一种3D打印的硒掺杂羟基磷灰石人工骨结构的制备方法与流程

一种3d打印的硒掺杂羟基磷灰石人工骨结构的制备方法
技术领域
1.本技术涉及生物医用材料领域，尤其涉及一种3d打印双模板介导的人工骨和人工骨膜的制备方法。


背景技术：

2.由于人活动、疾病、老龄化等导致的骨折延迟愈合甚至不愈合，在骨科临床工作中仍旧是一个很大的挑战；目前，应用于临床的颅骨修复材料主要有自体骨、同种异体骨、异种异体骨和人工骨材料，其特征如下：
3.(1)自体骨：自体骨修复是颅骨重建的金标准，由于自体骨组织具有良好的骨传导性和组织相容性，并且无免疫排斥反应，且术后股外漏率低，但存在供区有限、塑形困难、增加二次创伤和移植骨具有较高的骨吸收率等问题，临床应用受限；
4.(2)同种异体骨：同种异体骨一般是经过特殊的灭菌处理，不会出现一般的传染病，并且无免疫原性，同种异体骨术后可与自体组织生物性结合，允许组织血管化和自体组织的长入重建，但术后的高感染率、移植骨吸收率以及宗教、伦理等因素限制了同种异体骨在颅骨缺损上的临床应用；
5.(3)异种异体骨：异种异体骨的来源丰富，但免疫原性较强，临床上使用的冻干骨、煅烧骨和脱蛋白骨是将动物骨组织分别经过冻干、高温煅烧、辐照和脱钙等处理，去除了细胞，胶原等有机成分，保留了天然孔隙结构，消除了抗原性，但组织机械强度小，疏松易碎，力学强度差，降低了可塑性；
6.理想的人工骨修复材料需要具有优异的生物相容性、骨传导性、骨诱导性，能够为正常的细胞粘附、生长、增殖和分泌基质提供良好的微环境，同时需要具有可塑性：可被加工成所需的形状，并有一定的机械强度，在置入体内后的一定时间内仍可保持其形状，使新形成的组织具有一定的外形，并且需要具有三维多孔结构：一方面有利于细胞的置入粘附，另一方面有利于细胞营养成分的渗入和细胞代谢产物的排除。
7.人工骨膜是被覆在除关节以外几乎所有骨表面上的致密结缔组织膜，由外部的纤维层和内部的形成层组成，在骨发育和骨折愈合中发挥着重要的作用，与人工骨共同构成人工骨结构；目前的人工骨膜主要为脱细胞基质膜、胶原及其矿化膜等，此类型膜存在机械性能差，湿润后力学性质会显著改变，存在围手术期破裂的风险及降解速率过快等问题，此外，还有部分骨膜以人工合成高分子聚乳酸等合成，其存在降解产物呈酸性对人体不利等问题。
8.骨肉瘤(osteosarcoma)是一种多发于25岁以下青少年的原发性高度恶性的骨肿瘤，具有很高的死亡率，预后也极差。临床上骨肉瘤的治疗主要是通过局部肿瘤组织的广发切除，之后在原位缺损区填充具有生物活性的骨支架材料，并且术后需辅助放化疗，抑制肿瘤的复发。大量研究资料显示，骨肉瘤在大部切除后，恶性肿瘤细胞很难清理干净，这些残存的骨肉瘤细胞在日后很可能导致肿瘤的再发或复发。为了避免这种的发生，人们大多在骨缺损区被植入材料修复后，进行局部放化疗。如果骨植入修复材料既能够促进骨再生修
复又能诱导肿瘤细胞凋亡，那么，它必将加速骨愈合过程，同时降低骨肉瘤的再发率。
9.目前临床上应用较多的人工骨组织工程材料均仅具有单一的功能，难以将骨修复和抑癌作用两方面效应结合起来。此外，用作骨缺损修复的材料在植入人体后很难达到理想的骨联合，并且材料的降解速率与骨组织生长的速率也很难匹配。这就导致许多患者存在骨植入部位存在骨延迟愈合甚至不愈合，骨生长的同时产生骨肉瘤，甚至在假关节或关节畸形的情况发生。
10.目前临床上可使用的人工骨膜极为稀少，并且存在一定缺陷。主要为脱细胞基质膜、胶原及其矿化膜等，此类型膜存在机械性能差，湿润后力学性质会显著改变，存在围手术期破裂的风险及降解速率过快等问题。此外，还有部分骨膜以人工合成高分子聚乳酸等合成，其存在降解产物呈酸性对人体不利等问题。由此可见，目前临床上所使用的人工骨膜存在缺陷，不利于植入或植入后包覆骨缺损修复，不适合作为骨膜或骨膜替代物诱导骨缺损部位再生及抑制骨肉瘤和治疗骨癌。
11.3d打印技术应用于骨组织支架可以个性打印形状，精准吻合缺损部位；可以通过特定的程序设定出有利于细胞增殖的孔隙，增强支架的骨诱导性、骨传导性、骨再生。
12.因此，现有技术中至少存在降解速率过快、机械性能和生物相容性较差、与天然骨差别较大，不利于植入，不利于植入后包覆骨缺损修复及抑制骨肉瘤和治疗骨癌等技术问题，如何开发一种3d打印双模板介导的人工骨和人工骨膜的制备方法，成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

13.本技术提供了一种3d打印双模板介导的人工骨和人工骨膜的制备方法，以解决现有技术中降解速率过快和机械性能差的技术问题。
14.第一方面，本技术提供了一种3d打印双模板介导的人工骨和人工骨膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
