一种具有压电性能的骨组织工程支架3d打印材料
技术领域
1.本发明属于生物医用材料技术领域。更具体地，涉及一种具有压电性能的骨组织工程支架3d打印材料。
背景技术：
2.因疾病、各种原因导致的关节软骨损伤是目前临床中常见的疾病，特别是随着全球老龄化程度日益严重，关节软骨疾病显得尤为突出，为病人家庭、社会和国家都带来了巨大的压力。并且因为在软骨组。织中缺乏血管和神经，为软骨组织的修复与重建带来了巨大的困难。组织工程技术为软骨组织的修复与重建提供了新的方向，其包含三大要素：细胞、生长因子以及支架。其中支架的作用尤为重要，不仅是生长因子的主要载体，同时也为细胞的生长、分化提供必要的空间，更对新生组织的生长起到决定性的作用。
3.压电效应是指压电体在外力的刺激下产生形变时，其内部会发生电极化，使材料表面电荷发生重排产生电位差，从而在材料表面形成电荷；当撤去外力后，材料又会恢复到不带电状态。压电材料是一类具有压电效应的智能生物材料，相对于传统生物材料，其会响应细胞迁移、身体运动或超声波等外部刺激，产生电信号并传递给周围的细胞及组织，在早期修复阶段，压电效应还可影响细胞的迁移、增殖、分化等过程。将压电材料应用于骨组织工程支架中，则可以实现在目标部位直接产生电荷进行治疗的目的，如中国专利申请cn102423504a公开了一种骨水泥固相粉末，该粉末将磷酸钙骨水泥粉末和纳米压电粉混合，再加入液相固化的方法制得，但是直接让压电颗粒分散在基体骨水泥中，无法实现压电颗粒的相互连接因此压电系数很低，达不到刺激细胞增殖分化的目的。
4.因此，迫切需要提供一种具有较好压电性能的骨组织工程支架材料。
技术实现要素：
5.本发明要解决的技术问题是克服现有压电骨水泥材料分散均匀，压电性能较差的缺陷和不足，提供一种具有较好压电性能的骨组织工程支架材料。
6.本发明的目的是提供一种具有压电性能的骨组织工程支架3d打印材料。
7.本发明另一目的是提供所述具有压电性能的骨组织工程支架3d打印材料在制备骨修复材料中的应用。
8.本发明另一目的是提供一种具有压电性能的骨组织工程支架。
9.本发明另一目的是提供所述具有压电性能的骨组织工程支架的制备方法。
10.本发明上述目的通过以下技术方案实现：
11.一种具有压电性能的骨组织工程支架3d打印材料，所述骨组织工程支架3d打印材料由聚乙烯醇水溶液、钛酸钡、羟基磷灰石制成；
12.其中，所述聚乙烯醇水溶液的质量体积浓度为8～13％，所述钛酸钡和羟基磷灰石为粉体，所述粉体总添加量为2.0～3.0g/ml。
13.进一步地，所述钛酸钡和羟基磷灰石的质量比为(0.5～0.8)：1。
14.更进一步地，所述聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇的分子量为110000～130000。
15.进一步地，所述钛酸钡为立方晶体结构，粒径为1～5μm。
16.更进一步地，所述羟基磷灰石的粒径为100～500nm。
17.另外的，本发明还提供了所述具有压电性能的骨组织工程支架3d打印材料在制备骨修复材料中的应用。
18.另外的，本发明还提供了一种具有压电性能的骨组织工程支架，由所述具有压电性能的骨组织工程支架3d打印材料制备得到。
19.另外的，本发明还提供了所述具有压电性能的骨组织工程支架的制备方法，包括以下步骤：
20.s1、配置聚乙烯醇水溶液，加入钛酸钡和羟基磷灰石混合均匀，超声，抽真空，得3d打印材料；
21.s2、根据患者骨缺损部位的影像学数据，设计缺损部位的形貌，设定3d打印参数，将步骤s1所得3d打印材料打印成型，得毛坯；
22.s3、将步骤s2所得毛坯进行煅烧，即得。
23.进一步地，步骤s1中，所述超声为在50～60℃温度下，超声15～30min。
24.更进一步地，步骤s3中，所述煅烧的温度为1300～1500℃，升温速率为3～5℃/分钟。
25.本发明具有以下有益效果：
