CN108606861A - 一种仿玻璃海绵支架及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种仿玻璃海绵支架及其制备方法，涉及一种医用支架及其制备方法。为了解决目前的合金支架存在不能根据病患处尺寸改变结构本身尺寸的问题以及Ni‑Ti形状记忆合金支架的存在适用性有限的问题，本发明支架的仿生组织工程支架为由一组轴向的支架经线和两组螺旋环绕的支架基线构成的带有通孔的圆筒壁，且两组支架基线为双向环绕，仿生组织工程支架外壁上螺旋设有筋肋；仿生组织工程支架和筋肋共同构成的圆筒结构的周壁为整体的或者在周壁上开有一条开口；仿生组织工程支架和筋肋是以形状记忆聚合物作为打印材料通过3D打印而成，形状记忆聚合物为形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯中的一种或多种。本发明用于医用支架的设计制造。

Description

一种仿玻璃海绵支架及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用支架领域，具体涉及一种医用支架及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展，健康已成为人们日益关心的问题，面对管腔疾病所带来的威胁，医用支架成为了不可或缺的器件，起到了至关重要的作用。在管腔疾病治疗过程中，一般将不带或带有回收装置的、由不锈钢或镍钛合金等制成的医用支架通过原有体内通道植入管腔内的病变区，从而有效治疗狭窄，解除梗阻，封堵瘘口，提高患者生活质量。
为了保证对病变区域的支撑和支架的稳定性，目前的支架均为合金支架，合金支架具有生物兼容性较差、制作过程复杂、不能根据病患处尺寸改变结构本身尺寸、展开过程较快对病患处产生二次伤害、不能携带药品等缺点。
目前的医用支架的植入需要通过外科手术的方式，在患者体表开切口，然后由医生针对病变区管腔安放医用支架。医生需要对支架的姿态进行调整，导致整个手术过程的时间相对较长，而且在医用支架取出时仍然需要面对这样的问题。
虽然目前也有利用Ni-Ti形状记忆合金作为医用支架的，Ni-Ti形状记忆合金遇热膨胀，产生较大的超弹性和回复力，可撑开狭窄区，达到消除狭窄的目的。但是Ni-Ti形状记忆合金一般用于血管等从内部撑开狭窄区，针对喉管等部位，为了避免其受到压迫需要从管壁外面进行安装。但是Ni-Ti形状记忆合金质量比较大不适用于喉管等部位，而且Ni-Ti形状记忆合金支架一般是将金属做成极细的金属丝状，而且其撑起血管等尚能完成，但是针对喉管等部位需要从管壁外面进行保护的情况Ni-Ti形状记忆合金支架由于是金属丝状，其强度或承压能力很弱，不成承受喉管等部位附近的组织压迫，所以Ni-Ti形状记忆合金的医用支架一般不能应用于此种情况。
同时，Ni-Ti形状记忆合金仍然不能实现载药植入，且支架比较昂贵，会增加患者的经济负担。
发明内容
本发明为了解决目前的合金支架存在不能根据病患处尺寸改变结构本身尺寸的问题，以及Ni-Ti形状记忆合金支架的存在适用性有限的问题。
一种仿玻璃海绵支架，包括仿生组织工程支架(1)和筋肋(2)，所述的仿生组织工程支架(1)为由一组轴向的支架经线(5)和两组螺旋环绕的支架基线(4)构成的带有通孔(3)的圆筒壁，且两组支架基线(4)为双向环绕，即两组支架基线(4)分别是按照顺时针、逆时针进行环绕的；同时环绕方向相同的支架基线(4)环绕形成的螺旋之间留有距离，支架经线(5)和支架基线(4)相交对应的螺旋之间的距离形成通孔(3)；
所述的仿生组织工程支架(1)外壁上螺旋设有筋肋(2)；
仿生组织工程支架(1)和筋肋(2)共同构成的圆筒结构的周壁为整体的或者在周壁上开有一条开口；即从仿玻璃海绵支架的端面圆周的方向上，仿玻璃海绵支架的端面圆周为闭环或者设有开口；
所述仿生组织工程支架(1)和筋肋(2)是以形状记忆聚合物作为打印材料通过3D打印而成，所述的形状记忆聚合物为形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯中的一种或多种。
进一步地，所述作为打印材料中还含有药物。