15.分别得到双模板溶液、磷盐溶液、钙源溶液和硒源溶液；
16.将所述磷盐溶液、钙源溶液和所述硒源溶液加入所述双模版溶液中进行搅拌混合，后进行ph调节，再洗涤和过滤，得到双模板介导的硒掺杂羟基磷灰石溶液；
17.得到载有生长因子的微球体；
18.将所述载有生长因子的微球体加入到双模板介导的所述硒掺杂羟基磷灰石溶液中，得到含生长因子的硒掺杂羟基磷灰石溶液；
19.得到3d打印的模型数据；
20.根据3d打印的所述模型数据，将含生长因子的所述硒掺杂羟基磷灰石溶液进行低温3d打印和后处理，得到降解速度适当的硒掺杂羟基磷灰石人工骨和人工骨膜。
21.可选的，所述双模版溶液包括丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液；其中，所述丝素蛋白溶液中丝素蛋白的质量分数为0.5％～30％，所述胶原蛋白溶液中胶原蛋白的质量分数为0.5％～5％；所述胶原蛋白溶液包括将胶原蛋白粉溶解于0.05mol/l的醋酸溶液得到，丝素蛋白溶液包括将丝素蛋白溶解于溴化锂溶液或氯化钙三元体系溶液中得到；
22.所述胶原蛋白包括i型胶原蛋白和ii型胶原蛋白中的至少一种；
23.所述丝素蛋白和所述胶原蛋白质量比为0.3～3∶1。
24.可选的，所述胶原蛋白为i型胶原蛋白。
25.可选的，所述钙源溶液包括四水硝酸钙溶液、氯化钙溶液和氢氧化钙溶液中的至少一种；
26.所述磷盐溶液包括磷酸氢二铵溶液、磷酸二氢铵溶液、磷酸氢二钠溶液和磷酸氢二钾溶液中的至少一种；
27.可选的，所述钙源溶液为四水硝酸钙溶液，磷盐溶液为磷酸氢二铵溶液。
28.所述硒源溶液包括亚硒酸钠溶液。
29.可选的，所述磷盐溶液、所述钙源溶液和所述硒源溶液满足b＝10/(6-0.667a)，其中，b表示所述钙源溶液中钙元素和所述磷盐溶液中磷元素的摩尔比，a表示所述硒源溶液中硒元素和所述磷盐溶液中磷元素的摩尔比，a＝0.03％～10％。
30.可选的，以质量分数计，所述双模版介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨中硒掺杂羟基磷灰石占总质量比为40％～90％；所述双模版介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨膜中硒掺杂羟基磷灰石占总质量比为0.5％～20％。
31.可选的，所述载有生长因子的微球体由双重乳化-溶剂蒸发法制得；
32.可选的，所述载有生长因子的微球体直径为1μm～100μm，浓度为0.1g/100ml～20g/100ml；以质量分数计，所述载有生长因子的微球体包括：生长因子：0.1％～10％和微球体：90％～99.9％；所述生长因子为血管内皮生长因子、碱性成纤维细胞生长因子、类胰岛素生长因子、转化生长因子-β或血小板源性生长因子中的一种或两种；所述微球体是具有生物相容性和生物降解性的聚合物，包括聚己内酯、聚羟基脂族羧酸、聚羟基丁酸酯-聚羟基戊酸酯共聚体、聚乳酸-聚己内酯共聚体、聚酸酐、多糖、凝聚素、糖胺聚糖、脱乙酰壳多糖、纤维素、丙烯酸酯聚合物、乙醇酸或乳酸的均聚物和聚丙交酯-乙交酯衍生的共聚物中的一种或两种。
33.可选的，所述生长因子为骨形态发生蛋白-2(bmp-2，转化生长因子-β中的一种)，微球体为聚(丙交酯-共-乙交酯)(plga)。
34.可选的，所述低温3d打印的参数包括：材料沉积速度：10mm/s，挤出速度：0.09mm/min，打印层厚：0.5mm，平台成型温度：-20～10℃，气压：50kpa～300kpa，网孔直径0.4mm～0.8mm，设备针头直径0.4mm。
35.可选的，所述得到3d打印的模型数据，具体包括：
36.对骨缺损部位进行扫描，后进行三维重建，得到构建模型；
37.将所述构建模型进行骨缺损模型设计，得到设计模型；
38.将所述设计模型转换为骨缺损模型数据，后进行修正和整合，得到模型数据。
39.可选的，所述后处理依次包括：冷冻干燥、戊二醛蒸汽交联、热交联、解析工艺和辐照灭菌。
40.可选的，所述冷冻干燥包括：在-20℃～-80℃条件下进行3h～24h的预冷冻，后在温度-50℃～37℃和压强0.1pa～50pa的条件下进行24h～72h干燥；所述戊二醛蒸汽交联包括：在37℃～52℃和戊二醛蒸汽浓度为5％～25％的条件下交联2h～12h；所述热交联包括：在100℃～110℃和10pa～150pa的条件下交联12h～48h；所述解析工艺包括：以解析温度37℃～52℃和解析时间2d～4d的条件下进行解析；所述辐照灭菌包括：以钴60 25kgy辐照剂量进行灭菌。
41.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
