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CN118903539A - 一种促进修复的骨科植入物及其制备方法 - Google Patents

一种促进修复的骨科植入物及其制备方法 Download PDF

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CN118903539A
CN118903539A CN202411311591.4A CN202411311591A CN118903539A CN 118903539 A CN118903539 A CN 118903539A CN 202411311591 A CN202411311591 A CN 202411311591A CN 118903539 A CN118903539 A CN 118903539A
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CN
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solution
orthopedic implant
preparing
hpo
promoting repair
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傅高升
陈鸿玲
张晨
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Minjiang University
Original Assignee
Minjiang University
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Abstract

本发明涉及骨科植入物技术领域，具体涉及一种促进修复的骨科植入物及其制备方法，包括利用激光选区融化技术(Selective Laser Melting，SLM)打印出钛合金仿生支架；将钛合金仿生支架浸入聚多巴胺(polydopamine,PDA)溶液，震荡，用超纯水清洗，氮气吹干，制得备用支架；将(NH4)2HPO4溶液添加到Ca(NO3)2·4H2O溶液中充分搅拌，用氨水调节pH至8.5‑10，搅拌，制得反应釜溶液；将备用支架和反应釜溶液置于反应釜中，在160‑200℃下反应12‑48h，即得初成品；将初成品依次交替用水和乙醇各洗涤3次，室温干燥，即得成品骨科植入物。