进一步地，所述以形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯中的一种或多种作为打印材料时，在打印材料中加入增强材料，其增强材料包含淀粉、纤维素、甲壳素、木质素、透明质酸和海藻酸中的一种或多种。
进一步地，所述以形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯中的一种或多种作为打印材料时，在打印材料中加入四氧化三铁。
进一步地，所述的筋肋(2)为分段螺旋设置在仿生组织工程支架(1)外壁上，相邻螺旋段为螺旋方向相反，且相邻螺旋段的接头是连续相接的。
进一步地，所述的打印材料的玻璃化转变温度为36度至43度。
进一步地，所述的支架经线(5)和支架基线(4)为若干线束缠绕而成。
一种仿玻璃海绵支架的制备方法，包括以下步骤：
以形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯中的一种或多种作为打印材料，并在打印材料中添加增强材料和药物，对应的药物根据患处的实际情况需要进行添加；控制打印材料的玻璃化转变温度为36度至43度；
根据病患处的结构和状态，确定支架的形态、尺寸，并设计仿玻璃海绵支架模型：
所述仿玻璃海绵支架包括仿生组织工程支架(1)和筋肋(2)，所述的仿生组织工程支架(1)为轴向的支架经线(5)和螺旋环绕的支架基线(4)构成的带有通孔(3)的圆筒壁，且支架基线(4)为双向环绕，即支架基线(4)分别是按照顺时针、逆时针进行环绕的；同时环绕方向相同的支架基线(4)环绕形成的螺旋之间留有距离，支架经线(5)和支架基线(4)相交对应的螺旋之间的距离形成通孔(3)；所述的仿生组织工程支架(1)外壁上螺旋设有筋肋(2)；所述的筋肋(2)为分段螺旋设置在仿生组织工程支架(1)外壁上，相邻螺旋段为螺旋方向相反，且相邻螺旋段的接头是连续相接的；并将支架经线(5)和支架基线(4)设计为若干线束缠绕结构；
将支架模型输给3D打印机，在打印材料的玻璃化转变温度下，利用打印材料进行3D打印，从而打印出仿玻璃海绵支架。
进一步地，所述的增强材料包含淀粉、纤维素、甲壳素、木质素、透明质酸和海藻酸中的一种或多种。
进一步地，在制备打印材料时，在打印材料中加入四氧化三铁。
本发明的有益效果是：
本发明通过支架基线双向环绕和支架基线仿生玻璃海绵的结构能够承载很大的压力，适用于包括血管和喉管在内的多种病变区的支架制造，不仅仅能够实现从与血管相似的管腔内部实现狭窄治疗，解除梗阻；还能够适用于从与喉管相似的管腔外部进行支护，避免周边组织的挤压，解除梗阻。所以本发明的结构适用于各种器官或部位的支架，适用性几乎能够达到100％。
本发明采用了形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯中的一种或多种作为打印材料，这三种形状记忆聚合物还具备能够降解的特性和生物兼容性好的特性。所以可以利用这些形状记忆聚合物作为支架，能够实现免支架取出，也就是植入之后，这些形状记忆聚合物能够降解并代谢掉，不用再次手术取出支架，不仅仅使患者免受一次痛苦，而且能够大大节省了治疗费用。
同时本发明的形状记忆聚合物是通过3D打印技术成型的，由于其本身兼具形状记忆的特性，所以可以再打印时按照其植入后的状态对应的温度等条件进行打印，在支架植入体内后，通过提供相应的条件使支架变成正常工作的状态，所以本发明实际是一种基于4D打印的支架。也正是由于本发明能够在提供使形状记忆聚合物形变的条件下，在人体内根据病患处尺寸改变形状和尺寸，有着更好的适用性，同时也能够避免现有的支架存在的在手术植入时一定要调整好尺寸和姿态所耗费更长的手术时间的问题，即本发明能够将植入支架手术的时间缩短。
附图说明
图1为周壁是整体的仿玻璃海绵支架立体结构示意图；
图2为周壁是整体的仿玻璃海绵支架侧视图；
图3为周壁是整体的仿玻璃海绵支架径向截面示意图；
图4为周壁设有开口的仿玻璃海绵支架立体结构示意图；
图5为周壁设有开口的仿玻璃海绵支架侧视图；
图6为周壁设有开口的仿玻璃海绵支架径向截面示意图；
图7为周壁设有开口的仿玻璃海绵支架立体结构示意图；
