CN105727368A - 一种三维复合材料支架及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于生物医学领域,提供了一种三维复合材料支架,所述三维复合材料支架由复合材料在溶剂中形成的混合溶液经低温快速成型技术打印形成,其中,所述复合材料包括天然高分子材料和合成生物材料,所述溶剂为六氟异丙醇和1,4?二氧六烷的混合溶剂。所述三维复合材料支架的制备方法,采用LDM打印获得,包括:将复合材料溶解在溶剂中形成混合溶液;通过CAD软件进行建模预处理、Aurora软件进行分层切片,并使用Cark软件设计打印参数;待成型室温度降至?25~?35℃时,在成型平台涂抹溶解所述复合材料的有机溶剂,将所述混合溶液倒入料罐中,使用Cark软件设置造型参数开始打印造型;取出后进行冷冻干燥处理。
Description
技术领域
本发明属于生物医学领域,尤其涉及组织工程领域,具体提供了一种三维复合材料支架及其制备方法。
背景技术
支架作为组织工程三要素之一,在组织再生过程中发挥重要作用。制备理想的组织工程支架用于修复组织缺损、促进组织再生是当前研究热点之一。现有的支架成型技术的类型较多,且各有优缺点,其中三维打印技术包括低温快速成型技术(LDM),LDM因其具有能精确控制支架孔径尺寸和孔隙率的优势,越来越多地应用于组织工程领域。
目前,LDM已实现部分材料的成功打印,如乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚左旋乳酸(PLLA)、壳聚糖、I型胶原蛋白、无机纳米颗粒和珍珠粉等。然而,这些材料通常是将合成材料与无机纳米颗粒混合后打印实现,如PLGA与纳米羟基磷灰石(nHA)混合后打印。如郑雄飞等以水为溶剂把壳聚糖与nHA混合后,用LDM打印成三维复合材料支架。尽管如此,现有技术所打印的三维支架仍然存在各自缺陷,具体的:合成材料如PLGA与无机纳米颗粒如nHA混合后虽然力学性能得以保持,并且能改善支架的亲水性,但是其生物相容性却相对天然高分子材料支架较差;天然材料如壳聚糖与无机纳米颗粒如nHA复合支架生物相容性较好,但其力学性能大大不如合成材料支架。所以,如何能在保持力学性能良好的情况下获得较好的生物相容性,是利用LDM打印三维组织工程支架亟待解决的问题。
合成材料具有较好的力学性能,天然高分子材料具有较好的生物相容性。所以,理论上解决上述问题的方法之一就是实现合成材料与天然高分子材料的 复合。有研究者尝试采用在合成材料支架表面涂覆的方法或者天然材料填充合成材料支架的方法解决问题,取得了一定效果,但是由于各类材料的相与相之间不均一,未能实现合成材料与天然高分子材料的均一复合。由于LDM对溶解材料的溶剂要求较为苛刻,要求溶剂在常温下为能够溶解材料的液态,而在溶液从喷嘴打印出,能很快转变为冻结状态,以保证支架成型。因此,溶解材料的溶剂成为制约合成材料与天然高分子材料的均一复合的瓶颈。当前,利用LDM打印时,所选择溶解材料的溶剂绝大多数情况下为1,4-二氧六烷(DIO),较少数情况下选择水,然而DIO和水都难以同时溶解合成材料和天然高分子材料。有鉴于此,有必要找寻新的方法,解决合成材料与天然高分子材料的均一复合问题,以使所打印支架同时具有良好力学性能和生物相容性,拓宽LDM所处理材料的范围,扩展其应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三维复合材料支架,旨在解决现有利用LDM打印三维组织工程支架时,合成材料与天然高分子材料不能在保证力学性能和生物相容性的同时均一复合的问题。
本发明的另一目的在于提供一种三维复合材料支架的制备方法。