Description

一种促进修复的骨科植入物及其制备方法
技术领域
本发明涉及骨科植入物技术领域，具体涉及一种促进修复的骨科植入物及其制备方法。
背景技术
作为人体最大和最重要的组织器官之一，骨骼承担着至关重要的生命职责，包括支撑身体、保护内脏和造血等功能。不幸的是，由于外伤、肿瘤或感染等原因导致的骨缺损，影响着无数患者的健康和生活质量。
现有的钛及钛合金骨科植入物存在以下缺点：1)生物惰性：钛及钛合金属于惰性材料，与宿主骨组织整合困难，容易脱落；2)无骨诱导活性：钛及钛合金只提供机械应力促使细胞成骨分化，本身并不具备成骨诱导活性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种促进修复的骨科植入物及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种促进修复的骨科植入物的制备方法，包括以下步骤：
S1，利用SLM技术将Ti6Al4V钛合金球粉打印，洗涤，得到钛合金仿生支架；
S2，取PDA粉末加入三羟甲基氨基甲烷溶液，配制成PDA溶液；
S3，取钛合金仿生支架浸入PDA溶液，震荡，用超纯水清洗，氮气吹干，制得备用支架；
S4，取Ca(NO3)2.4H2O溶解于去离子水中，制备成Ca(NO3)2.4H2O溶液；取(NH4)2HPO4溶解于去离子水中，制备成(NH4)2HPO4溶液；将(NH4)2HPO4溶液添加到Ca(NO3)2.4H2O溶液中充分搅拌，用氨水调节pH至8.5-10，搅拌，制得反应釜溶液；
S5，将备用支架和反应釜溶液置于反应釜中，在160-200℃下反应12-48h，即得初成品；
S6，将初成品依次交替用水和乙醇各洗涤3次，室温干燥，即得成品骨科植入物。
进一步的，步骤S2所述PDA溶液的浓度为0.5-3g/L。
进一步的，步骤S3所述震荡为在4-37℃、震荡速度50-400rpm下震荡24-72h。
进一步的，步骤S4所述Ca(NO3)2.4H2O溶液的浓度为0.8-1.2M，所述(NH4)2HPO4溶液的浓度为0.8-1.2M；进行充分搅拌的所述(NH4)2HPO4溶液和Ca(NO3)2.4H2O溶液的质量比例为0.67-1.5。
进一步的，步骤S6中所述乙醇为75％乙醇。
进一步的，步骤S1所述洗涤为在超声下依次使用超纯水、正己烷、6M盐酸和75％乙醇清洗各5min，重复操作3次。
进一步的，一种如上述中任一项所述的制备方法制得的骨科植入物。
与现有技术相比，本发明制得的骨科植入物有效提高其与骨组织的相容性，促进细胞的附着和生长，从而增强成骨效果，具有优异的骨结合能力，本发明解决了钛及钛合金的生物惰性问题，以及解决了钛及钛合金本身解决不具备成骨诱导活性的问题。
说明书附图
图1为细胞粘附实验结果。
图2为碱性磷酸酶(ALP)活性检测实验结果。
图3为动物实验推出最大推力的结果图。
****(P＜0.0001)，**(P＜0.01)；误差棒表示三次平行测量值的标准差。
图中未修饰骨科植入物指现有的钛合金骨科植入物；修饰后骨科植入物指实施例1制得的修饰后骨科植入物，即本发明的成品骨科植入物。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
实施例1
按以下步骤制备骨科植入物：
S1，取Ti6Al4V钛合金球粉在激光功率为220W，扫描速度为1200mm/s，扫描间距为0.12mm，铺粉厚度为30μm，氩气作为保护气体，SLM技术打印；打印完成后的成品在超声机中依次使用超纯水、正己烷、6M盐酸和75％乙醇清洗各5min，重复操作3次，得到成品钛合金仿生支架；
S2，取PDA粉末加入三羟甲基氨基甲烷溶液，配制成2g/L的PDA溶液；
S3，取钛合金仿生支架浸入PDA溶液，在37℃、震荡速度200rpm下震荡24h，用超纯水清洗，氮气吹干，制得备用支架；
S4，取7.88g Ca(NO3)2.4H2O溶于30mL去离子水中，制备成Ca(NO3)2.4H2O溶液；取2.64g(NH4)2HPO4溶于20mL去离子水中，制备成(NH4)2HPO4溶液；将(NH4)2HPO4溶液添加到Ca(NO3)2.4H2O溶液中充分搅拌并用氨水调节pH至8.5-10，搅拌5-30min，制得反应釜溶液；
S5，将备用支架和反应釜溶液置于反应釜中，在160-200℃下反应12-48h，即得初成品；
S6，将初成品依次交替用水和75％乙醇各洗涤3次，室温干燥，即得修饰后骨科植入物。
1.将实施例1中制得的修饰后骨科植入物按照国家标准GB/T16886.5和ISO10993-5所规定的方法，采用体外细胞毒性实验评估仿生支架的生物安全性：
按照国家技术标准GB/T 16886.5，根据细胞相对增殖率进行毒性评价标准分级，修饰后骨科植入物的毒性评价为0级，即不具有细胞毒性。
根据ISO 10993-5的要求，使用CCK-8法对培养在仿生支架浸提液中的MC3T3-E1细胞的细胞活力进行测定，细胞活力大于100％。
