一种抗氧化可降解3D打印支架及其制备方法

本发明属于缺损骨，具体涉及一种缺损骨修复的3d打印方法。

背景技术：

1、骨缺损常由外伤、肿瘤切除或先天畸形引起，目前骨缺损修复的3d打印方法在材料和建模方面存在不足之处。

2、传统修复材料如钛合金、聚醚醚酮（peek）等存在弹性模量不匹配、无生物活性、无法降解等问题，易导致应力遮挡、感染或二次手术取出。近年来，基于羟基磷灰石（ha）和聚乳酸-羟基乙酸共聚物（plga）的复合支架因其良好的生物相容性和骨传导性受到关注。然而，现有3d打印墨水普遍存在以下不足：（1）打印精度与力学强度难以兼顾；（2）缺乏抗氧化与抗炎功能，不利于术后微环境调控；（3）降解速率与新骨生成不同步。二氧化锰（mno2）纳米材料具有清除活性氧（ros）、调节炎症反应及促进成骨分化的潜力，但尚未见其与plga/ha体系结合用于骨修复3d打印墨水的报道。

3、在缺损骨修复建模技术方面，现有技术中已涉及纯多孔网格结构的可降解下颌骨修复体，旨在引导新生骨长入孔隙并最终实现骨再生。然而，纯网格结构的可降解下颌骨修复体在下颌骨承重环境下应用时存在以下显著问题：（1）力学性能不足。纯网格结构整体刚度较低，在骨长入完成前易发生过大变形甚至塌陷，无法维持下颌骨连续性及弧形轮廓；尤其是plga降解初期强度迅速衰减，修复体更易变形，导致新生骨在非解剖位置愈合，造成面部畸形和咬合紊乱。（2）软组织长入占据骨再生空间。纯网格表面完全开放，软组织抢先占据孔隙，待新生骨生长时孔隙已被纤维组织填满，形成纤维包裹而非骨整合，修复体无法实现牢固的生物固定。（3）降解酸性产物爆发式释放。纯网格巨大的比表面积使plga降解产生的乳酸、羟基乙酸短期集中释放，即使有ha中和，仍易形成局部酸性微环境，激活破骨细胞，引发骨吸收和无菌性炎症。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种缺损骨修复的3d打印方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、3d打印生物墨水的制备，将mno2纳米颗粒引入plga/ha体系，构建兼具优异可打印性、力学支撑性、生物活性及免疫调节功能的复合墨水，用于制备个性化骨修复支架。

4、具有外壳-网格复合结构的可降解缺损骨修复体，外壳可保证力学强度，阻挡软组织抢先占据孔隙，内部网格结构有利于引导新生骨长入。将缺损骨修复模型切片后导入3d打印机中，以复合墨水为原料打印出缺损骨修复体。

5、3d打印生物墨水的制备包括如下步骤：

6、s1 以高锰酸钾为锰源，加入聚烯丙胺盐酸盐（pah）为模板剂，制备得到二氧化锰纳米粒，将产物用去离子水洗涤获得二氧化锰纳米粒悬液；

7、s2 将二氧化锰纳米粒悬液分散在乙醇中，加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯（dbp）获得复合功能性溶剂；

8、s3 聚乳酸-羟基乙酸共聚物（plga）颗粒加入二氯甲烷充分搅拌分散，获得均匀的胶浆；再加入s2所述的复合功能性溶剂，使其充分混匀；加入羟磷灰石（ha）微米粉末，充分搅拌分散，获得均匀浆料，适当挥发有机溶剂，以调节溶液的粘度，即得3d打印生物墨水。

