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一种可显影的用于3d打印的生物降解骨修复与重建材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属医用可显影材料及其制备领域，涉及一种透视下可显影的用于3D打印的生物降解骨修复与重建材料及其制备方法。其组分包括：碘海醇，聚己内酯、磷酸三钙。其制备包括：在聚己内酯熔融状态下掺入磷酸三钙颗粒及碘海醇粉末，使其保持均匀分布。值得强调的是，本材料由于其具有显影性、生物可降解且降解产物无害，并有较好的成骨性，故可用于椎间融合器、内固定器械、人工关节假体、人工椎体等的制备。本材料制备方法简便易行，对环境友好，可批量生产，在医用可显影生物材料领域应用前景良好。

Description

一种可显影的用于3D打印的生物降解骨修复与重建材料及其 制备方法
技术领域
本发明属于医学可显影材料及其制备领域，具体涉及一种可显影的用于3D打印的生物降解骨修复与重建材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着生物材料制备技术的不断发展，3D打印生物降解骨修复与重建材料逐渐成为医学植入材料研究热点，并在创伤，肿瘤及脊柱矫形外科等领域得到了初步应用。与传统的骨修复与重建材料相比，其具有以下优势：一是可通过3D打印技术制备与人体解剖结构更加匹配的个体化植入物，从而达到更好的修复重建效果；二是该类型材料的可降解特性使其在体内能够逐步被人体自身组织所替代，从而避免了植入物长期留存于体内可能引起的潜在不良反应。
然而，由于目前大部分3D打印生物降解骨修复与重建材料所采用的材料原料多为由C、H、O构成的低密度物质，在X线下显影性能较差或完全无法显影，尽管这对观察材料周围骨修复重建的情况带来了便利，但同时也对该类型材料的临床应用和临床评估造成了很大困难：一是由于术中无法通过X线准确评估植入物位置，可导致植入物位置偏差，影响修复效果，严重时甚至可导致植入物脱出，从而造成周围神经压迫或其他严重并发症。二是术后难以准确评估植入物降解过程，从而难以评价不同类型植入物在体内的治疗效果，阻碍了该类材料在临床的进一步应用。因此，制备一种既能够在X线下适当显影，又不会对周围组织产生明显遮挡效应的生物降解材料具有其现实的迫切性和重要意义。
碘海醇是一类能够在X线下显影的低分子量物质，其在临床广泛用于心血管、尿路及脊髓造影，具有稳定性好，水溶性好，生物毒性小等特点。其进入体内后不良反应小，局部炎症发生率低，进入血液后能够在24小时内经肾完全排出，不会在体内累积，是一种安全的低分子显影物质。通过调节碘海醇在单位体积内的分布密度，可以有效调节其显影效果，从而满足不同部位植入物对X线透光性的需要，这也使得碘海醇成为目前较为理想的可用于材料显影的物质。
磷酸三钙广泛存在于骨骼当中，具有良好的成骨效果，且在高分子材料中适当混入磷酸三钙有利于增强其力学强度，是一种良好的骨修复与重建材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备方法简单易行，能够满足结构性骨缺损修复重建时显影、强度及成骨要求的可显影的用于3D打印的生物降解骨修复与重建材料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的可显影的用于3D打印的生物降解骨修复与重建材料包括质量百分比50～80％的高分子材料和20～50％的磷酸三钙组成的混合料，以及每立方厘米混合料中1.29～2.96g/cm3的碘海醇。
