的携载功能化温敏性壳聚糖水凝胶的3d打印钛合金多孔移植物的制备方法，其特征在于，所述复合支架中ica的最终浓度是0.1μmol/ml，之后进行循环冷冻干燥处理，获得的冻干样品在扫描电子显微镜下进行微观特征和结构的观察。

5.根据权利要求3所述的携载功能化温敏性壳聚糖水凝胶的3d打印钛合金多孔移植物的制备方法，其特征在于，评估所述复合支架释放所述ica的速度，将所述复合支架于37℃浸泡在含有1ml缓冲液的48孔培养板中，之后在1小时、4 小时、10小时、24小时、72小时、168小时、240小时和360小时更换等量的缓冲液，收集的缓冲液中的所述ica浓度用紫外分光光度计进行测定，并进行三次独立实验。

技术总结本发明提供一种携载功能化温敏性壳聚糖水凝胶的3D打印钛合金多孔移植物及制备方法与应用，属于温敏性壳聚糖水凝胶的3D打印钛合金多孔移植物技术领域；包括用Ti‑6Al‑4v粉末通过电子束熔融沉积技术，在3D模型转化的标准运行文件作用下进行制作，设计的支架孔隙率为70%，孔径是500μm。本发明通过复合支架中水凝胶的降解为假体和宿主骨界面上的骨整合提供了ICA的释放表现为早期的大量释放和随后的稳定释放，促进骨再生和骨整合的一个良好的局部给药方式，局部释放的ICA可有效促进骨髓间充质干细胞的增殖和成骨分化，提高支架与骨界面的早期稳定性，在三维多孔植入物中添加ICA/热敏壳聚糖水凝胶是增强骨再生和骨整合的有效策略。技术研发人员：朱英杰,刘又文,陆益栋受保护的技术使用者：河南省洛阳正骨医院（河南省骨科医院）技术研发日：技术公布日：2024/11/18