图8为周壁设有开口的仿玻璃海绵支架侧视图；
图9为周壁设有开口的仿玻璃海绵支架径向截面示意图；
图10为支架经线或支架基线径向截面示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图9说明本实施方式，
一种仿玻璃海绵支架，包括仿生组织工程支架1和筋肋2，所述的仿生组织工程支架1为由一组轴向的支架经线5和两组螺旋环绕的支架基线4构成的带有通孔3的圆筒壁，且两组支架基线4为双向环绕(环绕过程中会出现交叉连接)，即两组支架基线4分别是按照顺时针、逆时针进行环绕的；同时环绕方向相同的支架基线4环绕形成的螺旋之间留有距离，支架经线5和支架基线4相交对应的螺旋之间的距离形成通孔3；通孔3可以使三角型、四边形、五边形、六边形、八边形等，实际上只是通过支架基线双向环绕和支架基线仿生玻璃海绵的结构，形成通孔，通孔为三角型如图1至图6所示，通孔为其他形状如图7至图9所示。
所述的仿生组织工程支架1外壁上螺旋设有筋肋2；
仿生组织工程支架1和筋肋2共同构成的圆筒结构的周壁为整体的或者在周壁上开有一条开口；即从仿玻璃海绵支架的端面圆周的方向上，仿玻璃海绵支架的端面圆周为闭环或者设有开口；周壁是整体的仿玻璃海绵支架如图1至图3所示，当本发明的端面圆周为闭环时代表本发明的支架圆筒壁是上没有开口的，可以作为从内部植入管腔内的病变区的支架，例如血管支架等。周壁设有开口的仿玻璃海绵支架如图4至图9所示，当本发明的径向端面圆周上设有开口时代表本发明的支架圆筒壁是设有开口的，可以作为从管腔外部的病变区的支架，例如喉管支架等。
所述仿生组织工程支架1和筋肋2是以形状记忆聚合物作为打印材料通过3D打印而成，所述的形状记忆聚合物为形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯中的一种或多种。
本发明的支架结构并不是一种简单的结构，也不是随便发现的结构，而是一种仿生结构，基于玻璃海绵仿生而来，玻璃海绵(Glass sponge)是一种化石，又称维纳斯花篮，形体大，骨骼全由硅质骨针组成，无海绵丝，生活在西太平洋冰冷的海水中。经过多年和大量的研究，才发现这种通过支架基线双向环绕和支架基线仿生玻璃海绵的结构能够承载很大的压力，所以本发明的能够适用于包括血管和喉管在内的多种病变区的支架制造，不仅仅能够实现从与血管相似的管腔内部实现狭窄治疗，解除梗阻；还能够适用于从与喉管相似的管腔外部进行支护，避免周边组织的挤压，解除梗阻。所以本发明的结构适用于各种器官或部位的支架，适用性几乎能够达到100％。
本发明摆脱了现有的合金支架强度会更高的惯性思维束缚，采用非金属材质的记忆聚合物作为支架材料。经过实际的对比发现，当支架采用合金做成丝状时并不具有整体抗外界压力的良好强度，仅仅是金属丝本身的强度更高，而且性质相对稳定。所以本发明为了解决这个问题采用了非金属材质的记忆聚合物作为支架材料，并通过仿玻璃海绵的结构加强承压能力。同时本发明采用了形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯中的一种或多种作为打印材料，这三种形状记忆聚合物还具备能够降解的特性和生物兼容性好的特性。所以可以利用这些形状记忆聚合物作为支架，能够实现免支架取出，也就是植入之后，这些形状记忆聚合物能够降解并代谢掉，不用再次手术取出支架，不仅仅使患者免受一次痛苦，而且能够大大节省了治疗费用。
同时本发明的形状记忆聚合物是通过3D打印技术成型的，由于其本身兼具形状记忆的特性，所以可以再打印时按照其植入后的状态对应的温度等条件进行打印，在支架植入体内后，通过提供相应的条件使支架变成正常工作的状态，所以本发明实际是一种基于4D打印的支架。也正是由于本发明能够在提供使形状记忆聚合物形变的条件下，在人体内根据病患处尺寸改变形状和尺寸，有着更好的适用性，同时也能够避免现有的支架存在的在手术植入时一定要调整好尺寸和姿态所耗费更长的手术时间的问题，即本发明能够将植入支架手术的时间缩短。
具体实施方式二：
本实施方式所述作为打印材料中还含有药物。
其他结构和材料与具体实施方式一相同。
