本發(fā)明屬于復合梯度材料，具體涉及陶瓷-水凝膠復合骨支架及其制備方法與應用。

背景技術：

1、骨缺損是因創(chuàng)傷、腫瘤和感染所致的骨質(zhì)短缺，超過1-2cm的骨缺損通常無法通過身體自愈進行骨修復，這種大于臨界尺寸(＞1-2cm)的骨缺損會造成骨不連接，不僅限制了患者的活動能力，還可能導致長期疼痛、復合障礙和其他并發(fā)癥，嚴重影響患者的生活質(zhì)量。

2、目前，骨組織工程是治療骨缺損的一種創(chuàng)新和重要的醫(yī)療發(fā)展方向。骨組織材料是一種具有多重梯度和多層級結構的天然復合材料，包含有機和無機成分。有機成分賦予骨以彈性和韌性，而無機成分可讓骨承擔高強度載荷；并且骨組織材料的有機和無機成分是相互滲透的，其宏觀結構為致密皮質(zhì)骨到海綿狀松質(zhì)骨逐漸過渡的梯度結構，梯度過渡過程中伴隨著抗壓強度、彈性模量、孔隙率、組織成分以及連通率等多重梯度；另外，從宏觀到微觀，骨組織具有復雜的內(nèi)部連通網(wǎng)絡，松質(zhì)骨的毫米級孔隙內(nèi)儲存著大量骨髓，造血后由血管通過橫向和縱向的孔隙將營養(yǎng)分配給每一個骨細胞，相鄰的骨細胞通過微米級骨小管進行連通，骨小管內(nèi)含組織液，負責骨細胞之間的營養(yǎng)遞送和廢物代謝。

3、公開號為cn?115042428?a的發(fā)明專利公開了一種陶瓷基復合梯度骨支架，該骨支架具有從泡沫小孔到網(wǎng)狀大孔(100-1000μm)的層級多孔結構，其具有高孔隙的同時可以保持很強的機械性能，在新骨形成過程中提供機械支撐。雖然該陶瓷基骨支架具有良好的生物相容性和骨傳導性，但缺乏成骨性或骨誘導特性，換句話說，細胞可以很好地在骨支架上黏附和增殖，但是很難募集干細胞長入骨支架。在骨缺損過大的情況下，骨細胞只停留在支架與宿主骨接觸的附近，而骨支架內(nèi)部仍然是空腔狀態(tài)，在這種情況下即使經(jīng)過消毒的骨支架也很容易感染，從而引發(fā)炎癥和骨鍵連失效。

4、現(xiàn)有技術中雖有采用陶瓷基骨支架(bte支架)與水凝膠復合構建的水凝膠骨膜體系，旨在增強骨再生速率并為受損區(qū)域輸送關鍵的成骨細胞，從而有力促進支架與原有骨組織間的快速整合。但目前的研究焦點主要集中在利用水凝膠制作bte支架的外覆骨膜層，而對于將水凝膠深度融入bte支架結構之中，作為多復合藥物遞送載體，實現(xiàn)多層藥物有序分布與可控釋放以抑制炎癥反應、促進血管新生和優(yōu)化骨骼形成的研究尚屬空白領域。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種陶瓷-水凝膠復合骨支架及其制備方法與應用，從而克服現(xiàn)有技術的不足，在新骨形成過程中起支撐作用的同時，募集骨源干細胞向支架內(nèi)部遷移和浸潤，保證了骨支架的成骨潛力和骨誘導活性，能夠使骨支架與原生骨有效接合。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種陶瓷-水凝膠復合骨支架，包括骨支架及填充于骨支架中的水凝膠；其中，所述骨支架中含有泡沫孔和網(wǎng)狀孔，所述泡沫孔為骨支架的內(nèi)部形成的孔，所述網(wǎng)狀孔為骨支架的骨架之間形成的孔；

4、所述水凝膠為溫敏水凝膠和光敏水凝膠；所述溫敏水凝膠填充于泡沫孔內(nèi)部；所述光敏水凝膠填充于網(wǎng)狀孔的內(nèi)部。

5、在一些其他實施方式中，所述骨支架為陶瓷骨支架；所述泡沫孔的孔徑為1-100μm；所述網(wǎng)狀孔的孔徑為300-1000μm。

6、在一些其他實施方式中，所述負載血管長入及成骨性能藥物的溫敏水凝膠的粘度為小于100mpa·s

7、其中，所述溫敏水凝膠為普朗尼克系列水凝膠。

8、在一些其他實施方式中，所述光敏水凝膠為甲基丙烯酰明膠。

9、本發(fā)明中的陶瓷支架為具有孔隙率和連通率的仿生結構梯度，將溫敏水凝膠和光敏水凝膠分別滲透到具有分級結構的陶瓷骨支架中，得到高強度、高活性的陶瓷-水凝膠復合骨支架。此外，為進一步提高骨修復效果，還可以在溫敏水凝膠和光敏水凝膠中分別加入血管長入和成骨性能的藥物以及抗炎藥物，從而克服單純陶瓷支架在成骨性能和骨誘導活性方面的不足，制備具有多層級結構和多重梯度的功能骨支架有利于募集干細胞長入骨支架。

