用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法及其产品和应用
技术领域
1.本发明涉及一种生物医用材料技术领域的方法，具体是一种用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法及其产品和应用，一种3d打印弹性聚合物支架的制备方法，利用常温3d打印制备负载改性纳米羟基磷灰石、丝素蛋白的pcla/plgt共混聚合物，制备具有弹性的可降解的关节修复植入物。
背景技术：
2.由各种原因如疾病、交通事故等导致的关节软骨组织损伤，是骨科临床一种常见症状。由于关节软骨没有血管、神经，其自我修复能力非常有限，需要植入填充物以促进软骨的再生修复。组织工程为临床解决关节软骨修复问题提供了新的思路，人工修复材料有望取代天然骨成为新的修复填充材料。
3.目前的科研工作中，常见的关节替代填充物多为以plga、pla等可降解聚酯，纳米羟基磷灰石（n
‑
ha）、磷酸三钙（tcp）等无机钙盐材料制备的复合膜或支架为主。但目前的修复支架常常忽视植入物的形状、厚度及力学强度与天然软骨的区别，导致缺损区的恢复、再生情况不佳。3d打印技术不仅可用于构建与缺损匹配的材料模型，也可用于调控修复材料的孔径、孔隙率，使其更适合细胞的生长，提升创伤的治愈修复能力。
技术实现要素：
4.本发明目的在于提供一种用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法。
5.本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架产品。
6.本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
7.本发明目的通过下述方案实现：一种用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法，其特征在于利用常温3d打印制备负载改性纳米羟基磷灰石、丝素蛋白的pcla/plgt共混聚合物，制备具有弹性的可降解的关节修复植入物，包括以下步骤：（1）分步反应制备plla修饰的plla
‑
ha；（2）配制以二氯甲烷、邻苯二甲酸二丁酯（dbp）为溶剂，以pcla、plgt、plla
‑
n
‑
ha、丝素蛋白为溶质的3d打印“墨水”；（3）按模型设计进行常温下3d打印，打印完毕后，产品置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。
8.步骤（1）所述的plla
‑
ha的制备方法为分步反应法：配制含2%（w/v）γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷（kh550）的乙醇水溶液（90%乙醇），向其中加入10%（w/v）n
‑
ha，超声分散，用naoh溶液调节ph为9~10，在70 ℃下反应8 h，反应结束后在60 ℃下真空干燥，得到产物kh550
‑
n
‑
ha，将3 g kh550
‑
n
‑
ha和3 g丙交酯（lla）溶于30 ml dmf中，并加入0.01 g辛酸亚锡作为催
℃真空干燥8 h，得到产物plla
‑
ha；（2）将8ml二氯甲烷和2ml dbp混合配制为溶剂，以pcla、plgt、plla
‑
n
‑
ha和丝素蛋白为溶质的3d打印“墨水”，在上述溶剂中依次加入2.5g pcla、1.5g plgt、0.95g plla
‑
ha、0.05g丝素蛋白，在密闭机械搅拌下进行充分溶解和分散；（3）按模型设计使用逐层堆积模式的3d打印机进行常温下3d打印，打印完毕后，产品置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。所制备关节软骨修复弹性聚合物支架见图1所示。
19.实施例2一种用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架，其他与实施例相同，只是步骤（2）按以下步骤制备：（1）分步反应制备plla修饰的plla
‑
ha，方法与实施例1相同；（2）将8ml二氯甲烷与2ml dbp混合，依次加入3.5g pcla、0.5g plgt、0.95g plla
‑
ha、0.05g丝素蛋白，在密闭机械搅拌下进行充分溶解和分散；（3）按模型设计使用逐层堆积模式的3d打印机在常温下进行3d打印，打印完成后，产品置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。
20.实施例3一种用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架，其他与实施例相同，只是步骤（2）按以下步骤制备：（1）分步反应制备plla修饰的plla
‑
ha，方法与实施例1相同；（2）将5ml二氯甲烷与5ml dbp混合，依次加入1g pcla、0.6g plgt、0.38g plla
‑
ha、0.02g丝素蛋白，在密闭机械搅拌下进行充分溶解和分散；（3）使用逐层堆积模式的3d打印机在常温下进行3d打印，打印完成后，产品置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。
技术特征：
1.一种用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法，其特征在于，利用常温3d打印制备负载改性纳米羟基磷灰石、丝素蛋白的pcla/plgt共混聚合物，获得具有弹性的可降解的关节修复植入物，包括以下步骤：（1）分步反应制备plla修饰的plla
‑
n
‑
ha；（2）配制以二氯甲烷、邻苯二甲酸二丁酯（dbp）为溶剂，以pcla、plgt、plla
‑
n
‑
ha和丝素蛋白为溶质的3d打印“墨水”，其中，所述的溶剂二氯甲烷、dbp的体积比5:5至8:2；所述的溶质pcla、plgt、plla
‑
ha和丝素蛋白的质量比（50
‑
70）:（10
‑
30）:19:1；溶剂与溶质按10:（2
‑
5）（v/w）的比例进行混合，混合方式为常温下密闭机械搅拌至溶质充分溶解和分散；（3）按模型设计进行常温下3d打印，打印完毕后，产品置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。2.根据权利要求1所述的用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的plla