本发明是这样实现的,一种三维复合材料支架,所述三维复合材料支架由复合材料在溶剂中形成的混合溶液经低温快速成型技术打印形成,其中,所述复合材料包括天然高分子材料和合成生物材料,所述溶剂为六氟异丙醇和1,4-二氧六烷的混合溶剂。
以及,一种三维复合材料支架的制备方法,采用低温快速成型技术打印获得,包括以下步骤:
将复合材料溶解在溶剂中形成混合溶液;
通过CAD软件进行建模预处理、Aurora软件进行分层切片,并使用Cark软件设计三维复合材料支架的打印参数;
待成型室温度降至-25~-35℃时,在成型平台涂抹溶解所述复合材料的有机溶剂,将所述混合溶液倒入料罐中,使用Cark软件设置造型参数开始打印造型得到三维复合材料支架预制件;
将所述三维复合材料支架预制件取出后进行冷冻干燥处理,得到三维复合材料支架。
本发明所述三维复合材料支架,以所述六氟异丙醇和1,4-二氧六烷的混合溶剂作为溶解所述天然高分子材料和合成生物材料的溶剂,满足LDM对溶解材料的溶剂要求;更重要的是,所述混合溶剂使得所述天然高分子材料和合成生物材料能够均匀混合,有效解决合成材料与天然高分子材料在LDM打印时不能均一复合的问题。本发明提供的三维复合材料支架,同时兼具良好的力学性能和生物相容性,扩宽了LDM打印材料的选择范围。且相较于现有支架,本发明所述三维复合材料支架更接近理想组织工程支架,可用于软骨和骨等组织工程。
本发明提供的三维复合材料支架的制备方法,通过LDM技术打印实现,操作简单易控;且得到的三维复合材料支架具有良好的三维立体结构和孔隙率,可望用于软骨组织工程和骨组织工程中的理想支架。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的低温快速成型技术打印三维PLCL/Col I复合材料支架成型腔成型取出后的正面光镜图;
图2是本发明实施例1提供的低温快速成型技术打印三维PLCL/Col I复合材料支架冷冻干燥成型后的侧面光镜图;
图3是本发明实施例1提供的低温快速成型技术打印三维PLCL/Col I复合材料支架冷冻干燥成型后的垂直面光镜图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
LDM打印三维支架时,由于合成材料与天然材料不能均一复合的问题,三维支架良好的学性能和较好的生物相容性难以兼顾,因此,用于三维支架LDM打印的材料受到限制。
有鉴于此,如附图1、2和3所示,本发明实施例提供了一种三维复合材料支架,所述三维复合材料支架由复合材料在溶剂中形成的混合溶液经低温快速成型技术打印形成,其中,所述复合材料包括天然高分子材料和合成生物材料,所述溶剂为六氟异丙醇和1,4-二氧六烷的混合溶剂。
具体的,本发明实施例中,以所述六氟异丙醇和1,4-二氧六烷的混合溶剂作为溶解所述天然高分子材料和合成生物材料的溶剂,不仅满足LDM对溶解材料的溶剂要求;更重要的是,所述混合溶剂使得所述天然高分子材料和合成生物材料能够均匀混合,可以有效解决合成材料与天然高分子材料在LDM打印时不能均一复合的问题,使得得到的三维复合材料支架同时兼具良好的力学性能和生物均一复合问题,从而扩宽了LDM打印材料的选择范围。