10、第二方面，本發(fā)明提供第一方面所述陶瓷-水凝膠復合骨支架的制備方法，包括以下步驟：

11、(1)將溫敏水凝膠與磷酸鹽緩沖水溶液混合，形成溫敏水凝膠溶液；

12、(2)將陶瓷支架浸入步驟(1)中的溫敏水凝膠溶液中，經(jīng)超聲處理，交聯(lián)反應得到溫敏水凝膠滲透的陶瓷支架；

13、(3)將光敏水凝膠與去離子混合溶脹，形成光敏水凝膠溶液；

14、(4)將步驟(2)中溫敏水凝膠滲透的陶瓷支架浸入步驟(3)中的光敏水凝膠溶液中，經(jīng)攪拌、紫外照射，即得陶瓷-水凝膠復合骨支架。

15、在一些其他實施方式中，步驟(1)中，所述磷酸鹽緩沖水溶液的濃度為0.01-0.05m，ph為7-7.5，混合的溫度為4-6℃；所述溫敏水凝膠溶液的濃度為20-25wt.％。

16、在一些其他實施方式中，步驟(2)中，所述超聲處理為超聲4-6h；所述交聯(lián)反應的溫度為35-40℃。

17、在一些其他實施方式中，步驟(3)中，所述溶脹為先在室溫下靜置1-2h；再升溫至40-50℃機械攪拌；

18、所述光敏水凝膠溶液的濃度為10-15wt.％。

19、在一些其他實施方式中，步驟(4)中，所述攪拌的轉速為200-300rmp；攪拌的時間為4-6h；

20、所述紫外照射的時間為3-5h。

21、本發(fā)明采用溫敏性水凝膠對具有層級結構的陶瓷支架中的一級結構進行滲透，把陶瓷bte支架放入裝滿一個量程混合溶液的量筒中，再放入到超聲清洗機中進行超聲震蕩，輔以攪拌讓溫敏性水凝膠溶液充分進入到泡沫孔中。

22、本發(fā)明充分利用量筒的深度優(yōu)勢，基于帕斯卡原理，陶瓷支架處在的水位越深，陶瓷支架小孔內(nèi)的氣泡受到的壓力越大，在超聲振蕩情況下越容易被震碎后排出，從而帶有藥物的溫敏水凝膠溶液越容易進入小孔中。由于多層級支架的泡沫孔上有小于100μm的連通結構，因此溫敏性水凝膠可以順著連通結構進入到陶瓷支架的每個內(nèi)部角落。隨后從量筒中取出被溫敏性水凝膠溶液浸潤的陶瓷支架。由于溫敏性水凝膠溶液粘度較低，網(wǎng)格孔中的混合溶液流出，而泡沫孔內(nèi)的溶液由于液體表面張力的原因很難輕易排出。

23、如上所述的被溫敏性水凝膠浸潤的陶瓷支架隨后被放入干燥箱，設置交聯(lián)溫度進行交聯(lián)反應，讓溫敏性水凝膠固定在泡沫孔中，得到被溫敏水凝膠溶液填充的陶瓷支架。特別地，采用溫敏交聯(lián)方式可有效利用熱輻射方式傳導熱量，使在陶瓷支架內(nèi)部泡沫孔內(nèi)的溫敏性水凝膠受熱交聯(lián)。

24、采用光敏性水凝膠對被溫敏水凝膠填充的陶瓷支架中的二級結構進行滲透。把陶瓷支架放入到裝有光敏水凝膠溶液的培養(yǎng)皿中，采用機械攪拌方式讓光敏水凝膠溶液充分浸入到二級孔內(nèi)。利用紫外光引發(fā)進行交聯(lián)反應，將光敏水凝膠固定在陶瓷支架二級結構上，從而制備出具有多層級結構和多重梯度的復合骨支架。

25、第三方面，本發(fā)明提供第一方面所述陶瓷-水凝膠復合骨支架制備骨修復材料中的應用。

26、本發(fā)明陶瓷-水凝膠復合骨支架，在骨修復過程中陶瓷支架內(nèi)的水凝膠會進行逐級降解，從而在骨修復的每個階段針對性進行治療，提升骨修復速度。此外，當在溫敏水凝膠和光敏水凝膠中分別加入血管長入和成骨性能的藥物以及抗炎藥物，制備的陶瓷-水凝膠復合骨支架中，包裹抗炎癥藥物的水凝膠在大孔首先釋放，抑制骨組織接入過程中排斥發(fā)炎問題，其次包裹易于血管長入和骨生長藥物的水凝膠在小孔釋放，加速解決骨缺損問題，最后陶瓷bte支架的主要成分磷酸三鈣釋放，進一步加速骨生長及骨愈合。

27、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明取得以下有益效果：

28、(1)本發(fā)明將兩種水凝膠溶液分別滲透到陶瓷骨支架中，制備陶瓷-水凝膠復合骨支架?？朔藛渭兲沾芍Ъ茉诔晒切阅芎凸钦T導活性方面的不足，有利于募集干細胞長入骨支架。

29、(2)本發(fā)明采用的陶瓷骨支架其在徑向方向具有孔隙率和連通率的仿生結構梯度，在水凝膠滲透進入之后會形成含水量梯度和細胞分布梯度等多重梯度，更好的模仿自然骨的仿生梯度，并在骨修復過程中發(fā)揮多重復合。

30、(3)本發(fā)明根據(jù)陶瓷骨支架的不同尺度結構的孔進行了分級滲透，在骨修復過程中陶瓷支架內(nèi)的水凝膠會進行逐級降解；當水凝膠載藥后，會隨著水凝膠降解過程的發(fā)生，水凝膠攜帶的藥物會逐級釋放，從而在骨修復的每個階段針對性進行治療，提升骨修復速度。