本发明的可显影的用于3D打印的生物降解骨修复与重建材料的制备方法为：
1)首先，按质量百分比取50～80％的高分子材料置于恒温搅拌研磨器中加热将高分子材料熔融；
2)其次，取20～50％的磷酸三钙分批次加入到恒温搅拌研磨器中与熔融的高分子材料混合均匀得混合料；
3)然后，按每立方厘米混合料中加入1.29～2.96g/cm3碘海醇搅拌均匀得复合材料；
4)最后，将复合材料取出制成可显影的用于3D打印的颗粒、丝材或棒料的生物降解骨修复与重建材料。
所述的高分子材料为聚己内酯、聚乳酸、聚乙交酯或聚乙醇酸。
所述步骤2)加入磷酸三钙过程中确保磷酸三钙颗粒均匀的撒在高分子材料表面，同时通过金属搅拌研磨棒不断的搅拌，使得二者混合均匀。
所述步骤3)加入碘海醇的同时快速搅拌完成混合减小碘海醇中的碘因高温而引起的挥发。
本发明的制备方法简单易行，实用性强，可解决涵盖骨科、神经外科、颌面外科、胸外等多领域的骨修复重建问题，特别满足结构性骨缺损修复重建(如椎间融合、人工椎体、人工椎板、四肢节段性骨缺损、关节结构性缺损、股骨头支撑棒、颅骨及颌面部骨缺损等)时显影、强度及成骨要求。
本发明的可显影的用于3D打印的生物降解骨修复与重建材料具有适合的力学强度，材料承压后不会发生明显位移、植入后具有一定稳定性；具有良好的生物相容性。具有与自体骨相近似的弹性模量，能同时实现骨性融合和融合器自己的降解吸收，不残留异物在人体内，更有利于后期的影像学评估。
本发明的制备方法是将高分子材料在熔融状态下混入磷酸三钙及碘海醇粉末，使磷酸三钙及显影剂粉末均匀分布于其中，使得材料具有显影功能，并通过改变显影剂分布浓度得到不同显影效果的骨科植入材料，从而适应不同条件下的需求。本发明所述材料在X光透视及CT检查时，可用于确定材料具体位置。术中可更好的辅助植入物的植入，术后可准确评估植入物位置，从而采取下一步医疗措施，可较大的提高医疗质量。同时，这类材料在体内降解产物为小分子，对人体无害；另外其含有磷酸三钙，具有良好的成骨效果。本产品制作方法简单，适合工业化生产，具有良好的使用前景及实用性。
附图说明
图1为实施例1中使用本材料制备的椎间融合器植入羊颈椎后在X线下显影。
具体实施方式
实施例1：
1)首先，按质量百分比取50％的高分子材料聚己内酯置于恒温搅拌研磨器中加热将高分子材料熔融；
2)其次，取50％的磷酸三钙分批次加入到恒温搅拌研磨器中与熔融的高分子材料混合均匀得混合料，加入磷酸三钙过程中确保磷酸三钙颗粒均匀的撒在高分子材料表面，同时通过金属搅拌研磨棒不断的搅拌，使得二者混合均匀；
3)然后，按每立方厘米混合料中加入1.29g/cm3碘海醇搅拌均匀得复合材料，加入碘海醇的同时快速搅拌完成混合减小碘海醇中的碘因高温而引起的挥发；
4)最后，将复合材料取出制成可显影的用于3D打印的颗粒、丝材或棒料的生物降解骨修复与重建材料。
采用以上实施例制备的可显影的用于3D打印的颗粒、丝材或棒料的生物降解骨修复与重建材料用于制备椎间融合器。其中椎间融合器参数为：直径12mm，高6mm。打印过程中实行熔融挤出固化的方式。将预先设计好的支架形状导入三维打印机控制软件中，采用直径0.4mm喷头并设置相应打印参数：层高0.24mm、喷头温度125℃、成型室底板和成型室环境温度均为25℃、扫描速度4mm/s、挤出速度0.018mm/s。浆料于平台固化成型得到椎间融合器。
图1为实施例中制备的椎间融合器植入羊颈椎后在X线下显影。
实施例2：
1)首先，按质量百分比取70％的高分子材料聚乳酸置于恒温搅拌研磨器中加热将高分子材料熔融；
