CN109731142A - 组织工程盂唇支架的3d打印制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组织工程盂唇支架的3D打印制备方法，包括如下步骤：步骤S1：构建盂唇三维模型，载入到3D生物打印机应用软件中进行处理，对盂唇三维模型进行分层切片，获得多层切片的CAD数据模型；步骤S2：在3D生物打印机的料筒中加入以鱼鳞胶原蛋白为原料的可降解盂唇支架材料，依据CAD数据模型，打印得到可负载细胞的盂唇三维支架。本发明中的组织工程盂唇支架的3D打印制备方法，以鱼鳞胶原蛋白为原料打印出的盂唇支架具有良好的生物可降解性能，同时，对鱼鳞进行加工和提取，获得鱼鳞胶原蛋白溶液，是一种具有生物活性的天然材料，具有良好的促进软骨细胞生长的特性。
Description
技术领域
本发明涉及组织工程支架技术领域，尤其涉及一种组织工程盂唇支架的3D打印制备方法。
背景技术
盂唇由纤维软骨组成，具有吸收震荡、传递负荷、润滑和增加关节接触面积以及维持关节稳定等重要功能。盂唇严重损伤或切除后，盂唇对关节软骨的保护作用丧失、关节软骨退变加速，导致关节不稳和载荷传递紊乱，以至骨性关节炎的发生。随着对盂唇结构和功能认识的深入，在盂唇损伤的治疗中应尽量保留和修复盂唇已成为共识，然而，并非所有损伤的盂唇均可得到修复。对于盂唇完全破坏、无法修复或已被切除者，盂唇的移植或再造修复成为人们最为关注的问题。
组织工程以新型支架材料为基础为盂唇提供了潜在的治疗策略。利用3D打印技术可以制备盂唇支架，但是，现有的3D打印盂唇支架，其不具备生物降解性。
发明内容
为解决现有技术中，3D打印盂唇支架存在的不具备生物降解性的技术问题，本发明的技术方案如下：
本发明中的组织工程盂唇支架的3D打印制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：构建盂唇三维模型，载入到3D生物打印机应用软件中进行处理，对盂唇三维模型进行分层切片，获得多层切片的CAD数据模型；
步骤S2：在3D生物打印机的料筒中加入以鱼鳞胶原蛋白为原料的可降解盂唇支架材料，依据CAD数据模型，打印得到可负载细胞的盂唇三维支架。
在一种优选的实施方式中，步骤S1中构建盂唇三维模型是根据核磁共振的医学影像数据进行三维重建得到的，具体为:
S11：对健康人的完好髋关节进行核磁共振，获得影像数据，形成DICOM文件；
S12：识别步骤S11中的DICOM文件，提取不同的数据模板，并进行修饰，使得模板更清晰、完整；
S13：将步骤S12所得模板输入3D生物打印机的图形处理软件中，通过图像分割、编辑、三维计算处理，形成与患者受损的盂唇相对应的盂唇三维模型；
S14：将步骤S13建立的盂唇三维模型进行镜像操作，得到适用于患者的受损盂唇的三维模型。
在一种优选的实施方式中，步骤S2具体为：
步骤S21：利用鱼鳞制备鱼鳞胶原蛋白；其中鱼鳞优选为草鱼鱼鳞。
步骤S22：将步骤S21制备所得鱼鳞胶原蛋白加入3D生物打印机的料筒中，依据CAD数据模型，打印得到可负载细胞的盂唇三维支架。
在一种优选的实施方式中，步骤S21具体为：
步骤S211：将粉碎后的鱼鳞放入到氯化钠溶液中，于10～20℃条件下浸泡2～5小时，然后将浸泡后的鱼鳞取出并用水清洗干净，得到处理后的鱼鳞A；
步骤S212：将步骤S211中处理后的鱼鳞A放入到乙二胺四乙酸溶液中，于10～20℃条件下浸泡3～6小时，然后将浸泡后的鱼鳞取出并用水清洗干净，得到处理后的鱼鳞B；
步骤S213：将步骤S212中处理后的鱼鳞B浸泡于柠檬酸溶液中，并加入蛋白酶进行提取，得到混合溶液C；
步骤S214：将步骤S213中得到的混合溶液C的pH值调整为11～12，然后放置6～8小时，再用透析袋进行透析，得到鱼鳞胶原蛋白溶液；
步骤S215：向步骤S214中得到的鱼鳞胶原蛋白溶液中加入海藻酸钠溶液，混合均匀后进行冷冻干燥，得到鱼鳞胶原蛋白。
在一种优选的实施方式中，步骤S22具体为：将步骤S21制备所得鱼鳞胶原蛋白加入3D生物打印机的料筒中，加热到120～180℃，然后将3D生物打印机的X，Y，Z三轴调整到打印成型合适的位置；启动打印程序，支架打印头在具有层片信息的CAD数据模型直接驱动下，将材料挤出在载有灭菌玻璃底板的打印平台上，不同的层面之间再层层交错叠加粘结，形成盂唇形状的三维结构体，得到可负载细胞的盂唇三维支架。
在一种优选的实施方式中，打印头直径为150um～250um，挤出速度为0.02～0.025mm/s，打印速度为3-8mm/s，层厚0.02～0.08mm。
本发明中的组织工程盂唇支架的3D打印制备方法，与现有技术相比，其有益效果为：