进一步的,所述混合溶剂中,由于所述1,4-二氧六烷(DIO)对所述合成生物材料的溶解性能较好,而对所述天然高分子材料的溶解性能极差,因此,当所述DIO的含量过高时,由于所述天然高分子材料难以溶解,使得所述天然高分子材料的投料难以进行,从而导致,在使用LDM打印支架时,难以获得合成高分子生物材料和天然高分子生物材料复合支架。所述六氟异丙醇(HFIP)的添加,可以较好地同时溶解所述天然高分子材料和合成生物材料,从而解决现有溶剂所述天然高分子材料和合成生物材料的相容性问题。然而,由于LDM打印时,溶剂需要满足“在常温下为能够溶解材料的液态,而在溶液从喷嘴打印出,能很快转变为冻结状态,以保证支架成型”的要求,而所述HFIP熔点较低,当所述HFIP的比例过高时,所述混合溶剂在经过喷嘴打印,在成型腔 内成型取出后,会快速融化,难以形成固体成型状态。经过发明人反复研究发发现,所述六氟异丙醇和所述1,4-二氧六烷的体积比优选为(0.01:9.99)-(1.5:8.5)时,能够同时溶解合适比例的所述天然高分子材料和合成生物材料,且满足LDM打印的溶剂需要。更进一步地,所述六氟异丙醇和所述1,4-二氧六烷的体积比优选为(0.01:9.99)-(1:9),从而获得低温快速成型技术打印的三维多孔复合材料支架。
采用所述六氟异丙醇和1,4-二氧六烷的混合溶剂作为支架材料的溶解溶剂,可以扩展LDM技术打印支架时支架材料的选择范围。作为一个具体实施例,所述天然高分子材料包括但不限于I型胶原蛋白(Col I)、II型胶原蛋白(Col II)、丝素和硫酸软骨素中的至少一种。由于所述天然高分子材料需通过LDM打印喷头,因此,作为优选实施例,所述天然高分子材料的粒径需≤打印喷头的孔径,以便LDM打印能够顺利进行。作为具体实施例,所述天然高分子材料的粒径≤0.4mm。
作为另一个具体实施例,所述合成生物材料为左旋乳酸-己内酯共聚物(PLCL)、聚己内酯(PCL)、聚羟基乙酸或聚乙交酯(PGA)、聚D,L-乳酸(PDLLA)、乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)和聚左旋乳酸(PLLA)中的至少一种。
本发明实施例所述复合材料优选从上述天然高分子材料和合成生物材料选择,从而获得生物相容性较好的三维支架。
所述混合溶液中,所述天然高分子材料和合成生物材料的用量由所述混合溶剂中六氟异丙醇和1,4-二氧六烷的含量决定,具体的,所述天然高分子材料和合成生物材料的质量比可为(1:10)-(1:240)。为了保证合适的粘度、使得LDM打印能够成型,所述混合溶液中的所述合成生物材料的含量不能过高或过低,优选的,所述合成生物材料的质量浓度为5-15%。
作为一个具体优选实施例,所述复合材料中,所述天然高分子材料为I型胶原蛋白,所述合成生物材料为左旋乳酸-己内酯共聚物,且所述I型胶原蛋白 和所述左旋乳酸-己内酯共聚物的质量比为(1:10)-(1:240)。进一步的,所述左旋乳酸-己内酯共聚物的质量浓度为9-13%。
作为再一个具体实施例,所述复合材料还可以包括无机生物材料。具体的,所述无机生物材料为纳米羟基磷灰石颗粒、纳米磷酸三钙(TCP)颗粒中的至少一种。进一步的,当复合材料中包括无机生物材料时,所述混合溶液中,所述天然高分子材料和无机生物材料的质量比为(0.01:9.99)-(9.99:0.01)。
将同时含有所述天然高分子材料和合成生物材料的复合材料经过合适的溶剂溶解后,使得所述天然高分子材料和合成生物材料能够均匀混合,有效解决合成材料与天然高分子材料不能均一复合的问题。经LDM打印后得到的三维复合材料支架,可以调控三维支架的立体结构和孔隙率,更符合支架材料的个体化和生物学制备。本发明实施例制备获得的三维多孔支架,肉眼观察可见三维多孔支架呈三维立体多孔结构,孔分布较规则有序呈网格状。作为优选实施例,所述三维复合材料支架的一级孔径为200-1000μm,次级孔孔径为1-13μm,次级孔孔径为1-13μm。由此,所述三维复合材料支架具有良好的三维立体结构和孔隙率,更接近理想组织工程支架,能够满足软骨组织工程和骨组织工程等的要求,具有更好的应用前景。