形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯作为打印材料打印成支架并植入体内之后，由于这种打印材料具备在体内降解的特性，所以在打印材料中加入对患处部位进行治疗的药物，对应的药物根据患处的实际情况需要进行添加。然后随着支架在体内降解，支架中的药物得以释放，并促进该处内皮化与组织生长。也就是本发明的支架是能够载药植入的。
具体实施方式三：
本实施方式所述以形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯中的一种或多种作为打印材料时，在打印材料中加入增强材料，其增强材料包含淀粉、纤维素、甲壳素、木质素、透明质酸和海藻酸中的一种或多种。
其他结构和材料与具体实施方式一或二相同。
本发明的强度不仅仅与据仿玻璃海绵的结构有关，而且还与打印材料本身相关。增强材料不仅仅能够增加支架的强度，而且其还能够帮助形状记忆聚合物的对应的打印材料调整出合适的玻璃化转变温度，以便实现支架在人体内根据预设的温度实现改变形状和尺寸。
具体实施方式四：
本实施方式所述以形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯中的一种或多种作为打印材料时，在打印材料中加入四氧化三铁。
其他结构和材料与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：结合图1至图9说明本实施方式，
本实施方式所述的筋肋2为分段螺旋设置在仿生组织工程支架1外壁上，相邻螺旋段为螺旋方向相反，且相邻螺旋段的接头是连续相接的。即第一段筋肋螺旋设置在圆筒壁上，相邻段的筋肋与第一段筋肋的接头连续相接，但是螺旋方向与第一段筋肋螺旋方向相反，在相邻段的筋肋螺旋连续相接形成一个折回结构6。
其他结构和材料与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：
本实施方式所述打印材料的玻璃化转变温度为36度至43度。
其他结构和材料与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：
本实施方式所述的支架经线5和支架基线4为若干线束11缠绕而成，截面如图10所示。在3D打印过程中，打印时并不是直接打印成一体的，而是打印成若干根线束，且线束呈相互缠绕的姿态，形成支架经线5和支架基线4构成的带有通孔3的圆筒壁。
这样能够进一步接近减轻整体质量，更重要的是微观上增加了支架经线5和支架基线4的面积，不仅能够增加降解时的接触面积，而且增加了药物释放的面积。
其他结构和材料与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：
一种仿玻璃海绵支架的制备方法，包括以下步骤：
以形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯中的一种或多种作为打印材料，并在打印材料中添加增强材料和药物，对应的药物根据患处的实际情况需要进行添加；控制打印材料的玻璃化转变温度为39.5度至43度；
根据病患处的结构和状态，确定支架的形态、尺寸，并设计仿玻璃海绵支架模型：
所述仿玻璃海绵支架包括仿生组织工程支架1和筋肋2，所述的仿生组织工程支架1为轴向的支架经线5和螺旋环绕的支架基线4构成的带有通孔3的圆筒壁，且支架基线4为双向环绕，即支架基线4分别是按照顺时针、逆时针进行环绕的；同时环绕方向相同的支架基线4环绕形成的螺旋之间留有距离，支架经线5和支架基线4相交对应的螺旋之间的距离形成通孔3；所述的仿生组织工程支架1外壁上螺旋设有筋肋2；所述的筋肋2为分段螺旋设置在仿生组织工程支架1外壁上，相邻螺旋段为螺旋方向相反，且相邻螺旋段的接头是连续相接的；并将支架经线5和支架基线4设计为若干线束缠绕结构；
将支架模型输给3D打印机，在打印材料的玻璃化转变温度下，利用打印材料进行3D打印，从而打印出仿玻璃海绵支架。
具体实施方式九：
本实施方式所述的增强材料包含淀粉、纤维素、甲壳素、木质素、透明质酸和海藻酸中的一种或多种。
其他步骤与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：