42.本技术实施例提供的一种3d打印双模板介导的人工骨和人工骨膜的制备方法，通过利用含有蛋白的溶液为双模版，依次通过磷盐溶液、钙源溶液和硒源溶液，从而得到双模板介导的硒掺杂羟基磷灰石溶液，能够保证硒掺杂羟基磷灰石溶液的降解性，再通过载有生长因子的微球体加入到所得的溶液中，再进行3d低温打印，经过3d低温打印后的人工骨和人工骨膜具有大量的可供细胞增殖的孔隙，得到的人工骨和人工骨膜具有良好的力学性能、降解性能、抑制骨肉瘤及促进骨修复效果。
附图说明
43.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
44.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1为本技术实施例提供的方法的流程示意图；
46.图2为本技术实施例提供的方法的详细流程示意图。
具体实施方式
47.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
48.本发明的创造性思维为：人工骨膜是被覆在除关节以外几乎所有骨表面上的致密结缔组织膜，由外部的纤维层和内部的形成层组成，在骨发育和骨折愈合中发挥着重要的作用，其中，纤维层含有成纤维细胞、胶原和弹性纤维，神经和微血管网络，提供骨膜的机械稳定性；形成层则储存大量不同类型的细胞，为骨形成和修复提供细胞来源；人工骨膜可通过血管向骨组织提供营养物质，可诱导骨生长，控制骨生长方向等，在骨组织缺损的修复中起到至关重要的作用。众多研究都证明了骨膜在骨缺损修复中的重要性；相比于传统形式人工骨，人工骨膜还具有形成天然骨结构；在缺损处实现最佳骨整合，而不是直接逐层缝合肌肉和皮肤，使得植骨材料难以被很好的限制在缺损部位而产生脱出；能形成合适血管系统；能在缺损区形成屏障，降低异位骨化等作用；因此，有必要在骨修复过程中使用人工骨膜对植骨后的骨缺损部位进行包覆，以替代和诱导骨膜的重新形成，提升骨修复效果。
49.骨肉瘤(osteosarcoma)是一种多发于25岁以下青少年的原发性高度恶性的骨肿瘤，具有很高的死亡率，预后也极差；临床上骨肉瘤的治疗主要是通过局部肿瘤组织的广发切除，之后在原位缺损区填充具有生物活性的骨支架材料，并且术后需辅助放化疗，抑制肿瘤的复发，但是大量研究资料显示，骨肉瘤在大部切除后，恶性肿瘤细胞很难清理干净，这些残存的骨肉瘤细胞在日后很可能导致肿瘤的再发或复发，为了避免这种的发生，人们大多在骨缺损区被植入材料修复后，进行局部放化疗，因此如果骨植入修复材料既能够促进骨再生修复又能诱导肿瘤细胞凋亡，那么，它必将加速骨愈合过程，同时降低骨肉瘤的再发
率。
50.目前临床上应用较多的人工骨组织工程材料均仅具有单一的功能，难以将骨修复和抑癌作用两方面效应结合起来。此外，用作骨缺损修复的材料在植入人体后很难达到理想的骨联合，并且材料的降解速率与骨组织生长的速率也很难匹配，这就导致许多患者存在骨植入部位存在骨延迟愈合甚至不愈合，骨生长的同时产生骨肉瘤，甚至在假关节或关节畸形的情况发生。
51.目前临床上可使用的人工骨膜极为稀少，并且存在一定缺陷。主要为脱细胞基质膜、胶原及其矿化膜等，此类型膜存在机械性能差，湿润后力学性质会显著改变，存在围手术期破裂的风险及降解速率过快等问题。此外，还有部分骨膜以人工合成高分子聚乳酸等合成，其存在降解产物呈酸性对人体不利等问题。由此可见，目前临床上所使用的人工骨膜存在缺陷，不利于植入或植入后包覆骨缺损修复，不适合作为骨膜或骨膜替代物诱导骨缺损部位再生及抑制骨肉瘤和治疗骨癌。
52.3d打印技术应用于骨组织支架可以个性打印形状，精准吻合缺损部位；可以通过特定的程序设定出有利于细胞增殖的孔隙，增强支架的骨诱导性、骨传导性、骨再生。
53.在本技术一个实施例中，如图1所示，提供一种3d打印的表面复合涂层钛网的制备方法，所述方法包括：
54.s1.分别得到双模板溶液、磷盐溶液、钙源溶液和硒源溶液；
55.s2.将所述磷盐溶液、钙源溶液和所述硒源溶液加入所述双模版溶液中进行搅拌混合，后进行ph调节，再洗涤和过滤，得到双模板介导的硒掺杂羟基磷灰石溶液；
56.s3.得到载有生长因子的微球体；
57.s4.将所述载有生长因子的微球体加入到双模板介导的所述硒掺杂羟基磷灰石溶液中，得到含生长因子的硒掺杂羟基磷灰石溶液；
58.s5.得到3d打印的模型数据；
59.s6.根据3d打印的所述模型数据，将含生长因子的所述硒掺杂羟基磷灰石溶液进行低温3d打印和后处理，得到降解速度适当的硒掺杂羟基磷灰石人工骨和人工骨膜。