9、较优的，步骤s2所述的复合功能性溶剂中二氧化锰纳米粒的粒径在30-250 nm。

10、较优的，步骤s2所述的复合功能性溶剂由乙醇、二氧化锰纳米粒悬液和增塑剂邻苯二甲酸二丁酯（dbp）按体积比为3:3:1组成。

11、较优的，所述的plga、ha和mno2的比例为20:70:1。

12、较优的，所述的ha粉末为球状，粒径为80 μm。

13、一种具有外壳-网格复合结构的可降解缺损骨修复体，缺损骨修复体根据上述一种用于骨缺损修复的3d打印生物墨水制备方法制得，包括修复体主体结构、缺损骨固定板。

14、所述缺损骨固定板与患者健康骨的外侧表面形状相匹配，从而实现无缝贴合。

15、所述缺损骨固定板上开设有多个螺钉孔，用于通过螺钉将修复体固定于健康骨上。

16、所述修复体主体结构采用上述3d打印生物墨水通过3d打印一体成型，修复体主体结构的外表面为致密的实心外壳，实心外壳围合形成的内部区域为网格结构。

17、所述实心外壳的厚度为0.2-0.5mm，用于提供早期力学支撑，抵抗缺损生理载荷下的变形，同时阻挡周围软组织长入修复体内部。

18、所述网格结构由多个相互连通的孔隙单元组成，所述孔隙单元的横截面形状为正多边形，所述正多边形横截面的面积为4-6mm²。所述网格结构的体积占所述修复体主体结构总体积的45-55%（即孔隙率为45-55%）。该孔隙率范围既保证了新生骨组织有足够的生长空间，又使修复体具备足够的初始抗压、抗弯强度。所述网格结构用于引导骨细胞长入、迁移和增殖，最终实现骨整合。

19、本发明的有益效果是：

20、1. 闭环协同安全有效：plga包裹ha防止团聚，高含量ha增强plga刚性并减缓其酸性降解副产物积累；ha表面羟基促进mno2纳米颗粒锚定，mno2清除ros保护ha不被氧化降解；mno2中和plga降解产生的局部酸性环境，抑制自催化降解失控；plga限制mno2突释，实现长效缓释。三者之间相辅相成、互为补充既能满足短期固定要求，又能适应长期生理变化。

21、2. 力学性能可靠，防止骨骼生长变形：致密外壳提供高弹性模量和抗弯、抗压强度，在骨愈合早期抵抗生理载荷，防止修复体变形塌陷，维持缺损骨连续性，确保新生骨在正确解剖位置生长；

22、3. 引导骨再生，防止软组织占据孔隙：外壳物理阻挡软组织长入内部；内部网格为新生骨提供定向生长通道，实现三维骨整合，避免纤维包裹；

23、4. 调控降解产物，减少炎症与骨吸收：外壳比表面积小，降解较慢，维持早期力学完整性；网格降解产生的酸性产物被外壳局限，由ha颗粒中和，避免骨界面酸性爆发，降低炎症和骨溶解风险。

1.一种用于骨缺损修复的3d打印生物墨水制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于骨缺损修复的3d打印生物墨水制备方法，其特征在于：复合功能性溶剂中二氧化锰纳米粒的粒径在30-250 nm。

3.根据权利要求2所述的一种用于骨缺损修复的3d打印生物墨水制备方法，其特征在于：所述复合功能性溶剂由乙醇、二氧化锰纳米粒悬液和增塑剂邻苯二甲酸二丁酯（dbp）按体积比为2-4份:3-6份:1-2份组成。

4.根据权利要求3所述的一种用于骨缺损修复的3d打印生物墨水制备方法，其特征在于：所述plga、ha和mno2的比例为10-20份:60-70份:1-5份。

5.根据权利要求4所述的一种用于骨缺损修复的3d打印生物墨水制备方法，其特征在于：所述羟基磷灰石粉末为球状，粒径为20μm-200μm。

6.一种具有外壳-网格复合结构的可降解缺损骨修复体，其特征在于，所述修复体由权利要求1-5中任一项所述方法制得的3d打印生物墨水经3d打印一体成型而成，包括：修复体主体结构、缺损骨固定板，所述缺损骨固定板的内侧表面与患者健康骨的外侧表面形状相匹配，所述缺损骨固定板开设有多个螺钉孔，用于通过螺钉将修复体固定于健康骨上，所述修复体主体结构的外表面为致密的实心外壳，实心外壳围合形成的内部区域为网格结构。

7.如权利要求6所述的一种具有外壳-网格复合结构的可降解缺损骨修复体，其特征在于：所述实心外壳的厚度为0.2-0.5mm。

8.如权利要求7所述的一种具有外壳-网格复合结构的可降解缺损骨修复体，其特征在于：所述网格结构由多个相互连通的孔隙单元组成，所述孔隙单元的横截面形状为正多边形，所述正多边形横截面的面积为4-6mm²。

9.如权利要求8所述的一种具有外壳-网格复合结构的可降解缺损骨修复体，其特征在于：所述网格结构的体积占所述修复体主体结构总体积的45-55%。