本实施方式中，在制备打印材料时，在打印材料中加入四氧化三铁。
其他步骤与具体实施方式八或九相同。

Claims (10)

1.一种仿玻璃海绵支架，其特征在于，包括仿生组织工程支架(1)和筋肋(2)，所述的仿生组织工程支架(1)为由一组轴向的支架经线(5)和两组螺旋环绕的支架基线(4)构成的带有通孔(3)的圆筒壁，且两组支架基线(4)为双向环绕，即两组支架基线(4)分别是按照顺时针、逆时针进行环绕的；同时环绕方向相同的支架基线(4)环绕形成的螺旋之间留有距离，支架经线(5)和支架基线(4)相交对应的螺旋之间的距离形成通孔(3)；
所述的仿生组织工程支架(1)外壁上螺旋设有筋肋(2)；
仿生组织工程支架(1)和筋肋(2)共同构成的圆筒结构的周壁为整体的或者在周壁上开有一条开口；即从仿玻璃海绵支架的端面圆周的方向上，仿玻璃海绵支架的端面圆周为闭环或者设有开口；
所述仿生组织工程支架(1)和筋肋(2)是以形状记忆聚合物作为打印材料通过3D打印而成，所述的形状记忆聚合物为形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种仿玻璃海绵支架，其特征在于，所述作为打印材料中还含有药物。
3.根据权利要求2所述的一种仿玻璃海绵支架，其特征在于，所述以形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯中的一种或多种作为打印材料时，在打印材料中加入增强材料，增强材料包含淀粉、纤维素、甲壳素、木质素、透明质酸和海藻酸中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种仿玻璃海绵支架，其特征在于，所述以形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯中的一种或多种作为打印材料时，在打印材料中加入四氧化三铁。
5.根据权利要求1至4之一所述的一种仿玻璃海绵支架，其特征在于，所述的筋肋(2)为分段螺旋设置在仿生组织工程支架(1)外壁上，相邻螺旋段为螺旋方向相反，且相邻螺旋段的接头是连续相接的。
6.根据权利要求5所述的一种仿玻璃海绵支架，其特征在于，所述的打印材料的玻璃化转变温度为36度至43度。
7.根据权利要求6所述的一种仿玻璃海绵支架，其特征在于，所述的支架经线(5)和支架基线(4)为若干线束缠绕而成。
8.一种仿玻璃海绵支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以形状记忆聚己内酯、形状记忆聚乳酸、形状记忆聚氨酯中的一种或多种作为打印材料，并在打印材料中添加增强材料和药物，控制打印材料的玻璃化转变温度为36度至43度；
根据病患处的结构和状态，确定支架的形态、尺寸，并设计仿玻璃海绵支架模型：
所述仿玻璃海绵支架包括仿生组织工程支架(1)和筋肋(2)，所述的仿生组织工程支架(1)为轴向的支架经线(5)和螺旋环绕的支架基线(4)构成的带有通孔(3)的圆筒壁，且支架基线(4)为双向环绕，即支架基线(4)分别是按照顺时针、逆时针进行环绕的；同时环绕方向相同的支架基线(4)环绕形成的螺旋之间留有距离，支架经线(5)和支架基线(4)相交对应的螺旋之间的距离形成通孔(3)；所述的仿生组织工程支架(1)外壁上螺旋设有筋肋(2)；所述的筋肋(2)为分段螺旋设置在仿生组织工程支架(1)外壁上，相邻螺旋段为螺旋方向相反，且相邻螺旋段的接头是连续相接的；并将支架经线(5)和支架基线(4)设计为若干线束缠绕结构；
将支架模型输给3D打印机，在打印材料的玻璃化转变温度下，利用打印材料进行3D打印，从而打印出仿玻璃海绵支架。
9.根据权利要求8所述的一种仿玻璃海绵支架的制备方法，其特征在于，所述的增强材料包含淀粉、纤维素、甲壳素、木质素、透明质酸和海藻酸中的一种或多种。
10.根据权利要求8或9所述的一种仿玻璃海绵支架的制备方法，其特征在于，在制备打印材料时，在打印材料中加入四氧化三铁。
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