CN106606802A - 3d打印含多级通道的骨修复支架及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印含多级通道的骨修复支架及其制造方法，属于3D打印技术领域。本发明首先采用CAD软件设计支架结构，制作打印墨水，进而采用自动注浆机直接“打印”出个性化支架材料。采用与骨组织成分相近的无机材料‑磷酸三钙作为主要成分，不仅生物相容性佳，同时可实现定制化制作。同时，预构的血管束多级通道有利于周围血管芽的增生、迁移，有利于支架材料血管化。

Description

3D打印含多级通道的骨修复支架及其制造方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，特别涉及一种3D打印含多级通道的骨修复支架及其制造方法。
背景技术
外伤、肿瘤、炎症等常会导致颌面部或全身其他部位骨组织损伤，并引起急、慢性功能损害等，严重影响人们的生活质量和心理健康。这些骨缺损修复重建一直是临床医生面临的难题。目前用于骨缺损修复的块状异质骨主要有：
①采用传统制作工艺-发泡法制备成型，后期经高温烧结去除内部的造孔剂进而形成多孔支架材料。该方法制备的支架材料形貌控制依赖于相应的模具，孔径大小不一，连通率<100％；同时不能进行个性化增材制造。
②采用低温沉积制造技术制作个性化PLGA/TCP支架。该制作工艺可实现对材料孔径、形貌等的个性化制作，但是形成的支架材料强度低。所采用的墨水中含有有机溶剂，并且PLGA降解会引起周围组织产生炎症反应。
③采用纤维沉积技术可进行磷酸三钙材料的个性化增材制造，但是由于粘结剂等原因目前不能打印大尺寸个性化(如颌骨修复支架)支架材料。
发明内容
本发明的首要目的在于克服上述现有技术中存在的缺点与不足，提供一种3D打印含多级通道的骨修复支架的制造方法，以解决目前骨修复材料研究领域中出现的无机材料个性化定制支架困难、强度低、孔径及支架外形不可控、连通率较低的现状。
本发明的另一目的在于提供由上述制备方法得到的3D打印含多级通道的骨修复支架。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种3D打印含多级通道的骨修复支架的制造方法，包括如下步骤：
(1)支架设计：首先获取缺损修复部位及健侧的影像学数据，三维重建后镜像设计缺损部位支架形貌；按照缺损部位血管形貌及走形，设计多级血管通道，相邻级别的血管通道之间距离为4mm-5mm；
(2)墨水制备：首先，将TCP原粉在1300℃煅烧后，研磨、筛选出粒径在100微米的粉末材料；采用带有样本分散度检测的激光散射仪确定样品粉末粒径分布；其次，在蒸馏水内溶解C分散剂，逐渐加入筛选出的TCP粉末；分散均匀后再加入羟丙基甲基纤维素，终浓度为7mg/ml；最后加入2％聚乙烯亚胺使悬浮液成凝胶状；
(3)支架打印及烧结：将制备好的墨水放入打印机(3-D Inks，Stillwater，OK)，锥状喷头恒定喷出直径250μm的柱状墨水，最后层层堆积形成块状支架材料；此支架材料柱状结构中心至中心的距离为500μm；相邻两层之间柱状结构间相互垂直，两层间的距离为175μm；打印结束后，取出样品，室温干燥后于400℃炉子内烧结1h；以3℃/分钟升温、于1200℃烧结1h，得到骨修复支架。
步骤(1)中，所述多级血管通道分为一级通道、二级通道和三级通道，其直径分布为一级通道2mm、二级通道1.5mm和三级通道1mm。
步骤(3)中，所述室温干燥的时间≧24h。
一种3D打印含多级通道的骨修复支架，由上述制造方法得到。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明首先采用CAD软件设计支架结构，制作打印墨水，进而采用自动注浆机直接“打印”出个性化支架材料。
本发明所述骨骼修复支架采用国际先进的自动注浆技术制作而成，其个性化定制的磷酸钙骨骼修复支架是国内首例。采用与骨组织成分相近的无机材料-磷酸三钙作为主要成分，不仅生物相容性佳，同时可实现定制化制作。同时，预构的血管束多级通道有利于周围血管芽的增生、迁移，有利于支架材料血管化。