60.在一些可选的实施方式中，所述双模版溶液包括丝素蛋白溶液和胶原蛋白溶液；其中，所述丝素蛋白溶液中丝素蛋白的质量分数为0.5％～30％，所述胶原蛋白溶液中胶原蛋白的质量分数为0.5％～5％；所述胶原蛋白溶液包括将胶原蛋白粉溶解于0.05mol/l的醋酸溶液得到，丝素蛋白溶液包括将丝素蛋白溶解于溴化锂溶液或氯化钙三元体系溶液中得到；
61.所述胶原蛋白为i型胶原蛋白；
62.所述丝素蛋白和所述胶原蛋白质量比为0.3～3∶1。
63.本技术中，丝素蛋白溶液中丝素蛋白的质量分数为0.5％～30％的积极效果是由于胶原蛋白是脊柱动物的主要结构蛋白，是成骨过程中成骨细胞分泌的细胞外基质，是钙盐沉积的支架和骨基质双层的促进剂、双层的模板，同时能够促进细胞迁移、吸附、分化，并能够调节细胞生长，但是其力学性能差，降解速率快；而丝素蛋白具有优良的生物相容性、生物可降解性和较好的力学特性，而且易于灭菌和塑形，广泛应用于韧带组织修补、血管组织移植、软骨组织修复、皮肤组织再生及神经组织工程等方面，但其力学强度远不及骨组织，且单纯丝素蛋白降解速度过慢，因此可将i型胶原蛋白和丝素蛋白联用，使胶原蛋白的
力学特性和降解速度得到改善，从而保证人工骨结构的降解速度合适；当质量分数的取值大于该范围的端点最大值，将导致的不利影响是过多的丝素蛋白将会导致胶原蛋白的降解速度过慢，不利于骨缺损部位的填充和治疗；当质量分数的取值小于该范围的端点最小值，将导致的不利影响是过低的丝素蛋白将无法有效的提高胶原蛋白的生物相容性和降解性以及力学强度。
64.胶原蛋白溶液中胶原蛋白的质量分数为0.5％～5％的积极效果是在该质量分数范围内，双模版溶液中的胶原蛋白和丝素蛋白能够以适当的降解速度降解，进而保证人工骨结构的降解速度合适；当质量分数的取值大于该范围的端点最大值，将导致的不利影响是过多的胶原蛋白将导致丝素蛋白将无法有效的提高胶原蛋白的生物相容性和降解性以及力学强度，当质量分数的取值小于该范围的端点最小值，将导致的不利影响是过低的胶原蛋白将会导致胶原蛋白的降解速度过快，不利于骨缺损部位的填充和治疗。
65.所述丝素蛋白和所述胶原蛋白质量比为0.3～3∶1的积极效果是在该质量比的范围内，能保证制得产品具有良好的力学性能，以适当的速度降解，进而满足实际临床使用。
66.在一些可选的实施方式中，所述钙源溶液包括四水硝酸钙溶液、氯化钙溶液和氢氧化钙溶液中的至少一种；
67.所述磷盐溶液包括磷酸氢二铵溶液、磷酸二氢铵溶液、磷酸氢二钠溶液和磷酸氢二钾溶液中的至少一种；
68.所述钙源溶液为四水硝酸钙溶液，磷盐溶液为磷酸氢二铵溶液，硒源溶液包括亚硒酸钠溶液。
69.可选的，所述磷盐溶液、所述钙源溶液和所述硒源溶液满足b＝10/(6-0.667a)，其中，b表示所述钙源溶液中钙元素和所述磷盐溶液中磷元素的摩尔比，a表示所述硒源溶液中硒元素和所述磷盐溶液中磷元素的摩尔比，a＝0.03％～10％。
70.本技术中，通过限定钙源溶液、磷盐溶液和硒源溶液的种类，再通过限定磷盐溶液、钙源溶液和硒源溶液的功能元素之间的比值关系，从而能保证钙源溶液、磷盐溶液和硒源溶液形成的硒掺杂羟基磷灰石溶液中的羟基磷灰石的降解特性和生物相容性，进而保证制得人工骨和人工骨膜的降解速度合适。
71.硒掺杂羟基磷灰石中硒的质量分数为0.03％～10％，是基于晶胞参数与生物学活性的考量，硒元素se以亚硒酸根seo
32-的形式部分取代羟基磷灰石晶体中的磷酸根po
43-的位置，seo
44-四面体结构大于po
43-，在空间结构上对羟基磷灰石产生了一定影响。
72.所述硒掺杂羟基磷灰石中硒对磷的摩尔取代度为0.03％～10％，该范围有利于硒掺杂羟基磷灰石的形成，若取代度值过大，产物中容易出现无定形钙磷且形成材料易产生毒性；若取代度值过小，不利于硒掺杂羟基磷灰石的形成，不利于抑制骨肉瘤和治疗骨癌作用。
73.在一些可选的实施方式中，以质量分数计，所述双模版介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨中硒掺杂羟基磷灰石占总质量比为40％～90％；所述双模版介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨膜中硒掺杂羟基磷灰石占总质量比为0.5％～20％。
74.本技术中，通过针对人工骨和人工骨膜中的硒掺杂羟基磷灰石含量进行限定，满足人工骨和人工骨膜产品制备工艺要求，从而能保证制得的人工骨和人工骨膜产品具有良好的力学性能和降解性能，满足实际临床使用。
75.在一些可选的实施方式中，所述载有生长因子的微球体由双重乳化-溶剂蒸发法制得；