‑
n
‑
ha的分步反应制备方法为：配制含2%（w/v）γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷（kh550）的乙醇水溶液，90%乙醇，向其中加入10%（w/v）n
‑
ha，超声分散，用naoh溶液调节ph至9~10，在70 ℃下反应8 h后，在60 ℃下真空干燥，得到产物kh550
‑
n
‑
ha；将3 g kh550
‑
n
‑
ha和3 g丙交酯（lla）溶于30 ml dmf中，并加入0.01 g辛酸亚锡作为催化剂，在120 ℃下冷凝回流反应24 h，得到的产物用二氯甲烷清洗、离心后40 ℃真空干燥8 h，得到产物plla
‑
ha。3.根据权利要求1所述的用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述3d打印使用逐层堆积模式的生物3d打印机进行。4.根据权利要求1至3任一项所述的用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：（1）分步反应制备plla修饰的plla
‑
n
‑
ha：配制含2%（w/v）γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷（kh550）的乙醇水溶液（90%乙醇），向其中加入10%（w/v）n
‑
ha，超声分散，用naoh溶液调节ph至9~10，在70 ℃下反应8 h后，在60 ℃下真空干燥，得到产物kh550
‑
n
‑
ha；将3 g kh550
‑
n
‑
ha和3 g丙交酯（lla）溶于30 ml dmf中，并加入0.01 g辛酸亚锡作为催化剂，在120 ℃下冷凝回流反应24 h，得到的产物用二氯甲烷清洗三次，离心后40 ℃真空干燥8 h，得到产物plla
‑
ha；（2）将8ml二氯甲烷和2ml dbp混合配制为溶剂，以pcla、plgt、plla
‑
n
‑
ha和丝素蛋白为溶质的3d打印“墨水”，在上述溶剂中依次加入2.5g pcla、1.5g plgt、0.95g plla
‑
ha、0.05g丝素蛋白，在密闭机械搅拌下进行充分溶解和分散；（3）按模型设计使用逐层堆积模式的3d打印机进行常温下3d打印，打印完毕后，产品置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。5.根据权利要求1至3任一项所述的用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：（1）分步反应制备plla修饰的plla
‑
ha；（2）将8ml二氯甲烷与2ml dbp混合，依次加入3.5g pcla、0.5g plgt、0.95g plla
‑
ha、0.05g丝素蛋白，在密闭机械搅拌下进行充分溶解和分散；（3）按模型设计使用逐层堆积模式的3d打印机在常温下进行3d打印，打印完成后，产品
置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。6.根据权利要求1至3任一项所述的用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：（1）分步反应制备plla修饰的plla
‑
ha；（2）将5ml二氯甲烷与5ml dbp混合，依次加入1g pcla、0.6g plgt、0.38g plla
‑
ha、0.02g丝素蛋白，在密闭机械搅拌下进行充分溶解和分散；（3）使用逐层堆积模式的3d打印机在常温下进行3d打印，打印完成后，产品置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。7.一种用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架，其特征在于，根据权利要求1
‑
6任一所述方法制备得到。8.一种根据权利要求7所述3d打印弹性聚合物支架在制备用于关节软骨修复个性化3d打印材料中的应用。
技术总结
本发明涉及一种用于关节软骨修复的3D打印弹性聚合物支架的制备方法，利用常温3D打印制备负载改性纳米羟基磷灰石、丝素蛋白的PCLA/PLGT共混聚合物，制备具有弹性的可降解的关节修复植入物。材料具有合适的弹性和力学强度，加入改性n
技术研发人员：崔大祥 杨迪诚 朱君 徐艳
受保护的技术使用者：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
技术研发日：2021.08.19
技术公布日：2021/12/6
技术领域
1.本发明涉及一种生物医用材料技术领域的方法，具体是一种用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法及其产品和应用，一种3d打印弹性聚合物支架的制备方法，利用常温3d打印制备负载改性纳米羟基磷灰石、丝素蛋白的pcla/plgt共混聚合物，制备具有弹性的可降解的关节修复植入物。
背景技术：
2.由各种原因如疾病、交通事故等导致的关节软骨组织损伤，是骨科临床一种常见症状。由于关节软骨没有血管、神经，其自我修复能力非常有限，需要植入填充物以促进软骨的再生修复。组织工程为临床解决关节软骨修复问题提供了新的思路，人工修复材料有望取代天然骨成为新的修复填充材料。
3.目前的科研工作中，常见的关节替代填充物多为以plga、pla等可降解聚酯，纳米羟基磷灰石（n
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ha）、磷酸三钙（tcp）等无机钙盐材料制备的复合膜或支架为主。但目前的修复支架常常忽视植入物的形状、厚度及力学强度与天然软骨的区别，导致缺损区的恢复、再生情况不佳。3d打印技术不仅可用于构建与缺损匹配的材料模型，也可用于调控修复材料的孔径、孔隙率，使其更适合细胞的生长，提升创伤的治愈修复能力。
技术实现要素：
4.本发明目的在于提供一种用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法。
5.本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架产品。
6.本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