综上，修饰后骨科植入物具备安全性，具有良好的生物相容性。
2.细胞在支架表面的黏附影响着细胞增殖和分化的能力，也可能会影响支架内部骨组织的长入能力。为了观察细胞在各组仿生支架表面的黏附效果，对细胞进行鬼笔环肽(绿色，细胞骨架)和DAPI(蓝色，细胞核)染色，通过荧光染色观察细胞在仿生支架表面的生长状态：
结果参阅图1，与未修饰骨科植入物相比，本发明的修饰后骨科植入物表面的伪足多，骨架更为明显，综合而言，本发明提高了细胞黏附性。
3.ALP表达水平越高，成骨活性越高，通过对ALP活性的定量分析，可以评估仿生支架对MC3T3-E1细胞成骨分化能力的影响：
结果参阅图2，与未修饰骨科植入物相比，本发明的修饰后骨科植入物的ALP活性较高，本发明有助于促进骨细胞的分化，具备骨诱导活性。
4.动物实验，通过力学推出实验检测仿生支架植入体内后与宿主骨组织的结合程度：
24只SD大鼠随机分为3组：空白组(只进行骨缺损手术，未植入骨科植入物)、对照组(手术+未修饰科植入物)和实验组(手术+修饰后骨科植入物)，每组各8只。SD大鼠腹腔注射戊巴比妥钠(50mg/kg)进行全身麻醉，使大鼠处于仰卧位，四肢固定，剃除SD大鼠右侧膝关节附近的毛，使用碘消毒液对皮肤进行消毒。术区备皮后，在膝关节的正中纵行切开皮肤约1cm，随后逐层分离膝关节处的皮肤、滑膜和包膜，漏出股骨内侧髁。使用预先消毒的直径3mm的钴合金钻头在股骨髁部内侧钻孔，形成一个直径3mm，深度3.5mm的骨缺损，SD大鼠的股骨骨缺损模型建立完成。
将各组植入物植入缺损的位置，完成对骨缺损的修复。确认植入物的稳定性后，使用无菌生理盐水冲洗，然后使用6-0可吸收肠线缝合肌肉，用4-0不可吸收缝合线缝合皮肤。缝合结束后，每只大鼠臀大肌肌肉注射兽用0.8mL(10万U/mL)青霉素预防感染，连续注射3天。在实验4周和8周时，每组随机取4只大鼠，通过注射过量麻醉剂处死SD大鼠并取材。将取下关节的组织剥离干净，用生理盐水清洗至无血，放入4％多聚甲醛中固定，用于后续实验。
使用微型电动打磨机对股骨表面进行修剪，使其成为只留下中间骨缺损部分的长方形。在室温条件下，将螺母(内径大于3mm)放置在电子万能试验机的工作台中心；然后，将股骨样本平行放置在螺母上，并使用固定在电子万能试验机上的直径为3mm的推杆，以1mm/min的速度缓慢向下推出植入骨缺损内部的支架。实验过程中所记录到的最大推出力为仿生支架与宿主骨组织的结合强度。
结果参阅图3，随着植入时间的增加，推出植入物所需的应力增加，与未修饰骨科植入物相比，本发明的修饰后骨科植入物具有更优异的骨结合能力，本发明能够进一步提高骨组织长入能力。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种促进修复的骨科植入物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1，利用SLM技术将Ti6Al4V钛合金球粉打印，洗涤，得到钛合金仿生支架；
S2，取PDA粉末加入三羟甲基氨基甲烷溶液，配制成PDA溶液；
S3，取钛合金仿生支架浸入PDA溶液，震荡，用超纯水清洗，氮气吹干，制得备用支架；
S4，取Ca(NO3)2.4H2O溶解于去离子水中，制备成Ca(NO3)2.4H2O溶液；取(NH4)2HPO4溶解于去离子水中，制备成(NH4)2HPO4溶液；将(NH4)2HPO4溶液添加到Ca(NO3)2.4H2O溶液中充分搅拌，用氨水调节pH至8.5-10，搅拌，制得反应釜溶液；
S5，将备用支架和反应釜溶液置于反应釜中，在160-200℃下反应12-48h，即得初成品；
S6，将初成品依次交替用水和乙醇各洗涤3次，室温干燥，即得成品骨科植入物。
2.根据权利要求1所述的一种促进修复的骨科植入物的制备方法，其特征在于：步骤S2所述PDA溶液的浓度为0.5-3g/L。
3.根据权利要求1所述的一种促进修复的骨科植入物的制备方法，其特征在于：步骤S3所述震荡为在4-37℃、震荡速度50-400rpm下震荡24-72h。
4.根据权利要求1所述的一种促进修复的骨科植入物的制备方法，其特征在于：步骤S4所述Ca(NO3)2.4H2O溶液的浓度为0.8-1.2M，所述(NH4)2HPO4溶液的浓度为0.8-1.2M；进行充分搅拌的所述(NH4)2HPO4溶液和Ca(NO3)2.4H2O溶液的质量比例为0.67-1.5。
5.根据权利要求1所述的一种促进修复的骨科植入物的制备方法，其特征在于：步骤S6中所述乙醇为75％乙醇。
6.根据权利要求1所述的一种促进修复的骨科植入物的制备方法，其特征在于：步骤S1所述洗涤为在超声下依次使用超纯水、正己烷、6M盐酸和75％乙醇清洗各5min，重复操作3次。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的制备方法制得的骨科植入物。
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