76.所述载有生长因子的微球体直径为1μm～100μm，所述载有生长因子的微球体浓度为0.1g/100ml～20g/100ml；以质量分数计，所述载有生长因子的微球体包括：生长因子：0.1％～10％和微球体：90％～99.9％；所述生长因子为血管内皮生长因子、碱性成纤维细胞生长因子、类胰岛素生长因子、转化生长因子-β或血小板源性生长因子中的一种或两种；所述微球体是具有生物相容性和生物降解性的聚合物，包括聚己内酯、聚羟基脂族羧酸、聚羟基丁酸酯-聚羟基戊酸酯共聚体、聚乳酸-聚己内酯共聚体、聚酸酐、多糖、凝聚素、糖胺聚糖、脱乙酰壳多糖、纤维素、丙烯酸酯聚合物、乙醇酸或乳酸的均聚物和聚丙交酯-乙交酯衍生共聚物中的一种或两种。
77.所述生长因子为骨形态发生蛋白-2，微球体为聚(丙交酯-共-乙交酯)(plga)。
78.本技术中，含生长因子的微球体的直径为1μm～100μm，浓度为0.1～20g/100ml的积极效果是在该直径和浓度范围内，载有生长因子的微球体能够与双模版充分结合，进而能保证产品的生物活性的稳定；
79.当直径和浓度的取值大于该范围的端点最大值，将导致的不利影响是载有生长因子的微球体不能同双模板充分结合，且影响结合均匀性，造成原料浪费；当直径和浓度的取值小于该范围的端点最小值，将导致的不利影响是载有生长因子的微球体将不能有效的分散复合于双模版上，无法有效的稳定结合且影响产品生物活性。
80.本技术中，生长因子的质量分数为0.1％～10％的积极效果是在该质量分数的范围内，能有效的保证生长因子有效在微球体中承载且含量充足，进而保证骨缺损部位的细胞增殖，从而控制人工骨和人工骨膜产品的降解速度；当质量分数的取值大于该范围的端点最大值，将导致的不利影响是生长因子的含量过多，导致微球体的含量减少，促使细胞增殖速度过快，并且过多的生长因子将导致成本上升；当质量分数的取值小于该范围的端点最小值，将导致的不利影响是过低的生长因子将无法有效促进骨缺损部位的细胞增殖。
81.进一步的，所述低温3d打印的参数包括：
82.材料沉积速度：10mm/s，挤出速度：0.09mm/min，打印层厚：0.5mm，平台成型温度：-20～10℃，气压：50kpa～300kpa，网孔直径0.4mm～0.8mm，设备针头直径0.4mm。
83.可选的，所述得到3d打印的模型数据，具体包括：
84.本技术中，平台成型温度为-20℃～10℃的积极效果是在该温度范围内，能保证双模版溶液中蛋白的功能稳定和生长因子的稳定，同时保证硒掺杂羟基磷灰石溶液能够顺利成型；当温度的取值大于该范围的端点最大值，将导致的不利影响是过高的温度将影响成型及产品稳定性，当温度取值小于该范围的端点最小值，将影响3d打印成型速度。
85.气压为50kpa～300kpa的积极效果是在该压力范围内，能保证硒掺杂羟基磷灰石溶液能够顺利成型；当压力的取值大于该范围的端点最大值，将导致的不利影响是过高的压力将影响硒掺杂羟基磷灰石溶液的成型过程，导致产品结构出现塌陷，当压力取值小于该范围的端点最小值，将导致硒掺杂羟基磷灰石溶液的难以成型，进而影响其降解速度。
86.网孔直径为0.4mm～0.8mm的积极效果是能保证产品的孔洞稳定，进而保证其中的骨缺损部位细胞的增殖速度，保证产品的降解速度；当直径的取值大于该范围的端点最大值，将导致的不利影响是过大的直径将导致产品的孔洞缝隙过大，影响其降解性能，当直径
的取值小于该范围的端点最小值，将导致的不利影响是过小的直径将导致产品中孔洞缝隙过小，影响骨缺损部位细胞的增殖速度。
87.在一些可选的实施方式中，所述得到3d打印的模型数据，具体包括：
88.s5.1.对骨缺损部位进行扫描，后进行三维重建，得到构建模型；
89.s5.2.将所述构建模型进行骨缺损模型设计，得到设计模型；
90.s5.3.将所述设计模型转换为骨缺损模型数据，后进行修正和整合，得到模型数据；
91.其中，扫描为ct平扫及增强扫描。
92.本技术中，通过对骨缺损模型进行扫描，
93.在一些可选的实施方式中，所述后处理包括：冷冻干燥、戊二醛蒸汽交联、热交联、解析工艺和辐照灭菌中的至少一种方法。
94.进一步的，所述冷冻干燥包括：在-20℃～-80℃条件下进行3h～24h的预冷冻，后在温度-50℃～37℃和压强0.1pa～50pa的条件下进行24h～72h干燥；
95.所述戊二醛蒸汽交联包括：在37℃～52℃和戊二醛蒸汽浓度为5％～25％的条件下交联2h～12h；
96.所述热交联包括：在100℃～110℃和10pa～150pa的条件下交联12h～48h；
97.所述解析工艺包括：以解析温度37℃～52℃和解析时间2d～4d的条件下进行解析；
98.所述辐照灭菌包括：以钴6025kgy辐照剂量进行灭菌。
99.本技术中，通过限定后处理的工艺能有效的保证制备得到的人工骨和人工骨膜产品结构完整性和功能性，防止其中的蛋白成分和生长因子的活性丧失或者降低，其中，冷冻干燥可保证产品多孔结构和生长因子的功能完好，戊二醛蒸汽交联、热交联和解析工艺能有效促使人工骨和人工骨膜产品生物安全性和良好力学性能，再通过辐照灭菌，保证产品无菌。