附图说明
图1是实施例1的骨骼修复支架的CAD设计图；其中：①为一级血管通道，②为二级血管通道，③为三级血管通道；
图2是实施例1的骨骼修复支架的成品图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明的打印支架包括若干层支架条，此支架条层层堆积形成片状、体状。每层支架按设定位置和间距堆积进而相互连通，孔径均一。因此可实现支架内部100％连通率。按照血管分支结构，在三维支架内部加入三级血管通道，以促进支架材料血管化及骨化。
磷酸三钙材料与骨组织成分接近，是很好的无机骨修复替代材料；支架材料个性化血管通道设计有利于血管化形成；支架材料墨水制备、打印过程中涉及的有害物质少，同时后期高温处理可完全去除有害成分同时增强支架力学性能；支架的多通道结构可以由熔融沉积成型，低温沉积成型、以及纤维沉积技术等技术制作。
实施例
一种3D打印含多级通道的骨修复支架的制造方法，包括如下步骤：
(1)支架设计：首先获取缺损修复部位及健侧的影像学数据，三维重建后镜像设计缺损部位支架形貌；按照缺损部位血管形貌及走形，设计多级血管通道，其直径分布为一级通道2mm、二级通道1.5mm和三级通道1mm，相邻管道之间距离为4mm-5mm；
(2)墨水制备：首先，将TCP原粉在1300℃煅烧后，研磨、筛选出粒径在100微米的粉末材料；采用带有样本分散度检测的激光散射仪确定样品粉末粒径分布；其次，在蒸馏水内溶解C分散剂，逐渐加入筛选出的TCP粉末。分散均匀后再加入羟丙基甲基纤维素，终浓度为7mg/ml。最后加入2％聚乙烯亚胺使悬浮液成凝胶状；
(3)支架打印及烧结：将制备好的墨水放入打印机(3-D Inks，Stillwater，OK)，在辅助控制软件的精密控制下，锥状喷头恒定喷出直径250μm的柱状墨水，最后层层堆积形成块状支架材料；此支架材料柱状结构中心至中心的距离为500μm；相邻两层之间柱状结构间相互垂直，两层间的距离为175μm；大体三维结构可设计为多种尺寸；打印结束后，从油浴中取出样品，室温干燥至少24h，进而在400℃炉子内烧结1h以去除有机质；最后在1200℃(3℃/分钟)烧结1h后成型。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种3D打印含多级通道的骨修复支架的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)支架设计：首先获取缺损修复部位及健侧的影像学数据，三维重建后镜像设计缺损部位支架形貌；按照缺损部位血管形貌及走形，设计多级血管通道，相邻级别的血管通道之间距离为4mm-5mm；
(2)墨水制备：首先，将TCP原粉在1300℃煅烧后，研磨、筛选出粒径在100微米的粉末材料；采用带有样本分散度检测的激光散射仪确定样品粉末粒径分布；其次，在蒸馏水内溶解C分散剂，逐渐加入筛选出的TCP粉末；分散均匀后再加入羟丙基甲基纤维素，终浓度为7mg/ml；最后加入2％聚乙烯亚胺使悬浮液成凝胶状；
(3)支架打印及烧结：将制备好的墨水放入打印机，锥状喷头恒定喷出直径250μm的柱状墨水，最后层层堆积形成块状支架材料；此支架材料柱状结构中心至中心的距离为500μm；相邻两层之间柱状结构间相互垂直，两层间的距离为175μm；打印结束后，取出样品，室温干燥后于400℃炉子内烧结1h；以3℃/分钟升温、于1200℃烧结1h，得到骨修复支架。
2.根据权利要求1所述的3D打印含多级通道的骨修复支架的制造方法，其特征在于，步骤(1)中所述多级血管通道分为一级通道、二级通道和三级通道，其直径分布为一级通道2mm、二级通道1.5mm和三级通道1mm。
3.根据权利要求1所述的3D打印含多级通道的骨修复支架的制造方法，其特征在于，步骤(3)中所述室温干燥的时间≧24h。
4.一种3D打印含多级通道的骨修复支架，由权利要求1所述的制造方法得到。
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