26.本发明一种具有压电性能的骨组织工程支架3d打印材料，以聚乙烯醇水溶液、钛酸钡、羟基磷灰石为主要原料，无需添加表面活性剂、除泡剂等辅料，即可得到粘度适中、均匀分布的3d打印材料，打印后所得骨组织工程支架结构保持能力较好，同时还能很好地保持细胞活性，在适当的外界机械力刺激下，在支架表面产生电荷，促进骨组织的生长及血管的形成，非常适用于制备骨修复材料；并且本发明骨组织工程支架制备方法简单，可针对不同的患者损伤部位制备出不同的形貌，使用范围广。
具体实施方式
27.以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
28.除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
29.实施例1一种具有压电性能的骨组织工程支架
30.所述具有压电性能的骨组织工程支架由以下步骤制备得到：
31.s1、配置的质量体积浓度为10％的聚乙烯醇水溶液，加入钛酸钡和羟基磷灰石粉体(其中，钛酸钡的粒径为2μm，羟基磷灰石的粒径为100nm，两者的质量比为0.6：1)，粉体的总添加量为2.5g/ml，混合均匀，60℃温度下，超声30min，抽真空去除气泡，得3d打印材料；
32.s2、根据患者骨缺损部位的影像学数据，设计缺损部位的形貌，设定3d打印参数，将步骤s1所得3d打印材料放入打印机中，锥状喷头恒定喷出直径250μm的柱状墨水，最后层层堆积形成块状支架毛坯(柱状结构中心至中心的距离为500μm；相邻两层之间柱状结构间相互垂直，两层间的距离为175μm)；
33.s3、将步骤s2所得毛坯室温干燥24h后，在400℃(升温速率为1℃/分钟)下烧结1h
以去除有机质，然后在1300℃温度下(升温速率为3℃/分钟)煅烧2h，即得。
34.实施例2一种具有压电性能的骨组织工程支架
35.所述具有压电性能的骨组织工程支架由以下步骤制备得到：
36.s1、配置的质量体积浓度为8％的聚乙烯醇水溶液，加入钛酸钡和羟基磷灰石粉体(其中，钛酸钡的粒径为4μm，羟基磷灰石的粒径为500nm，两者的质量比为0.5：1)，粉体的总添加量为2.0g/ml，混合均匀，50℃温度下，超声30min，抽真空去除气泡，得3d打印材料；
37.s2、根据患者骨缺损部位的影像学数据，设计缺损部位的形貌，设定3d打印参数，将步骤s1所得3d打印材料放入打印机中，锥状喷头恒定喷出直径250μm的柱状墨水，最后层层堆积形成块状支架毛坯(柱状结构中心至中心的距离为500μm；相邻两层之间柱状结构间相互垂直，两层间的距离为175μm)；
38.s3、将步骤s2所得毛坯室温干燥24h后，在400℃(升温速率为1℃/分钟)下烧结1h以去除有机质，然后在1500℃温度下(升温速率为5℃/分钟)煅烧2h，即得。
39.实施例3一种具有压电性能的骨组织工程支架
40.所述具有压电性能的骨组织工程支架由以下步骤制备得到：
41.s1、配置的质量体积浓度为13％的聚乙烯醇水溶液，加入钛酸钡和羟基磷灰石粉体(其中，钛酸钡的粒径为1μm，羟基磷灰石的粒径为300nm，两者的质量比为0.8：1)，粉体的总添加量为3.0g/ml，混合均匀，55℃温度下，超声30min，抽真空去除气泡，得3d打印材料；
42.s2、根据患者骨缺损部位的影像学数据，设计缺损部位的形貌，设定3d打印参数，将步骤s1所得3d打印材料放入打印机中，锥状喷头恒定喷出直径250μm的柱状墨水，最后层层堆积形成块状支架毛坯(柱状结构中心至中心的距离为500μm；相邻两层之间柱状结构间相互垂直，两层间的距离为175μm)；
43.s3、将步骤s2所得毛坯室温干燥24h后，在400℃(升温速率为1℃/分钟)下烧结1h以去除有机质，然后在1400℃温度下(升温速率为4℃/分钟)煅烧2h，即得。
44.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
技术领域