100.实施例1
101.一种3d打印双模板介导的人工骨和人工骨膜的制备方法，包括：
102.s1.分别得到丝素蛋白和i型胶原蛋白双模板溶液、磷酸氢二铵溶液、四水硝酸钙溶液和亚硒酸钠溶液；i型胶原蛋白溶液中i型胶原蛋白溶解于0.05mol/l的醋酸溶液中，质量分数为0.5％；丝素蛋白溶液中丝素蛋白的质量分数为5％，丝素蛋白溶解于溴化锂溶液或氯化钙三元体系溶液中；
103.s2.将磷酸氢二铵溶液、四水硝酸钙溶液和亚硒酸钠溶液加入双模版溶液中进行ph调节至7，于温度37℃下进行搅拌混合24h，后静置24h，分离出沉淀并用水洗去杂质离子获得双模板介导的硒掺杂羟基磷灰石溶液；所述四水硝酸钙溶液以钙元素计，所述磷酸氢二铵溶液以磷元素计，所述亚硒酸钠溶液以硒元素计，所述钙元素与所述磷元素的摩尔比为1.667，其中硒元素与所述磷元素的摩尔比为0.003。所述丝素蛋白和i型胶原蛋白质量比为7∶3。双模版介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨中硒掺杂羟基磷灰石占总质量比为60％；所述双模版介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨膜中硒掺杂羟基磷灰石占总质量比为5％；
104.s3.得到载有生长因子的微球体；制备载有生长因子的微球体；制备方法采用双重乳化-溶剂蒸发法制得。具体方法包括：取一定量的聚(丙交酯-共-乙交酯)溶于二氯甲烷
(dcm)制成聚合物溶液。取1ml聚合物溶液加入玻璃容器中，再加入一定量的骨形态发生蛋白-2生长因子。用超声探头将上述混合物超声30s。将第一乳液加入一定体积的1％聚乙烯醇中，再对相进行14000rpm的强烈搅拌得到第二乳液。将上述乳液加入一定体积的0.1％聚乙烯醇30000-70000(sigma)，并且用匀浆机按300rpm搅拌1h，以蒸发二氯甲烷。最终，经过滤收集微球体，用蒸馏水清洗数次后在冷冻干燥机中冷冻干燥。干燥的微球体保存在4℃直至使用。载有骨形态发生蛋白-2生长因子的聚(丙交酯-共-乙交酯)微球体直径为1μm～100μm，包括以质量分数计0.5％生长因子和99.5％生物聚合物；
105.s4.将载有生长因子的微球体加入到双模板介导的硒掺杂羟基磷灰石溶液中，得到含生长因子的硒掺杂羟基磷灰石溶液；载有生长因子的微球体在溶液中浓度为10g/100ml；
106.s5.1.对骨缺损部位进行扫描，后进行三维重建，得到构建模型；
107.s5.2.将构建模型进行骨缺损模型设计，得到设计模型；
108.s5.3.将设计模型转换为骨缺损模型数据，后进行修正和整合，得到模型数据；
109.s6.根据3d打印的模型数据，将含生长因子的硒掺杂羟基磷灰石溶液进行低温3d打印和后处理，得到降解速度适当的硒掺杂羟基磷灰石人工骨和人工骨膜。
110.低温3d打印的参数包括：材料沉积速度：10mm/s，挤出速度：0.09mm/min，打印层厚：0.5mm，平台成型温度：-20℃，气压：200kpa，网孔直径：0.4mm，人工骨打印厚度4mm，人工骨膜打印厚度1mm，设备针头直径：0.4mm。
111.后处理依次包括：冷冻干燥、戊二醛蒸汽交联、热交联、解析工艺和辐照灭菌；
112.冷冻干燥的工艺条件为：在-60℃条件下进行预冷冻12h，后在温度10℃和压强10pa的条件下进行冷冻体干燥48h；戊二醛蒸汽交联的工艺条件为：在温度为40℃和戊二醛蒸汽浓度为10％的条件下交联12h；热交联的工艺条件为：在真空干燥箱中进行，在100℃和100pa的条件下交联48h；解析工艺条件为：鼓风干燥箱中，解析温度37℃、解析时间2d；辐照灭菌的工艺条件为：以钴60辐照25kgy剂量灭菌。
113.实施例2
114.一种3d打印双模板介导的人工骨和人工骨膜的制备方法，将实施例2和实施例1相对比，实施例2和实施例1的区别在于：
115.i型胶原蛋白溶液中i型胶原蛋白溶解于0.05mol/l的醋酸溶液中，质量分数为1％；丝素蛋白容液中丝素蛋白的质量分数为10％，丝素蛋白溶解于溴化锂溶液或氯化钙三元体系溶液中；
116.s2中ph调节至7.5；
117.所述四水硝酸钙溶液以钙元素计，所述磷酸氢二铵溶液以磷元素计，所述亚硒酸钠溶液以硒元素计，所述钙元素与所述磷元素的摩尔比为1.676，其中硒元素与所述磷元素的摩尔比为0.05。所述丝素蛋白和i型胶原蛋白质量比为1∶1。双模版介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨中硒掺杂羟基磷灰石占总质量比为40％；所述双模版介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨膜中硒掺杂羟基磷灰石占总质量比为10％；