本发明实施例所述三维复合材料支架,以所述六氟异丙醇和1,4-二氧六烷的混合溶剂作为溶解所述天然高分子材料和合成生物材料的溶剂,满足LDM对溶解材料的溶剂要求;更重要的是,所述混合溶剂使得所述天然高分子材料和合成生物材料能够均匀混合,有效解决合成材料与天然高分子材料在LDM打印时不能均一复合的问题。本发明实施例提供的三维复合材料支架,同时兼具良好的力学性能和生物相容性,扩宽了LDM打印材料的选择范围。且相较于现有支架,本发明实施例所述三维复合材料支架更接近理想组织工程支架,可用于软骨和骨等组织工程。
本发明实施例所述三维复合材料支架可通过下述方法制备获得。
相应地,本发明实施例还提供了一种三维复合材料支架的制备方法,采用 低温快速成型技术打印获得,包括以下步骤:
S01.将复合材料溶解在溶剂中形成混合溶液;
S02.通过CAD软件进行建模预处理、Aurora软件进行分层切片,并使用Cark软件设计三维复合材料支架的打印参数;
S03.待成型室温度降至-25~-35℃时,在成型平台涂抹溶解所述复合材料的有机溶剂,将所述混合溶液倒入料罐中,使用Cark软件设置造型参数开始打印造型得到三维复合材料支架预制件;
S04.将所述三维复合材料支架预制件取出后进行冷冻干燥处理,得到三维复合材料支架。
具体的,上述步骤S01中,为了获得生物相容性好的三维多孔支架,所述天然高分子材料和所述复合材料需要在混合溶液中尽量保持均匀性。作为优选实施例,将复合材料溶解在溶剂中形成混合溶液包括以下步骤:
S011.将天然高分子材料溶于六氟异丙醇溶剂中,形成天然高分子材料溶液;
S012.提供1,4-二氧六烷溶剂,将所述天然高分子材料溶液滴加至所述1,4-二氧六烷中,搅拌形成天然高分子材料混悬液;
S013.将所述天然高分子材料混悬液进行过滤处理;
S014.将合成生物材料添加到经过滤处理后的所述天然高分子材料混悬液中,搅拌混匀得到合成生物材料和天然高分子生物材料混合溶液。
具体的,上述步骤S011中,将所述天然高分子材料溶于所述六氟异丙醇溶剂中后,置入磁性搅拌子,于磁力搅拌器充分搅拌,将所述天然高分子材料充分打碎,形成均匀的天然高分子材料溶液。
上述步骤S012中,将所述天然高分子材料溶液逐滴滴加至所述1,4-二氧六烷中,可以增加所述天然高分子材料在混合溶剂中的均匀性。通过磁力搅拌器的搅拌,进一步打碎并分散所述天然高分子材料。
上述步骤S013中,为了保证LDM打印过程中不堵打印喷头、使打印顺利 进行,本发明实施例将所述天然高分子材料混悬液进行过滤处理。具体的,所述天然高分子材料的粒径需≤打印喷头的孔径;更具体的,所述天然高分子材料的粒径≤0.4mm。
上述步骤S014中,将合成生物材料添加到经过滤处理后的所述天然高分子材料混悬液中,搅拌混匀得到混合溶液。所述搅拌优选采用在磁力搅拌器上搅拌实现,搅拌时间以所述合成生物材料完全溶解、并与所述天然高分子材料均匀混合为宜。
进一步的,当所述复合材料同时包括天然高分子材料、合成生物材料和无机生物材料时,其制备方法在上述步骤S013的基础上,将所述合成生物材料和无机生物材料添加到经过滤处理后的所述天然高分子材料混悬液中,搅拌混匀得到合成生物材料、天然高分子生物材料和无机生物材料混合溶液。
本发明实施例所述复合材料的类型及其用量、比例在上文已作陈述,为了节约篇幅,此处不再赘述。当然,应当理解,基于上文的描述,所述混合溶液中还可以包括无机生物材料。此外,在配置所述混合溶液的同时,可进行机器组件的连接与准备。具体的,可依次连接料罐、送料管、喷头等。
上述步骤S02中,采用计算机辅助建模、分层及堆积。具体的,先通过所述CAD软件建模预处理,产生一个STL文件格式的模型;然后利用Aurora软件导入所述STL文件并对其进行分层切片,生成一个CLI文件;最后利用低温快速成型系统的Cark软件打开CLI文件,设计支架的打印参数并打印。
