CN105770989B - 一种用于个性化制备人工乳房代用品的生物材料及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于个性化制备人工乳房代用品的生物材料，包括喷涂材料A和喷涂材料B；所述喷涂材料A由1‑3％的海藻酸盐溶液、0.5‑1.5％的甲壳胺溶液和1‑3％的胶原蛋白溶液中的任意一种或多种混合而成；所述喷涂材料B为1‑3％的乳酸钙溶液或1‑3％的氯化钙溶液。本发明还公开了利用所述的生物材料个性化制备人工乳房代用品的方法。本发明采用计算机三维扫描技术，采集患者个人信息，以廉价的海藻酸盐和甲壳胺、羧甲基纤维素为主要材料，通过3D打印技术为患者量体定制乳房代用品，技术先进，成本低廉，安全可靠，适合患者的个体和个性化需要。

Description

一种用于个性化制备人工乳房代用品的生物材料及其方法

技术领域

本发明属于医学技术领域，涉及一种用于个性化制备人工乳房代用品的生物材料及其方法，具体涉及一种应用计算机三维扫描技术采集个人信息，应用复合生物材料、3D打印技术和冷冻干燥技术个性化制备外用型人工乳房代用品的方法。

背景技术

乳癌是中国女性最常见的癌症。从90年代以来，中国的乳癌发病率增长速度是全球的两倍多，在全世界排第一位，城市地区尤为显著。如果这一趋势保持不变，到2021年，中国乳癌患者将高达250万，发病率将从不到60例/10万女性增加到超过100例/10万女性。

乳房缺失是乳腺肿瘤患者术后面临的普遍问题，严重影响女性形体美和心理健康，对患者康复和生活质量带来严重的不良影响。

乳房重建是乳癌患者术后通过整形外科手术恢复乳房形态的基本方法。除一期重建外，多数患者要在放化疗结束后进行二期重建，这个过程通常需要等待数月甚至更长的时间。在这期间为患者提供乳房代用品，尽快恢复患者身体形态对患者身心康复具有非常现实的意义。

目前市场上有多种乳房代用产品(义乳)销售，尽管尺寸及形式多种多样，但是都不是为患者量体定制的产品，缺少个性化。且价格昂贵，一般要数千元一个。

计算机三维扫描技术(三维数字化)应用于医学领域，能够精确获取人体表面的三维结构，并在形成的三维模型中测量体表标志的三维坐标，进而得到人体形态的空间数据。同时，三维扫描技术还可获取体表皮肤的颜色，在模型中还原真实的人体表面特征。采用这一技术，可以准确的采集乳癌患者术前及术后乳房的三维形态信息，为患者量体定做个性化的仿真的人工乳房代用品。

3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型技术。目前3D打印技术所用的材料主要有硅胶、树脂、石膏、金属粉末等。有些3D打印材料不适用于制作乳房代用品，如金属、树脂等；而有些则技术难度大，成本高，时间长。

有些资料报道采用水凝胶等材料打印人体器官或结构部分，缺点是：含水量多，重量大，强度低，易腐败，不适用于制备可穿戴的人工乳房代用品。

因此，开发一种个性化的人工乳房代用品设计制备技术，开发新的3D打印用复合生物凝胶材料，并将其用于个性化人工乳房代用品的构建，对于术后乳癌患者身心的康复具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的第一个目的是提供一种用于个性化制备人工乳房代用品的生物材料。

本发明的第二个目的是提供一种个性化制备人工乳房代用品的方法，通过计算机三维扫描为乳腺癌患者提供最真实的个性化乳房形态信息，并按照患者的要求进行计算机辅助人工乳房代用品设计；采用3D打印技术进行打印；采用冷冻干燥技术去除材料中的水分，使制备的假体轻便、定型、防腐；将上述三种技术联用，整合为一种先进工艺，用于构建人工乳房代用品。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于个性化制备人工乳房代用品的生物材料，包括喷涂材料A和喷涂材料B；

所述喷涂材料A由1-3％(质量浓度)的海藻酸盐溶液、0.5-1.5％(质量浓度)的甲壳胺溶液和1-3％(质量浓度)的羧甲基纤维素溶液中的任意一种或多种混合而成；

所述喷涂材料B为1-3％(质量浓度)的乳酸钙溶液或1-3％(质量浓度)的氯化钙溶液。

进一步的，所述喷涂材料A中还含有0.5-1.5g/100ml壳聚糖、1-3g/100ml甘油、0.2-0.4g/100ml碳酸钙和0.03-0.08g/100ml尼泊金乙酯。

优选的，所述喷涂材料A由2％的海藻酸盐溶液和1％的甲壳胺溶液等体积混合而成。

优选的，所述喷涂材料A由2.4g/100ml海藻酸盐、1.0g/100ml壳聚糖、2g/100ml甘油、0.3g/100ml碳酸钙和0.05g/100ml尼泊金乙酯组成。