1.本发明属于生物医用材料技术领域。更具体地，涉及一种具有压电性能的骨组织工程支架3d打印材料。
背景技术：
2.因疾病、各种原因导致的关节软骨损伤是目前临床中常见的疾病，特别是随着全球老龄化程度日益严重，关节软骨疾病显得尤为突出，为病人家庭、社会和国家都带来了巨大的压力。并且因为在软骨组。织中缺乏血管和神经，为软骨组织的修复与重建带来了巨大的困难。组织工程技术为软骨组织的修复与重建提供了新的方向，其包含三大要素：细胞、生长因子以及支架。其中支架的作用尤为重要，不仅是生长因子的主要载体，同时也为细胞的生长、分化提供必要的空间，更对新生组织的生长起到决定性的作用。
3.压电效应是指压电体在外力的刺激下产生形变时，其内部会发生电极化，使材料表面电荷发生重排产生电位差，从而在材料表面形成电荷；当撤去外力后，材料又会恢复到不带电状态。压电材料是一类具有压电效应的智能生物材料，相对于传统生物材料，其会响应细胞迁移、身体运动或超声波等外部刺激，产生电信号并传递给周围的细胞及组织，在早期修复阶段，压电效应还可影响细胞的迁移、增殖、分化等过程。将压电材料应用于骨组织工程支架中，则可以实现在目标部位直接产生电荷进行治疗的目的，如中国专利申请cn102423504a公开了一种骨水泥固相粉末，该粉末将磷酸钙骨水泥粉末和纳米压电粉混合，再加入液相固化的方法制得，但是直接让压电颗粒分散在基体骨水泥中，无法实现压电颗粒的相互连接因此压电系数很低，达不到刺激细胞增殖分化的目的。
4.因此，迫切需要提供一种具有较好压电性能的骨组织工程支架材料。
技术实现要素：
5.本发明要解决的技术问题是克服现有压电骨水泥材料分散均匀，压电性能较差的缺陷和不足，提供一种具有较好压电性能的骨组织工程支架材料。
6.本发明的目的是提供一种具有压电性能的骨组织工程支架3d打印材料。
7.本发明另一目的是提供所述具有压电性能的骨组织工程支架3d打印材料在制备骨修复材料中的应用。
8.本发明另一目的是提供一种具有压电性能的骨组织工程支架。
9.本发明另一目的是提供所述具有压电性能的骨组织工程支架的制备方法。
10.本发明上述目的通过以下技术方案实现：
11.一种具有压电性能的骨组织工程支架3d打印材料，所述骨组织工程支架3d打印材料由聚乙烯醇水溶液、钛酸钡、羟基磷灰石制成；
12.其中，所述聚乙烯醇水溶液的质量体积浓度为8～13％，所述钛酸钡和羟基磷灰石为粉体，所述粉体总添加量为2.0～3.0g/ml。
13.进一步地，所述钛酸钡和羟基磷灰石的质量比为(0.5～0.8)：1。
14.更进一步地，所述聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇的分子量为110000～130000。
15.进一步地，所述钛酸钡为立方晶体结构，粒径为1～5μm。
16.更进一步地，所述羟基磷灰石的粒径为100～500nm。
17.另外的，本发明还提供了所述具有压电性能的骨组织工程支架3d打印材料在制备骨修复材料中的应用。
18.另外的，本发明还提供了一种具有压电性能的骨组织工程支架，由所述具有压电性能的骨组织工程支架3d打印材料制备得到。
19.另外的，本发明还提供了所述具有压电性能的骨组织工程支架的制备方法，包括以下步骤：
20.s1、配置聚乙烯醇水溶液，加入钛酸钡和羟基磷灰石混合均匀，超声，抽真空，得3d打印材料；
21.s2、根据患者骨缺损部位的影像学数据，设计缺损部位的形貌，设定3d打印参数，将步骤s1所得3d打印材料打印成型，得毛坯；
22.s3、将步骤s2所得毛坯进行煅烧，即得。
23.进一步地，步骤s1中，所述超声为在50～60℃温度下，超声15～30min。
24.更进一步地，步骤s3中，所述煅烧的温度为1300～1500℃，升温速率为3～5℃/分钟。
25.本发明具有以下有益效果：