上述步骤S03中,在计算机辅助下将所述混合溶液低温沉积制造平台上。具体的,待成型室温度降至-25~-35℃,启动温控、数控,打开Cark软件并初始化系统,载入CLI后,平移CLI图形至理想的打印位置。通过控制面板调整喷头与载物平台间的距离(对高),设置造型参数(扫描速度、喷头基础速度等)并开始造型。
具体的,在沉积所述混合溶液之前,还包括在成型平台涂抹一层用于配置所述混合溶液的有机溶剂。优选的,所述有机溶剂为1,4-二氧六环(DIO)。
作为另一个优选实施例,所述造型参数设置为:支架规格为2.4×2.4×2.4cm3,成型温度-25~-35℃,喷嘴直径0.4mm,喷丝间距1.0mm,扫描速度15~30mm/s,喷头速度1.0~2.0mm/s。
本发明实施例中,在启动造型后,喷嘴按所述CLI文件设置的运动轨迹及所述造型参数在X、Y轴上进行扫描并挤压喷出匀浆,匀浆在成型室迅速凝固,随着喷头运动而实现二维层面的打印;当扫描到下一层,成型平台在Z轴上下降一定高度,喷嘴继续进行下一二维层面的打印;各个二位层面叠加形成一个三维多孔的支架。
上述步骤S04中,造型完毕后,将成型的所述三维复合材料支架预制件从成型平台上取出后进行冷冻干燥处理,作为优选实施例,所述冷冻干燥处理采用冷冻干燥机进行真空干燥实现,干燥时间可根据实际情况控制。具体的,在所述冷冻干燥机在抽真空的状态下干燥48小时,干燥过程中,固化的所述有机溶剂如1,4-二氧六环(DIO)升华,与支架发生气固相分离,以产生微孔及实现支架的常温保存。
进一步的,本发明实施例还可以对得到的所述三维复合材料支架进行消毒处理,所述消毒方法具体优选为:将所述三维复合材料支架置于75%酒精中浸泡消毒60min,然后使用冷冻干燥机干燥后无菌密闭,置于-20℃冰箱备用。
所述造型参数设置为:支架规格为2.4×2.4×2.4cm3,成型温度-25~-35℃,喷嘴直径0.4mm,喷丝间距1.0mm,扫描速度15~30mm/s,喷头速度1.0~2.0mm/s。
本发明实施例提供的三维复合材料支架的制备方法,通过LDM技术打印实现,操作简单易控;且得到的三维复合材料支架具有良好的三维立体结构和孔隙率,可望用于软骨组织工程和骨组织工程中的理想支架。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种三维复合材料支架,所述三维复合材料支架由复合材料在溶剂中形成 的混合溶液经低温快速成型技术打印形成,其中,所述复合材料包括Col I和PLCL,所述溶剂为六氟异丙醇和1,4-二氧六烷的混合溶剂。
所述三维复合材料支架的制备方法包括以下步骤:
S111.称量1g Col I,溶于10mL HFIP中,用磁力搅拌器搅拌48h至完全溶解,形成Col I溶液;
S112.取9mL DIO溶剂加入样品瓶中,取1mL Col I溶液滴入,将上述样品置于磁力搅拌器上搅拌48h;
S113.将所述HFIP和DIO溶解的10mLCol I溶液用筛目为50目(筛孔孔径为0.355mm)的网筛过滤,反复过滤3次;
S114.称量1.2g的PLCL材料,把所述PLCL加入到经过滤处理后的Col I溶液中,置于磁力搅拌器搅拌48h至PLCL完全溶解并和Col I均匀混合,形成混合溶液;
S12.通过CAD软件进行建模预处理、Aurora软件进行分层切片,并使用Cark软件设计三维复合材料支架的打印参数;
S13.待成型室温度降至-25~-35℃时,在成型平台涂抹溶解所述复合材料的有机溶剂,将所述混合溶液倒入料罐中,使用Cark软件设置造型参数开始打印造型得到三维复合材料支架预制件;