优选的，所述喷涂材料A由2.5％的海藻酸盐溶液和2％的羧甲基纤维素溶液等体积混合而成。

优选的，所述海藻酸盐中高G型海藻酸和高M型海藻酸的比例为(2-2.5):1；海藻酸是由甘露糖醛酸(M)和古洛糖醛酸(G)组成的混聚多糖，高G型海藻酸生成的凝胶硬度大但易碎；高M型海藻酸生成的凝胶柔韧性好但硬度小，调整两种比例可生产不同强度的凝胶。本发明对海藻酸盐中高G型海藻酸和高M型海藻酸的比例进行了优化调整，结果发现：高G型海藻酸和高M型海藻酸的比例为(2-2.5):1时，海藻酸盐凝胶材料能实现韧性和硬度的综合平衡，特别适用于制备人工乳房代用品。

进一步优选的，所述海藻酸盐为海藻酸钠。

上述材料在构建人体其他缺失部位(如耳、鼻等)的个性化假体中的应用也是本发明保护的范围。

本发明还提供一种利用上述生物材料个性化制备人工乳房代用品的方法，步骤如下：

(1)利用计算机三维扫描技术采集乳腺癌患者术前和术后乳房的三维形态信息，经数据处理，构建人工乳房代用品宏观外形的三维计算机模型；

(2)将数据信息输入至3D打印机中进行打印，以喷涂材料A和喷涂材料B交替喷涂成型，静置6-12小时，冷冻干燥固型，成型修饰后制成个性化人工乳房代用品。

上述方法制备的人工乳房为外用型人工乳房代用品。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用计算机三维扫描技术，采集患者个人信息，以廉价的海藻酸盐和甲壳胺或羧甲基纤维素为主要材料，通过3D打印技术为患者量体定制乳房代用品，技术先进，成本低廉(本发明制备一个个性化人工乳房代用品成本只有一、二百元，与现有技术中的义乳产品相比，显著降低了成本)，安全可靠，适合患者的个体和个性化需要。

(2)海藻酸盐是一种天然多糖类物质，性质稳定，对人体无毒无害，在医药领域用作药物辅料、口腔科牙模材料等；在食品领域用作增稠剂、赋形剂、乳化稳定剂等。在溶液中，海藻酸盐遇到钙离子可迅速发生离子交换，生成凝胶，其凝胶具有热不可逆性。

甲壳胺是由氨基葡葡糖和乙酰氨基葡葡糖聚合物组成的多糖。甲壳胺性质稳定，对人体无毒无害，具有抑菌消炎，促进伤口愈合等功能，在医药领域用于药物辅料、手术缝合线、人工皮肤、组织工程支架材料等许多方面。

羧甲基纤维素是羧甲基取代基的纤维素衍生物，40％以上羟基为羧甲基置换者可溶于水形成稳定的高黏度胶体溶液。羧甲基纤维素广泛用于医药、食品、纺织、印染、造纸、陶瓷等行业。

本发明利用海藻酸盐与甲壳胺或羧甲基纤维素形成凝胶的特性，通过3D打印技术制备得到个性化的人工乳房代用品，通过冷冻干燥技术可以得到保持原形态的、多孔的轻便的、强度高弹性好的人工乳房代用品。对于术后乳癌患者身心的康复具有十分重要的意义。

具体实施方式

结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1：

用计算机三维扫描技术采集乳腺癌患者术前和术后乳房的立体信息，经过数据处理，在计算机上完成形态设计，与患者沟通交流，在患者感到满意的前提下将数据信息输入3D打印机。

将2％海藻酸钠溶液(海藻酸钠中高G型海藻酸和高M型海藻酸的比例为2:1)与1％甲壳胺溶液等量混合，作为喷涂材料A；与喷涂材料B(2％乳酸钙溶液)交替喷涂成型，静置8小时，冷冻干燥固形后修饰完成个性化乳房代用品制作。

上述制备方法中，计算机三维扫描技术是将光、机、电和计算机技术集于一体的技术，通过对物体外形结构的全方位扫描，获得物体形态和表面精确的空间信息，将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号。这些测量信息能直接与多种软件对接，在计算机辅助设计软件中(如mimics，geomagic studio，CAD等)可以对数据进行调整、修补和设计，再通过快速成型设备(如3D打印技术)或其它方式进行制造。

实施例2：

用计算机三维扫描技术采集乳腺癌患者术前和术后乳房的立体信息，经过数据处理，在计算机上完成形态设计，与患者沟通交流，在患者感到满意的前提下将数据信息输入3D打印机，

海藻酸钠(海藻酸钠中高G型海藻酸和高M型海藻酸的比例为2.5:1)12.0g，壳聚糖5.0g，甘油10.0g，碳酸钙1.5g，尼泊金乙酯0.25g，蒸馏水加至500ml，混融后作为喷涂材料A。在3D打印机上与喷涂材料B(2％氯化钙溶液)交替喷涂形成固态凝胶，静置12小时，冷冻干燥固形后修饰完成个性化人工乳房代用品制作。

实施例3：

用计算机三维扫描技术采集乳腺癌患者术前和术后乳房的立体信息，经过数据处理，在计算机上完成形态设计，与患者沟通交流，在患者感到满意的前提下将数据信息输入3D打印机，