26.本发明一种具有压电性能的骨组织工程支架3d打印材料，以聚乙烯醇水溶液、钛酸钡、羟基磷灰石为主要原料，无需添加表面活性剂、除泡剂等辅料，即可得到粘度适中、均匀分布的3d打印材料，打印后所得骨组织工程支架结构保持能力较好，同时还能很好地保持细胞活性，在适当的外界机械力刺激下，在支架表面产生电荷，促进骨组织的生长及血管的形成，非常适用于制备骨修复材料；并且本发明骨组织工程支架制备方法简单，可针对不同的患者损伤部位制备出不同的形貌，使用范围广。
具体实施方式
27.以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
28.除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
29.实施例1一种具有压电性能的骨组织工程支架
30.所述具有压电性能的骨组织工程支架由以下步骤制备得到：
31.s1、配置的质量体积浓度为10％的聚乙烯醇水溶液，加入钛酸钡和羟基磷灰石粉体(其中，钛酸钡的粒径为2μm，羟基磷灰石的粒径为100nm，两者的质量比为0.6：1)，粉体的总添加量为2.5g/ml，混合均匀，60℃温度下，超声30min，抽真空去除气泡，得3d打印材料；
32.s2、根据患者骨缺损部位的影像学数据，设计缺损部位的形貌，设定3d打印参数，将步骤s1所得3d打印材料放入打印机中，锥状喷头恒定喷出直径250μm的柱状墨水，最后层层堆积形成块状支架毛坯(柱状结构中心至中心的距离为500μm；相邻两层之间柱状结构间相互垂直，两层间的距离为175μm)；
33.s3、将步骤s2所得毛坯室温干燥24h后，在400℃(升温速率为1℃/分钟)下烧结1h
以去除有机质，然后在1300℃温度下(升温速率为3℃/分钟)煅烧2h，即得。
34.实施例2一种具有压电性能的骨组织工程支架
35.所述具有压电性能的骨组织工程支架由以下步骤制备得到：
36.s1、配置的质量体积浓度为8％的聚乙烯醇水溶液，加入钛酸钡和羟基磷灰石粉体(其中，钛酸钡的粒径为4μm，羟基磷灰石的粒径为500nm，两者的质量比为0.5：1)，粉体的总添加量为2.0g/ml，混合均匀，50℃温度下，超声30min，抽真空去除气泡，得3d打印材料；
37.s2、根据患者骨缺损部位的影像学数据，设计缺损部位的形貌，设定3d打印参数，将步骤s1所得3d打印材料放入打印机中，锥状喷头恒定喷出直径250μm的柱状墨水，最后层层堆积形成块状支架毛坯(柱状结构中心至中心的距离为500μm；相邻两层之间柱状结构间相互垂直，两层间的距离为175μm)；
38.s3、将步骤s2所得毛坯室温干燥24h后，在400℃(升温速率为1℃/分钟)下烧结1h以去除有机质，然后在1500℃温度下(升温速率为5℃/分钟)煅烧2h，即得。
39.实施例3一种具有压电性能的骨组织工程支架
40.所述具有压电性能的骨组织工程支架由以下步骤制备得到：
41.s1、配置的质量体积浓度为13％的聚乙烯醇水溶液，加入钛酸钡和羟基磷灰石粉体(其中，钛酸钡的粒径为1μm，羟基磷灰石的粒径为300nm，两者的质量比为0.8：1)，粉体的总添加量为3.0g/ml，混合均匀，55℃温度下，超声30min，抽真空去除气泡，得3d打印材料；
42.s2、根据患者骨缺损部位的影像学数据，设计缺损部位的形貌，设定3d打印参数，将步骤s1所得3d打印材料放入打印机中，锥状喷头恒定喷出直径250μm的柱状墨水，最后层层堆积形成块状支架毛坯(柱状结构中心至中心的距离为500μm；相邻两层之间柱状结构间相互垂直，两层间的距离为175μm)；
43.s3、将步骤s2所得毛坯室温干燥24h后，在400℃(升温速率为1℃/分钟)下烧结1h以去除有机质，然后在1400℃温度下(升温速率为4℃/分钟)煅烧2h，即得。
44.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
再多了解一些
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