7.本发明目的通过下述方案实现：一种用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法，其特征在于利用常温3d打印制备负载改性纳米羟基磷灰石、丝素蛋白的pcla/plgt共混聚合物，制备具有弹性的可降解的关节修复植入物，包括以下步骤：（1）分步反应制备plla修饰的plla
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ha；（2）配制以二氯甲烷、邻苯二甲酸二丁酯（dbp）为溶剂，以pcla、plgt、plla
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ha、丝素蛋白为溶质的3d打印“墨水”；（3）按模型设计进行常温下3d打印，打印完毕后，产品置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。
8.步骤（1）所述的plla
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ha的制备方法为分步反应法：配制含2%（w/v）γ
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氨丙基三乙氧基硅烷（kh550）的乙醇水溶液（90%乙醇），向其中加入10%（w/v）n
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ha，超声分散，用naoh溶液调节ph为9~10，在70 ℃下反应8 h，反应结束后在60 ℃下真空干燥，得到产物kh550
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ha，将3 g kh550
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ha和3 g丙交酯（lla）溶于30 ml dmf中，并加入0.01 g辛酸亚锡作为催
℃真空干燥8 h，得到产物plla
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ha；（2）将8ml二氯甲烷和2ml dbp混合配制为溶剂，以pcla、plgt、plla
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ha和丝素蛋白为溶质的3d打印“墨水”，在上述溶剂中依次加入2.5g pcla、1.5g plgt、0.95g plla
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ha、0.05g丝素蛋白，在密闭机械搅拌下进行充分溶解和分散；（3）按模型设计使用逐层堆积模式的3d打印机进行常温下3d打印，打印完毕后，产品置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。所制备关节软骨修复弹性聚合物支架见图1所示。
19.实施例2一种用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架，其他与实施例相同，只是步骤（2）按以下步骤制备：（1）分步反应制备plla修饰的plla
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ha，方法与实施例1相同；（2）将8ml二氯甲烷与2ml dbp混合，依次加入3.5g pcla、0.5g plgt、0.95g plla
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ha、0.05g丝素蛋白，在密闭机械搅拌下进行充分溶解和分散；（3）按模型设计使用逐层堆积模式的3d打印机在常温下进行3d打印，打印完成后，产品置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。
20.实施例3一种用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架，其他与实施例相同，只是步骤（2）按以下步骤制备：（1）分步反应制备plla修饰的plla
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ha，方法与实施例1相同；（2）将5ml二氯甲烷与5ml dbp混合，依次加入1g pcla、0.6g plgt、0.38g plla
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ha、0.02g丝素蛋白，在密闭机械搅拌下进行充分溶解和分散；（3）使用逐层堆积模式的3d打印机在常温下进行3d打印，打印完成后，产品置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。
技术特征：
1.一种用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法，其特征在于，利用常温3d打印制备负载改性纳米羟基磷灰石、丝素蛋白的pcla/plgt共混聚合物，获得具有弹性的可降解的关节修复植入物，包括以下步骤：（1）分步反应制备plla修饰的plla
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ha；（2）配制以二氯甲烷、邻苯二甲酸二丁酯（dbp）为溶剂，以pcla、plgt、plla
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ha和丝素蛋白为溶质的3d打印“墨水”，其中，所述的溶剂二氯甲烷、dbp的体积比5:5至8:2；所述的溶质pcla、plgt、plla
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ha和丝素蛋白的质量比（50
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70）:（10
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30）:19:1；溶剂与溶质按10:（2