S14.将所述三维复合材料支架预制件取出后进行冷冻干燥处理,得到三维复合材料支架。
本发明实施例1得到的三维复合材料支架的光镜图如图1-3所示,其中,图1-3分别表示低温快速成型技术打印三维PLCL/Col I复合材料支架成型腔成型取出后的正面、侧面和垂直面光镜图。
实施例2
一种三维复合材料支架,所述三维复合材料支架由复合材料在溶剂中形成的混合溶液经低温快速成型技术打印形成,其中,所述复合材料包括Col I、 PLCL和纳米羟基磷灰石,所述溶剂为六氟异丙醇和1,4-二氧六烷的混合溶剂。
所述三维复合材料支架的制备方法包括以下步骤:
S211.称量1g Col I,溶于10mLHFIP中,用磁力搅拌器搅拌48h至完全溶解,形成Col I溶液;
S212.取9mL DIO溶剂加入样品瓶中,取1mL Col I溶液滴入,将上述样品置于磁力搅拌器上搅拌48h;
S213.将所述HFIP和DIO溶解的10mL Col I溶液用筛目为50目(筛孔孔径为0.355mm)的网筛过滤,反复过滤3次;
S214.称量0.1g纳米羟基磷灰石材料,把所述材料加入到经过滤处理后的Col I溶液中,置于磁力搅拌器搅拌24h至完全溶解;
S215.称量1.2g的PLCL材料,把所述合成高分子生物材料加入到经过滤处理后的Col I/纳米羟基磷灰石溶液中,置于磁力搅拌器搅拌48h至PLCL完全溶解并和Col I及羟基磷灰石均匀混合,形成混合溶液;
S22.通过CAD软件进行建模预处理、Aurora软件进行分层切片,并使用Cark软件设计三维复合材料支架的打印参数;
S23.待成型室温度降至-25~-35℃时,在成型平台涂抹溶解所述复合材料的有机溶剂,将所述混合溶液倒入料罐中,使用Cark软件设置造型参数开始打印造型得到三维复合材料支架预制件;
S24.将所述三维复合材料支架预制件取出后进行冷冻干燥处理,得到三维复合材料支架。
实施例3
一种三维复合材料支架,所述三维复合材料支架由复合材料在溶剂中形成的混合溶液经低温快速成型技术打印形成,其中,所述复合材料包括Col I和PLGA,所述溶剂为六氟异丙醇和1,4-二氧六烷的混合溶剂。
所述三维复合材料支架的制备方法包括以下步骤:
S311.称量1g Col I,溶于10mLHFIP中,用磁力搅拌器搅拌48h至完全溶解,形成Col I溶液;
S312.取9mL DIO溶剂加入样品瓶中,取1mLCol I溶液滴入,将上述样品置于磁力搅拌器上搅拌48h;
S313.将所述HFIP和DIO溶解的10mLCol I溶液用筛目为50目(筛孔孔径为0.355mm)的网筛过滤,反复过滤3次;
S314.称量1.5g的PLGA材料,把所述PLGA材料加入到经过滤处理后的Col I溶液中,置于磁力搅拌器搅拌48h至PLGA完全溶解并和Col I均匀混合,形成混合溶液;
S32.通过CAD软件进行建模预处理、Aurora软件进行分层切片,并使用Cark软件设计三维复合材料支架的打印参数;
S33.待成型室温度降至-25~-35℃时,在成型平台涂抹溶解所述复合材料的有机溶剂,将所述混合溶液倒入料罐中,使用Cark软件设置造型参数开始打印造型得到三维复合材料支架预制件;
S34.将所述三维复合材料支架预制件取出后进行冷冻干燥处理,得到三维复合材料支架。
实施例4
一种三维复合材料支架,所述三维复合材料支架由复合材料在溶剂中形成的混合溶液经低温快速成型技术打印形成,其中,所述复合材料包括Col I、PLLA和纳米TCP,所述溶剂为六氟异丙醇和1,4-二氧六烷的混合溶剂。
所述三维复合材料支架的制备方法包括以下步骤:
S411.称量1gCol I,溶于10mLHFIP中,用磁力搅拌器搅拌48h至完全溶解,形成ColI溶液;
S412.取9mL DIO溶剂加入样品瓶中,取1mLCol I溶液滴入,将上述样品置于磁力搅拌器上搅拌48h;
S413.将所述HFIP和DIO溶解的10mLCol I溶液用筛目为50目(筛孔孔径为0.355mm)的网筛过滤,反复过滤3次;
S414.称量0.1g纳米TCP材料,把所述材料加入到经过滤处理后的Col I溶液中,置于磁力搅拌器搅拌24h至完全溶解;
S415.称量1g的PLLA材料,把所述PLLA材料加入到经过滤处理后的Col I和纳米TCP溶液中,置于磁力搅拌器搅拌48h至PLLA完全溶解并和Col I/纳米TCP均匀混合,形成混合溶液;
S42.通过CAD软件进行建模预处理、Aurora软件进行分层切片,并使用Cark软件设计三维复合材料支架的打印参数;
S43.待成型室温度降至-25~-35℃时,在成型平台涂抹溶解所述复合材料的有机溶剂,将所述混合溶液倒入料罐中,使用Cark软件设置造型参数开始打印造型得到三维复合材料支架预制件;
S44.将所述三维复合材料支架预制件取出后进行冷冻干燥处理,得到三维复合材料支架。
实施例5
一种三维复合材料支架,所述三维复合材料支架由复合材料在溶剂中形成的混合溶液经低温快速成型技术打印形成,其中,所述复合材料包括Col I和PLLA,所述溶剂为六氟异丙醇和1,4-二氧六烷的混合溶剂。
所述三维复合材料支架的制备方法包括以下步骤:
S511.称量1gCol I和纳米TCP,溶于10mLHFIP中,用磁力搅拌器搅拌48h至完全溶解,形成Col I溶液;
S512.取9mL DIO溶剂加入样品瓶中,取10mL天然高分子材料溶液滴入,将上述样品置于磁力搅拌器上搅拌48h;
S513.将所述HFIP和DIO溶解的10mLCol I溶液用筛目为45目(筛孔孔径为0.4mm)的网筛过滤,反复过滤3次;
S514.称量1g的PLLA材料,把所述PLLA材料加入到经过滤处理后的Col I溶液中,置于磁力搅拌器搅拌48h至PLLA完全溶解并和Col I均匀混合,形成混合溶液;
S52.通过CAD软件进行建模预处理、Aurora软件进行分层切片,并使用Cark软件设计三维复合材料支架的打印参数;
S53.待成型室温度降至-25~-35℃时,在成型平台涂抹溶解所述复合材料的有机溶剂,将所述混合溶液倒入料罐中,使用Cark软件设置造型参数开始打印造型得到三维复合材料支架预制件;
S54.将所述三维复合材料支架预制件取出后进行冷冻干燥处理,得到三维复合材料支架。
实施例6
一种三维复合材料支架,所述三维复合材料支架由复合材料在溶剂中形成的混合溶液经低温快速成型技术打印形成,其中,所述复合材料包括Col I、硫酸软骨素和PLCL,所述溶剂为六氟异丙醇和1,4-二氧六烷的混合溶剂。
所述三维复合材料支架的制备方法包括以下步骤:
S611.称量1g Col I,溶于10mLHFIP中,用磁力搅拌器搅拌48h至完全溶解,形成Col I溶液;
S612.取9mL DIO溶剂加入样品瓶中,取1mL Col I溶液滴入,将上述样品置于磁力搅拌器上搅拌48h;
S613.称量0.15g硫酸软骨素粉末,用筛目为50目(筛孔孔径为0.355mm)的网筛过筛,把上述过筛后的硫酸软骨素粉末加入HFIP和DIO溶解的10mL Col I溶液,将上述样品置于磁力搅拌器上搅拌24h;S614.将所述Col I/硫酸软骨素溶液用筛目为45目(筛孔孔径为0.4mm)的网筛过滤,反复过滤3次;
S615.称量1g的PLLA材料,把所述PLLA材料加入到经过滤处理后的Col I/硫酸软骨素溶液溶液中,置于磁力搅拌器搅拌48h至PLLA完全溶解并和Col I/硫酸软骨素溶液均匀混合,形成混合溶液;