118.载有骨形态发生蛋白-2生长因子的聚(丙交酯-共-乙交酯)微球体直径为1μm～100μm，包括以质量分数计0.5％生长因子和99.5％生物聚合物；载有生长因子的微球体在溶液中浓度为6g/100ml；
119.低温3d打印的参数包括：材料沉积速度：10mm/s，挤出速度：0.09mm/mm，打印层厚：0.5mm，平台成型温度：-4℃，气压：250kpa，网孔直径0.4mm，人工骨打印厚度3mm，人工骨膜打印厚度1mm，设备针头直径0.4mm；
120.冷冻干燥的工艺条件为：在-50℃条件下进行预冷冻12h，之后在温度20℃，压强20pa下进行冷冻体干燥48h；戊二醛蒸汽交联的工艺条件为：在温度40℃、戊二醛蒸汽浓度20％的条件下交联6h；热交联的工艺条件为：真空干燥箱中在105℃、50pa的条件下交联24h；解析工艺条件为：鼓风干燥箱中，解析温度50℃、解析时间3d；辐照灭菌的工艺条件为：以钴60 25kgy辐照剂量灭菌。
121.实施例3
122.一种3d打印双模板介导的人工骨和人工骨膜的制备方法，将实施例3和实施例1相对比，实施例3和实施例1的区别在于：
123.i型胶原蛋白溶液中i型胶原蛋白溶解于0.05mol/l的醋酸溶液中，质量分数为1.5％；丝素蛋白溶液中丝素蛋白的质量分数为5％，丝素蛋白溶解于溴化锂溶液或氯化钙三元体系溶液中；
124.s2中ph调节至8.0；
125.所述四水硝酸钙溶液以钙元素计，所述磷酸氢二铵溶液以磷元素计，所述亚硒酸钠溶液以硒元素计，所述钙元素与所述磷元素的摩尔比为1.685，其中所述硒元素与所述磷元素的摩尔比为0.1。丝素蛋白和所述原蛋白质量比为3∶2。双模版介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨中硒掺杂羟基磷灰石占总质量比为70％；所述双模版介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨膜中硒掺杂羟基磷灰石占总质量比为15％；
126.载有骨形态发生蛋白-2生长因子的聚(丙交酯-共-乙交酯)微球体直径为1～100μm，包括以质量分数计0.6％生长因子和99.4％生物聚合物；载有生长因子的微球体在溶液中浓度为15g/100ml；
127.低温3d打印的参数包括：材料沉积速度：10mm/s，挤出速度：0.09mm/min，打印层厚：0.5mm，平台成型温度：-15℃，气压：300kpa，网孔直径：0.4mm，人工骨打印厚度：4mm，人工骨膜打印厚度：1.5mm，设备针头直径：0.4mm；
128.冷冻干燥的工艺条件为：在-60℃条件下进行预冷冻24h，后在温度5℃和压强30pa的条件下进行冷冻体干燥48h；戊二醛蒸汽交联的工艺条件为：在温度为40℃和戊二醛蒸汽浓度为25％的条件下交联6h；热交联的工艺条件为：在真空干燥箱中进行，在110℃和30pa的条件下交联24h；解析工艺条件为：鼓风干燥箱中，解析温度45℃、解析时间3d；辐照灭菌的工艺条件为：以钴6025kgy辐照剂量灭菌。
129.实施例4
130.一种3d打印双模板介导的人工骨和人工骨膜的制备方法，将实施例4和实施例1相对比，实施例4和实施例1的区别在于：
131.i型胶原蛋白溶液中i型胶原蛋白溶解于0.05mol/l的醋酸溶液中，质量分数为1％；丝素蛋白溶液中丝素蛋白的质量分数为10％，丝素蛋白溶解于溴化锂溶液或氯化钙三元体系溶液中；
132.s2中ph调节至7.5；
133.所述四水硝酸钙溶液以钙元素计，所述磷酸氢二铵溶液以磷元素计，所述亚硒酸
钠溶液以硒元素计，所述钙元素与所述磷元素的摩尔比为1.667，其中所述硒元素与所述磷元素的摩尔比为0.003。所述丝素蛋白和i型胶原蛋白质量比为3∶7。双模版介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨中硒掺杂羟基磷灰石占总质量比为80％；所述双模版介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨膜中硒掺杂羟基磷灰石占总质量比为20％；
134.载有骨形态发生蛋白-2生长因子的聚(丙交酯-共-乙交酯)微球体直径为1μm～100μm，包括以质量分数计1％生长因子和99％生物聚合物；载有生长因子的微球体在溶液中浓度为20g/100ml；
135.低温3d打印的参数包括：材料沉积速度：10mm/s，挤出速度：0.09mm/min，打印层厚：0.5mm，平台成型温度：-20℃，气压：300kpa，网孔直径0.4mm，人工骨打印厚度3mm，人工骨膜打印厚度1mm，设备针头直径0.4mm；
