双相磷酸钙涂覆羟基磷灰石多孔支架的制备及性能

作     者：李京娜 曾庆丰 于树印 秦月 艾子政 董谢平 Li Jingna;Zeng Qingfeng;Yu Shuyin;Qin Yue;Ai Zizheng;Dong Xieping

作者机构：江西省人民医院骨科江西省南昌市330006 江西中医药大学研究生院江西省南昌市330004 迈海材料基因组国际研究院河北省廊坊市065500 西北工业大学材料学院陕西省西安市710072 南昌市第四医院江西省南昌市330104 南昌大学医学院江西省南昌市330006 江西省卫生健康数字骨科重点实验室江西省南昌市330006 南方科技大学医院南方科技大学粤港澳智能与数字外科创新中心广东省深圳市518000 

基　　金：国家自然科学基金项目(81860384) 课题名称:3D打印生物活性陶瓷大段人工骨的多尺度结构设计与降解特性调控 项目负责人:董谢平 

出 版 物：《中国组织工程研究》 (Chinese Journal of Tissue Engineering Research)

年 卷 期：2023年第27卷第16期

页      码：2493-2500页

摘      要：背景:目前的人工骨大多只能制备成小体积的填充用材料,大段负重骨及大块结构性植骨材料仍面临缺乏理想骨缺损修复材料和材料成型过程难以加工调控两大难题。目的:制备与人体大段负重骨形貌结构相似且兼具一定力学性能、优良生物相容性和部分可降解性的多孔羟基磷灰石/双相磷酸钙涂层复合支架,评估其性能。方法:采用水热合成法结合喷雾干燥技术分别制备羟基磷灰石粉体、羟基磷灰石晶须和β-磷酸三钙粉体,评估羟基磷灰石粉体、β-磷酸三钙粉体浸提液的细胞毒性。在羟基磷灰石粉体中添加不同含量(5%,10%,15%)的晶须,借助3D打印技术制备成多孔骨支架,设置不同的烧结工艺,通过正交实验筛选力学性能、孔隙率等最优的晶须含量与烧结工艺组合,检测最优组合支架的流体力学。采用浸渍提拉法将双相磷酸钙涂层涂覆在多孔骨支架上,体外评估双相磷酸钙涂层中β-磷酸三钙粉体的降解性能。结果与结论:①MTT实验显示,羟基磷灰石粉体、β-磷酸三钙粉体无明显的细胞毒性;②正交实验结果显示,影响多孔支架抗压强度最主要的因素为烧结温度,其次是晶须含量,最后是烧结时间;各因素组合中的最优组合为晶须含量10%、烧结温度1300℃、烧结时间3 h,此时支架抗压强度为8.13 MPa,孔隙率为64.07%;③通过流体力学模拟仿真可知,细胞营养液等垂直人工骨横截面方向流入流出的方式更有利于支架在人体中发挥作用;④在飞纳电镜的光学模式下,浸渍涂层前多孔支架的孔径为400μm,浸渍涂层后多孔支架的孔径为250μm,涂层厚度约为75μm;复合涂层中的β-磷酸三钙具有良好的体外降解性能;⑤结果显示,制备的羟基磷灰石/双相磷酸钙涂层复合支架具有较高的孔隙率与力学性能、优异的生物相容性和部分可降解性,是一种优良的生物活性陶瓷支架。

主 题 词：力学性能 多孔支架 双相磷酸钙 羟基磷灰石晶须 3D打印 

学科分类：0710[理学-生物科学类] 1002[医学-临床医学类] 07[理学] 100210[100210] 1010[医学-医学技术类] 071007[071007] 100215[100215] 10[医学] 

D　O　I：10.12307/2023.074

馆 藏 号：203115477...