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5）（v/w）的比例进行混合，混合方式为常温下密闭机械搅拌至溶质充分溶解和分散；（3）按模型设计进行常温下3d打印，打印完毕后，产品置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。2.根据权利要求1所述的用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的plla
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ha的分步反应制备方法为：配制含2%（w/v）γ
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氨丙基三乙氧基硅烷（kh550）的乙醇水溶液，90%乙醇，向其中加入10%（w/v）n
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ha，超声分散，用naoh溶液调节ph至9~10，在70 ℃下反应8 h后，在60 ℃下真空干燥，得到产物kh550
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ha；将3 g kh550
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ha和3 g丙交酯（lla）溶于30 ml dmf中，并加入0.01 g辛酸亚锡作为催化剂，在120 ℃下冷凝回流反应24 h，得到的产物用二氯甲烷清洗、离心后40 ℃真空干燥8 h，得到产物plla
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ha。3.根据权利要求1所述的用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述3d打印使用逐层堆积模式的生物3d打印机进行。4.根据权利要求1至3任一项所述的用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：（1）分步反应制备plla修饰的plla
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ha：配制含2%（w/v）γ
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氨丙基三乙氧基硅烷（kh550）的乙醇水溶液（90%乙醇），向其中加入10%（w/v）n
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ha，超声分散，用naoh溶液调节ph至9~10，在70 ℃下反应8 h后，在60 ℃下真空干燥，得到产物kh550
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ha；将3 g kh550
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ha和3 g丙交酯（lla）溶于30 ml dmf中，并加入0.01 g辛酸亚锡作为催化剂，在120 ℃下冷凝回流反应24 h，得到的产物用二氯甲烷清洗三次，离心后40 ℃真空干燥8 h，得到产物plla
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ha；（2）将8ml二氯甲烷和2ml dbp混合配制为溶剂，以pcla、plgt、plla
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ha和丝素蛋白为溶质的3d打印“墨水”，在上述溶剂中依次加入2.5g pcla、1.5g plgt、0.95g plla
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ha、0.05g丝素蛋白，在密闭机械搅拌下进行充分溶解和分散；（3）按模型设计使用逐层堆积模式的3d打印机进行常温下3d打印，打印完毕后，产品置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。5.根据权利要求1至3任一项所述的用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：（1）分步反应制备plla修饰的plla
‑
ha；（2）将8ml二氯甲烷与2ml dbp混合，依次加入3.5g pcla、0.5g plgt、0.95g plla
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ha、0.05g丝素蛋白，在密闭机械搅拌下进行充分溶解和分散；（3）按模型设计使用逐层堆积模式的3d打印机在常温下进行3d打印，打印完成后，产品
置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。6.根据权利要求1至3任一项所述的用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：（1）分步反应制备plla修饰的plla
‑
ha；（2）将5ml二氯甲烷与5ml dbp混合，依次加入1g pcla、0.6g plgt、0.38g plla
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ha、0.02g丝素蛋白，在密闭机械搅拌下进行充分溶解和分散；（3）使用逐层堆积模式的3d打印机在常温下进行3d打印，打印完成后，产品置于40℃烘箱中使溶剂挥发，得到弹性聚合物支架。7.一种用于关节软骨修复的3d打印弹性聚合物支架，其特征在于，根据权利要求1
‑
6任一所述方法制备得到。8.一种根据权利要求7所述3d打印弹性聚合物支架在制备用于关节软骨修复个性化3d打印材料中的应用。
技术总结
本发明涉及一种用于关节软骨修复的3D打印弹性聚合物支架的制备方法，利用常温3D打印制备负载改性纳米羟基磷灰石、丝素蛋白的PCLA/PLGT共混聚合物，制备具有弹性的可降解的关节修复植入物。材料具有合适的弹性和力学强度，加入改性n
技术研发人员：崔大祥 杨迪诚 朱君 徐艳
受保护的技术使用者：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
技术研发日：2021.08.19
技术公布日：2021/12/6
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