136.冷冻干燥的工艺条件为：在-50℃条件下进行预冷冻24h，之后在温度25℃，压强15pa下进行冷冻体干燥72h；戊二醛蒸汽交联的工艺条件为：在温度40℃、戊二醛蒸汽浓度20％的条件下交联6h；热交联的工艺条件为：真空干燥箱中在110℃、100pa的条件下交联48h；解析工艺条件为：鼓风干燥箱中，解析温度45℃、解析时间4d；辐照灭菌的工艺条件为：以钴6025kgy辐照剂量灭菌。
137.对比例1
138.该对比例中，于i型胶原蛋白单模板溶液中加入磷源溶液、钙源溶液和硒源溶液，制得硒掺杂羟基磷灰石人工骨和人工骨膜；其余步骤同实施例1。
139.对比例2
140.该对比例中，于丝素蛋白单模板溶液中加入磷源溶液、钙源溶液和硒源溶液，制得硒掺杂羟基磷灰石人工骨和人工骨膜；其余步骤同实施例1。
141.将实施例1-实施例4和对比例1、对比例2得到的硒掺杂羟基磷灰石人工骨及人工骨膜进行力学性能检测(人工骨检测抗压强度；人工骨膜检测拉伸强度)和降解时间检测。
142.力学性能检测采用电子拉力拉伸机。
143.降解时间测试方法为：取实施例制得样品，浸泡在10ml的80unit/ml蛋白水解酶溶液，于37
±
1℃的恒温恒湿箱下反应降解，直到样品结构完全瓦解为止。
144.检测结果如下表所示：
145.[0146][0147]
由上表可以看出，相对十对比例1和对比例2，相对于使用单纯的胶原蛋白或丝素蛋白为模板，实施例1采用双模版方法，得到的一种3d打印双模板介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨及人工骨膜降解速度慢，力学强度高。说明采用3d打印双模板介导的硒掺杂羟基磷灰石人工骨及人工骨膜得可获得良好力学性能和可控的生物降解性能。
[0148]
本技术实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
[0149]
(1)本技术实施例所提供的方法，通过蛋白溶液的为双模版，依次通过磷盐溶液、钙源溶液和硒源溶液，从而得到双模板介导的硒掺杂羟基磷灰石溶液，能够保证硒掺杂羟基磷灰石溶液的降解性，再通过载有生长因子的微球体加入到所得的溶液中，再进行3d低温打印，经过3d低温打印后的人工骨结构具有大量的可供细胞增殖的孔隙，从而能保证人工骨结构在后期成型后的降解速度。
[0150]
(2)本技术实施例所提供的方法，相对于单模板介导制备的人工骨膜修复材料，基于具有相似的结构、相同的功能和互补性能的胶原蛋白和丝素蛋白双模板协同共组装介导受控制备的仿生骨修复材料，通过原位合成的方法将具有促骨组织生长的掺硒羟基磷灰石沿胶原和/或丝素蛋白纤维双分子模板取向生长、均匀分布，具有多孔空间结构，更加接近天然骨的形成方式。
[0151]
(3)本技术实施例所提供的方法，胶原蛋白和丝素蛋白均是天然的纤维型蛋白，具有良好的生物相容性和骨诱导性能，有利于种子细胞在材料表面的黏附、增殖、分泌细胞外基质，加快修补材料与软组织快速融合，能够刺激植入部位周围的软骨细胞和成骨细胞分化，形成新骨组织。
[0152]
(4)本技术实施例所提供的方法，将生长因子包裹在微球体中，从而保证生长因子可以通过缓慢的扩散作用和微球载体的缓慢降解而实现较长时间的释放，促进缺损部位新生毛细血管数和成纤维细胞数，加速骨组织修复愈合。
[0153]
(5)本申实施例所提供的方法，由于硒可下调癌基因的表达，阻断肿瘤增殖信号，使它们无法进入分裂期，诱导它们发生程序性细胞死亡，具体原理可能是由于肿瘤信号转导是个多阶段、多步骤、多分子参与的复杂过程，硒可通过影响这一过程中的关键酶(如mapk和ip3k)而发挥抗肿瘤作用，因此硒掺杂羟基磷灰石骨修复材料在进行骨缺损修复的同时，可以有效抑制骨肉瘤和治疗骨癌，是一种优选的骨替代和修复材料。
[0154]
(6)本申实施例所提供的方法，通过3d打印方法可以精确控制骨修复材料连通的微孔孔径和孔隙率，有利于种子细胞、生长因子的黏附，以及营养物质、代谢产物的交换，其中，限定3d打印在低温条件下，可利用低温快速成型制造技术(ldm)，与其他快速成型技术
不同之处在于其成型腔内温度被控制在-30℃左右，喷头挤出的溶液在低温下快速凝结，喷头在计算机控制下按程序运动，打印层通过层层叠加最终成型为三维多孔架构，在处理材料过程中对材料的性质和结构没有破坏，属于绿色制造的范围。
[0155]
(7)本申实施例所提供的方法，原材料容易获取，安全且环境友好，避免在制备过程中以及终产品使用中对人体带来的隐患。
[0156]
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0157]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。