将2.5％海藻酸钠溶液(海藻酸钠中高G型海藻酸和高M型海藻酸的比例为2:1)与2％羧甲基纤维素溶液等量混合，作为喷涂材料A；与喷涂材料B(2％氯化钙溶液)交替喷涂成型，静置6小时，冷冻干燥固形后修饰完成个性化乳房代用品制作。

实施例4：

用计算机三维扫描技术采集乳腺癌患者术前和术后乳房的立体信息，经过数据处理，在计算机上完成形态设计，与患者沟通交流，在患者感到满意的前提下，将数据信息输入3D打印机，采用树脂打印2mm厚度的外模，将浓度为2％的海藻酸钠溶液与1％甲壳胺溶液等量混合液注入此外模，然后浸泡于2％氯化钙溶液，静置10小时，待混合物凝胶固化后形成乳房假体。将假体脱模取出，经过冷冻干燥固化、成型修饰后完成假体制作。

对比例1：

将喷涂材料A的组成调整为：0.5％海藻酸钠溶液(海藻酸钠中高G型海藻酸和高M型海藻酸的比例为2:1)与2％甲壳胺溶液等量混合。其余材料和制备方法同实施例1，制备得到个性化乳房代用品。

对比例2：

将喷涂材料A的组成调整为：4％海藻酸钠溶液(海藻酸钠中高G型海藻酸和高M型海藻酸的比例为2:1)与0.5％甲壳胺溶液等量混合。其余材料和制备方法同实施例1，制备得到个性化乳房代用品。

对比例3：

将喷涂材料A海藻酸钠中高G型海藻酸和高M型海藻酸的比例调整为1:1。其余材料和制备方法同实施例1，制备得到个性化乳房代用品。

对比例4：

将喷涂材料A海藻酸钠中高G型海藻酸和高M型海藻酸的比例调整为3:1。其余材料和制备方法同实施例1，制备得到个性化乳房代用品。

试验例：

对本发明实施例1和对比例1-4中制备的个性化乳房代用品进行抗冲击试验和静态抗破裂试验。

1.抗冲击试验：以固定重量和计算高度，在标准导轨引导下的跌落块(非自由落体)对乳房代用品进行冲击的试验。要求被冲击的假体应完好。

2.静态抗破裂试验：依据ISO14607-2007进行测定，考察乳房代用品在使用状态的抗破裂性能。将乳房代用品放置于水平固定板中央，以5mm/分钟或更慢的速度向乳房代用品施压直至破裂，在此过程中连续记录压力和位移的数据。

结果表明：本发明实施例1制备的乳房代用品的抗冲击性能和静态抗破裂性能明显优于对比文件1-4制备的乳房代用品。

Claims (10)

1.一种用于个性化制备人工乳房代用品的生物材料，其特征在于，包括喷涂材料A和喷涂材料B；

所述喷涂材料A由1-3％的海藻酸盐溶液、0.5-1.5％的甲壳胺溶液和1-3％的羧甲基纤维素溶液中的任意一种或多种混合而成；

所述喷涂材料B为1-3％的乳酸钙溶液或1-3％的氯化钙溶液。

2.如权利要求1所述的生物材料，其特征在于，所述喷涂材料A中还含有0.5-1.5g/100ml壳聚糖、1-3g/100ml甘油、0.2-0.4g/100ml碳酸钙和0.03-0.08g/100ml尼泊金乙酯。

3.如权利要求1所述的生物材料，其特征在于，所述喷涂材料A由2％的海藻酸盐溶液和1％的甲壳胺溶液等体积混合而成。

4.如权利要求2所述的生物材料，其特征在于，所述喷涂材料A由2.4g/100ml海藻酸盐、1.0g/100ml壳聚糖、2g/100ml甘油、0.3g/100ml碳酸钙和0.05g/100ml尼泊金乙酯组成。

5.如权利要求1所述的生物材料，其特征在于，所述喷涂材料A由2.5％的海藻酸盐溶液和2％的羧甲基纤维素溶液等体积混合而成。

6.如权利要求1-5任一项所述的生物材料，其特征在于，所述海藻酸盐中高G型海藻酸和高M型海藻酸的比例为(2-2.5):1。

7.如权利要求6所述的生物材料，其特征在于，所述海藻酸盐为海藻酸钠。

8.权利要求1-7任一项所述的生物材料在构建人体缺失部位的个性化假体中的应用。

9.一种利用权利要求1-7任一项所述的生物材料个性化制备人工乳房代用品的方法，其特征在于，步骤如下：

(1)利用计算机三维扫描技术采集乳腺癌患者术前和术后乳房的三维形态信息，经数据处理，构建人工乳房代用品宏观外形的三维计算机模型；

(2)将数据信息输入至3D打印机中进行打印，以喷涂材料A和喷涂材料B交替喷涂成型，静置6-12小时，冷冻干燥固型，成型修饰后制成个性化人工乳房代用品。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所制备的个性化人工乳房代用品为外用型人工乳房代用品。