表面接枝n-ZnO/Gel的3D打印多孔抗菌骨修复支架及其

本发明属于生物医学材料领域，具体涉及一种表面接枝n-zno/gel的3d打印多孔抗菌骨修复支架及其制备方法与应用。背景技术：1、骨髓炎，是由细菌感染骨组织，常发生于创伤、骨科手术后。常累及骨髓、骨皮质、骨膜及周围软组织等部位。骨髓炎通常分为急性和慢性骨髓炎。急性骨髓炎会在几天或几周内发病。若未能有效治疗，急性骨髓炎会发展为慢性骨髓炎，持续数月甚至数年，增加患者的痛苦。在严重情况下，骨髓炎可导致肢体坏死、功能障碍，畸形。现阶段骨髓炎的治疗主要有以下步骤：切除病变感染的组织，关闭伤口，重建缺损组织，恢复血供，最后合理地运用抗生素。由于切除感染组织极难保证将细菌清除干净，摄入大量抗生素辅助治疗就成了必然，但病变组织区域缺乏血管等组织，血运不畅，抗生素在病灶区域难以达到适宜浓度，低浓度的抗生素可能会进一步促进耐药菌的出现。有鉴于此，针对骨髓炎病灶释放新型抗菌药物且有助于骨修复的骨支架成为了骨髓炎治疗的一个亟待解决的问题。2、3d打印作为一种精确可定制的制备骨修复支架的制造方法可以制造适合骨修复的多孔贯通支架，解决了传统方法制备的多孔结构不贯通，孔径大小不可控的问题。设计者可以通过电脑软件对骨支架形态结构进行设计，使用3d打印制造出适宜的支架。然而，目前含pla生物支架3d打印温度过高(大约(190)℃)，会导致pla材料热降解，导致支架降解过快。同时，过高的打印温度也限制了在支架中加入其他材料的可能，例如，将壳聚糖与pla共混熔融打印会导致壳聚糖在高温条件下变性。3、纳米羟基磷灰石(n-ha)是天然骨骼中主要的无机成分，具有良好的结构稳定性、生物相容性、生物活性和体内降解性。它能够作为一种有机基质的填料，进一步增强多孔骨支架的成骨性能和机械性能。在骨组织修复领域中，聚乳酸(pla)和聚己内酯(pcl)均已获得美国食品和药物管理局认证，pcl具有优异的生物相容性，可打印性优良，但是降解速率慢。pla具有良好的生物相容性，降解速率较快，但是可打印性较差。4、因此，如何基于纳米羟基磷灰石，提供一种能够针对骨髓炎病灶释放抗菌药物，且结构稳定、有效促进骨缺损、诱导新骨生成等的骨修复支架，是本发明要解决的主要问题。技术实现思路1、本发明目的旨在针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种表面接枝n-zno/gel的3d打印多孔抗菌骨修复支架及其制备方法，能够实现骨修复支架在较低打印制备，且所制备的骨修复支架能够有效抑菌、促进骨缺损修复、诱导新骨生长等。2、为达到上述目的，本发明采取以下技术方案来实现。3、本发明提供了一种表面接枝n-zno/gel的3d打印多孔抗菌骨修复支架的制备方法，其包括以下步骤：4、(1)制备n-zno/gel微球5、以zno/gel溶液为原料，采用水/油乳液法制备n-zno/gel微球；6、(2)制备改性的n-ha/pla/pcl复合支架，该步骤包括以下分步骤：7、(21)将羟基磷灰石粉末n-ha与聚乳酸pla、聚己内酯pcl于第一有机溶剂中混合均匀，得到3d打印浆料；所述pla和pcl组成高分子基质，pla和pcl质量比为1:1；所述羟基磷灰石与高分子基质的质量比为(3-4)：(6-7)；8、(22)通过3d打印技术，利用3d打印浆料打印得到n-ha/pla/pcl支架；9、(23)将n-ha/pla/pcl复合支架浸泡于naoh溶液中，得到改性的n-ha/pla/pcl复合支架；10、(3)在改性的n-ha/pla/pcl复合支架表面接枝微球：11、将n-zno/gel微球的分散液和edc/nhs溶液依次滴加到改性的n-ha/pla/pcl复合支架上，重复上述操作经多次交联得到表面接枝n-zno/gel的3d打印多孔抗菌骨修复支架。12、上述步骤(1)的目的是将纳米氧化锌包覆在明胶微球内部。纳米氧化锌(n-zno)具有良好的生物相容性，稳定性，广谱抗菌能力，低耐药性等优点。明胶(gel)由胶原部分水解而来，是一种天然的生物材料，是18种氨基酸通过肽键交联的直链聚合物，具有优异的仿生特性，良好的生物学性能，有大量的氨基、羧基、羟基等活性基团。gel微球的优点包括简单的制备过程、低成本、高药物负载、良好的分散性、优秀的组织相容性以及生物降解性。gel微球表面氨基可以和骨支架表面羧基发生酰胺化反应，将gel微球接枝到支架表面。