2)其次，取30％的磷酸三钙分批次加入到恒温搅拌研磨器中与熔融的高分子材料混合均匀得混合料，加入磷酸三钙过程中确保磷酸三钙颗粒均匀的撒在高分子材料表面，同时通过金属搅拌研磨棒不断的搅拌，使得二者混合均匀；
3)然后，按每立方厘米混合料中加入2.96g/cm3碘海醇搅拌均匀得复合材料，加入碘海醇的同时快速搅拌完成混合减小碘海醇中的碘因高温而引起的挥发；
4)最后，将复合材料取出制成可显影的用于3D打印的颗粒、丝材或棒料的生物降解骨修复与重建材料。
实施例3：
1)首先，按质量百分比取60％的高分子材料聚乙交酯置于恒温搅拌研磨器中加热将高分子材料熔融；
2)其次，取40％的磷酸三钙分批次加入到恒温搅拌研磨器中与熔融的高分子材料混合均匀得混合料，加入磷酸三钙过程中确保磷酸三钙颗粒均匀的撒在高分子材料表面，同时通过金属搅拌研磨棒不断的搅拌，使得二者混合均匀；
3)然后，按每立方厘米混合料中加入1.8g/cm3碘海醇搅拌均匀得复合材料，加入碘海醇的同时快速搅拌完成混合减小碘海醇中的碘因高温而引起的挥发；
4)最后，将复合材料取出制成可显影的用于3D打印的颗粒、丝材或棒料的生物降解骨修复与重建材料。
实施例4：
1)首先，按质量百分比取80％的高分子材料聚乙醇酸置于恒温搅拌研磨器中加热将高分子材料熔融；
2)其次，取20％的磷酸三钙分批次加入到恒温搅拌研磨器中与熔融的高分子材料混合均匀得混合料，加入磷酸三钙过程中确保磷酸三钙颗粒均匀的撒在高分子材料表面，同时通过金属搅拌研磨棒不断的搅拌，使得二者混合均匀；
3)然后，按每立方厘米混合料中加入2.3g/cm3碘海醇搅拌均匀得复合材料，加入碘海醇的同时快速搅拌完成混合减小碘海醇中的碘因高温而引起的挥发；
4)最后，将复合材料取出制成可显影的用于3D打印的颗粒、丝材或棒料的生物降解骨修复与重建材料。

Claims (6)

1.一种可显影的用于3D打印的生物降解骨修复与重建材料，其特征在于：包括质量百分比50～80％的高分子材料和20～50％的磷酸三钙组成的混合料，以及每立方厘米混合料中1.29～2.96g/cm3的碘海醇。
2.根据权利要求1所述的可显影的用于3D打印的生物降解骨修复与重建材料，其特征在于：所述的高分子材料为聚己内酯、聚乳酸、聚乙交酯或聚乙醇酸。
3.一种可显影的用于3D打印的生物降解骨修复与重建材料的制备方法，其特征在于：
1)首先，按质量百分比取50～80％的高分子材料置于恒温搅拌研磨器中加热将高分子材料熔融；
2)其次，取20～50％的磷酸三钙分批次加入到恒温搅拌研磨器中与熔融的高分子材料混合均匀得混合料；
3)然后，按每立方厘米混合料中加入1.29～2.96g/cm3碘海醇搅拌均匀得复合材料；
4)最后，将复合材料取出制成可显影的用于3D打印的颗粒、丝材或棒料的生物降解骨修复与重建材料。
4.根据权利要求3所述的可显影的用于3D打印的生物降解骨修复与重建材料的制备方法，其特征在于：所述的高分子材料为聚己内酯、聚乳酸、聚乙交酯或聚乙醇酸。
5.根据权利要求3所述的可显影的用于3D打印的生物降解骨修复与重建材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)加入磷酸三钙过程中确保磷酸三钙颗粒均匀的撒在高分子材料表面，同时通过金属搅拌研磨棒不断的搅拌，使得二者混合均匀。
6.根据权利要求3所述的可显影的用于3D打印的生物降解骨修复与重建材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)加入碘海醇的同时快速搅拌完成混合减小碘海醇中的碘因高温而引起的挥发。
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