S62.通过CAD软件进行建模预处理、Aurora软件进行分层切片,并使用Cark软件设计三维复合材料支架的打印参数;
S63.待成型室温度降至-25~-35℃时,在成型平台涂抹溶解所述复合材料的有机溶剂,将所述混合溶液倒入料罐中,使用Cark软件设置造型参数开始打印造型得到三维复合材料支架预制件;
S64.将所述三维复合材料支架预制件取出后进行冷冻干燥处理,得到三维复合材料支架。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种三维复合材料支架,其特征在于,所述三维复合材料支架由复合材料在溶剂中形成的混合溶液经低温快速成型技术打印形成,其中,所述复合材料包括天然高分子材料和合成生物材料,所述溶剂为六氟异丙醇和1,4-二氧六烷的混合溶剂。
2.如权利要求1所述的三维复合材料支架,其特征在于,所述六氟异丙醇和所述1,4-二氧六烷的体积比为(0.01:9.99)-(1.5:8.5)。
3.如权利要求1所述的三维复合材料支架,其特征在于,所述复合材料还包括无机生物材料,且所述混合溶液中,所述天然高分子材料和无机生物材料的质量比为(0.01:9.99)-(9.99:0.01)。
4.如权利要求3所述的三维复合材料支架,其特征在于,所述天然高分子材料为I型胶原蛋白、II型胶原蛋白、丝素蛋白和硫酸软骨素中的至少一种;和/或
所述合成生物材料为左旋乳酸-己内酯共聚物、聚己内酯、聚羟基乙酸、聚D,L-乳酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物和聚左旋乳酸中的至少一种;和/或
所述无机生物材料为纳米羟基磷灰石颗粒和纳米磷酸三钙颗粒中的至少一种。
5.如权利要求1-4任一所述的三维复合材料支架,其特征在于,所述三维复合材料支架的孔隙率为60-95%;所述三维复合材料支架的一级孔径为200-1000μm,次级孔孔径为1-13μm。
6.如权利要求1-4任一所述的三维复合材料支架,其特征在于,所述混合溶液中,所述天然高分子材料和合成生物材料的质量比为(1:10)-(1:240)。
7.如权利要求6所述的三维复合材料支架,其特征在于,所述混合溶液中合成生物材料的质量浓度为5-15%。
8.如权利要求1-4任一所述的三维复合材料支架,其特征在于,所述天然高分子材料的粒径≤0.4mm。
9.一种如权利要求1-8任一所述三维复合材料支架的制备方法,采用低温快速成型技术打印获得,包括以下步骤:
将复合材料溶解在溶剂中形成混合溶液;
通过CAD软件进行建模预处理、Aurora软件进行分层切片,并使用Cark软件设计三维复合材料支架的打印参数;
待成型室温度降至-25~-35℃时,在成型平台涂抹溶解所述复合材料的有机溶剂,将所述混合溶液倒入料罐中,使用Cark软件设置造型参数开始打印造型得到三维复合材料支架预制件;
将所述三维复合材料支架预制件取出后进行冷冻干燥处理,得到三维复合材料支架。
10.如权利要求9所述的三维复合材料支架的制备方法,其特征在于,将复合材料溶解在溶剂中形成混合溶液包括以下步骤:
将天然高分子材料溶于六氟异丙醇溶剂中,形成天然高分子材料溶液;
提供1,4-二氧六烷溶剂,将所述天然高分子材料溶液滴加至所述1,4-二氧六烷中,搅拌形成天然高分子材料混悬液;
将所述天然高分子材料混悬液进行过滤处理;
将合成生物材料添加到经过滤处理后的所述天然高分子材料混悬液中,搅拌混匀得到合成生物材料和天然高分子生物材料混合溶液。
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