gel微球负载纳米氧化锌，将n-zno/gel微球接枝到改性的聚酯多孔骨支架表面，可以实现针对骨髓炎病灶释放新型抗菌药物且有助于骨修复。13、zno/gel溶液是将纳米氧化锌均匀分散至明胶溶液中得到；所述纳米氧化锌与明胶的质量比为(5-7):(5-3)。本步骤的具体操作为：将zno/gel溶液加入到油相溶液，搅拌至形成白色乳液；之后转移至冰浴下继续搅拌至少30min；然后经离心、洗涤、干燥得到n-zno/gel微球；所述zno/gel溶液与油相溶液的体积比为3:20。所使用的油相为橄榄油、矿物油等中的一种。将zno/gel溶液加入到油相溶液，搅拌约15min-20min得到白色乳液；之后转移至冰浴，使乳液体系降至4-6℃，在该温度下继续搅拌30min-60min。低温所得乳液首先于300rpm-500rpm低速离心，再于3000rpm-5000rpm高速离心；为了便于离心，可以向所得溶液中加入第二有机溶剂进行稀释，所述第二有机溶剂为丙酮、乙醇等中的一种。高速离心产物经洗涤、烘干得到n-zno/gel微球。14、上述zno/gel溶液制备方法为：先将明胶溶解于水中，制成gel溶液；再加入纳米氧化锌的分散液，充分混合均匀即得到zno/gel溶液。15、上述步骤(2)的目的是制备改性的n-ha/pla/pcl复合支架，并对复合支架表面进行改性，使其暴露出大量的羟基和羧基，有助于接枝n-zno/gel微球。pla和pcl均为聚酯，将聚酯浸泡在naoh溶液中可以暴露出聚酯表面大量的羧基和羟基。因此，将纳米羟基磷灰石、聚乳酸和聚己内酯(n-ha/pla/pcl)共混并结合3d打印技术，使用naoh溶液表面改性，可以获得降解速率适宜、力学性能优异、表面有丰富活性基团的骨修复支架。16、上述步骤(21)中，第一有机溶剂为二氯甲烷(dcm)。3d打印浆料的固液比为1g：(5-6)ml。17、上述步骤(22)中，3d打印参数为：打印压力为2-4bar，喷头移动速度为5-25mm/s，料筒温度为常温，接收平台温度为0-40℃。18、上述步骤(23)中，naoh溶液的浓度为1-2mol/l。n-ha/pla/pcl复合支架在naoh溶液中浸泡时间为2-5h。19、上述步骤(3)中，所述n-zno/gel微球的分散液是将n-zno/gel微球均匀分散至乙醇中得到；浓度为0.2g/ml-1mg/ml；所述edc/nhs溶液是将edc(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺)和nhs(n-羟基丁二酰亚胺)溶解于乙醇中得到，所述edc和nhs的质量比为4:1；所述edc/nhs浓度为10-100mmol/l。交联反应于常温下进行，交联反应时间为4-6h。20、本发明还提供通过上述方法制备的表面接枝n-zno/gel的3d打印多孔抗菌骨修复支架。21、本发明还提供了上述表面接枝n-zno/gel的3d打印多孔抗菌骨修复支架在制备骨修复材料中的应用，尤其是在制备针对骨髓炎治疗的骨修复材料中的应用。22、支架的n-ha和多孔结构为骨组织再生提供了成骨活性和有利的空间结构，并利用n-zno/gel微球赋予骨支架优异的抗菌功能，进而实现了抗细菌感染和促进骨修复的双重疗效。23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：24、1)本发明提供了一种n-ha/pla/pcl复合浆料的常温3d打印方法；选择n-ha作为3d打印支架的无机相，提高了3d打印支架的可打印性骨支架的成骨性能和表面亲水性；采用pla/pcl作为3d打印支架有机相，改善了两种有机物的力学性能和降解性能；同时，naoh溶液改性支架表面暴露出大量的羟基和羧基，有利于对支架的改性接枝；25、2)本发明提供了一种植入感染性骨缺损释放载n-zno微球的抗菌骨修复支架的制备方法；n-zno/gel微球通过酰胺键接枝到支架表面，植入感染性骨缺损后酰胺键自然断裂，释放微球到周围组织；与此同时，微球释放纳米氧化锌，纳米氧化锌作用于细菌细胞壁，造成细菌死亡，从而达到抗菌的目的；进而实现了抗细菌感染和促进骨修复的双重疗效；26、3)本发明设计和拟采取的接枝n-zno/gel微球的常温n-ha/pla/pcl 3d打印改性骨支架治疗骨髓炎的策略，尚未见到国内外有相关报导，显著降低了挤出式3d打印n-ha/pla/pcl支架的温度条件，为临床治疗感染性骨缺损提供一种新方法、新材料，在骨髓炎治疗方面有良好的应用前景。