本发明中的组织工程盂唇支架的3D打印制备方法，以鱼鳞胶原蛋白为原料打印出的盂唇支架具有良好的生物可降解性能，同时，对鱼鳞进行加工和提取，获得鱼鳞胶原蛋白溶液，是一种具有生物活性的天然材料，具有良好的促进软骨细胞生长的特性。
本发明利用3D打印技术，能很好的模仿人体盂唇的三维形态、结构，满足盂唇对力学性能的要求。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中的组织工程盂唇支架的3D打印制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：构建盂唇三维模型，载入到3D生物打印机应用软件中进行处理，对盂唇三维模型进行分层切片，获得多层切片的CAD数据模型；具体为：
S11：对健康人的完好髋关节进行核磁共振，获得影像数据，形成DICOM文件；
S12：识别步骤S11中的DICOM文件，提取不同的数据模板，并进行修饰，使得模板更清晰、完整；
S13：将步骤S12所得模板输入3D生物打印机的图形处理软件中，通过图像分割、编辑、三维计算处理，形成与患者受损的盂唇相对应的盂唇三维模型；
S14：将步骤S13建立的盂唇三维模型进行镜像操作，得到适用于患者的受损盂唇的三维模型。
步骤S2：在3D生物打印机的料筒中加入以鱼鳞胶原蛋白为原料的可降解盂唇支架材料，依据CAD数据模型，打印得到可负载细胞的盂唇三维支架；具体为：
步骤S21：利用鱼鳞制备鱼鳞胶原蛋白；其中鱼鳞优选的为草鱼鱼鳞。
步骤S211：将粉碎后的鱼鳞放入到氯化钠溶液中，于10～20℃条件下浸泡2～5小时，然后将浸泡后的鱼鳞取出并用水清洗干净，得到处理后的鱼鳞A；
步骤S212：将步骤S211中处理后的鱼鳞A放入到乙二胺四乙酸溶液中，于10～20℃条件下浸泡3～6小时，然后将浸泡后的鱼鳞取出并用水清洗干净，得到处理后的鱼鳞B；
步骤S213：将步骤S212中处理后的鱼鳞B浸泡于柠檬酸溶液中，并加入蛋白酶进行提取，得到混合溶液C；
步骤S214：将步骤S213中得到的混合溶液C的pH值调整为11～12，然后放置6～8小时，再用透析袋进行透析，得到鱼鳞胶原蛋白溶液；
步骤S215：向步骤S214中得到的鱼鳞胶原蛋白溶液中加入海藻酸钠溶液，混合均匀后进行冷冻干燥，得到鱼鳞胶原蛋白。
步骤S22：将步骤S21制备所得鱼鳞胶原蛋白加入3D生物打印机的料筒中，依据CAD数据模型，打印得到可负载细胞的盂唇三维支架：
将步骤S21制备所得鱼鳞胶原蛋白加入3D生物打印机的料筒中，加热到120～180℃，然后将3D生物打印机的X，Y，Z三轴调整到打印成型合适的位置；启动打印程序，支架打印头在具有层片信息的CAD数据模型直接驱动下，将材料挤出在载有灭菌玻璃底板的打印平台上，不同的层面之间再层层交错叠加粘结，形成盂唇形状的三维结构体，得到可负载细胞的盂唇三维支架。其中打印头直径为150um～250um，挤出速度为0.02～0.025mm/s，打印速度为3-8mm/s，层厚0.02～0.08mm。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.组织工程盂唇支架的3D打印制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：构建盂唇三维模型，载入到3D生物打印机应用软件中进行处理，对盂唇三维模型进行分层切片，获得多层切片的CAD数据模型；
步骤S2：在3D生物打印机的料筒中加入以鱼鳞胶原蛋白为原料的可降解盂唇支架材料，依据CAD数据模型，打印得到可负载细胞的盂唇三维支架。
2.根据权利要求1所述的组织工程盂唇支架的3D打印制备方法，其特征在于，步骤S1中构建盂唇三维模型是根据核磁共振的医学影像数据进行三维重建得到的，具体为:
S11：对健康人的完好髋关节进行核磁共振，获得影像数据，形成DICOM文件；
S12：识别步骤S11中的DICOM文件，提取不同的数据模板，并进行修饰，使得模板更清晰、完整；
S13：将步骤S12所得模板输入3D生物打印机的图形处理软件中，通过图像分割、编辑、三维计算处理，形成与患者受损的盂唇相对应的盂唇三维模型；
S14：将步骤S13建立的盂唇三维模型进行镜像操作，得到适用于患者的受损盂唇的三维模型。
3.根据权利要求1所述的组织工程盂唇支架的3D打印制备方法，其特征在于，步骤S2具体为：
步骤S21：利用鱼鳞制备鱼鳞胶原蛋白；
步骤S22：将步骤S21制备所得鱼鳞胶原蛋白加入3D生物打印机的料筒中，依据CAD数据模型，打印得到可负载细胞的盂唇三维支架。
4.根据权利要求3所述的组织工程盂唇支架的3D打印制备方法，其特征在于，步骤S21具体为：
步骤S211：将粉碎后的鱼鳞放入到氯化钠溶液中，于10～20℃条件下浸泡2～5小时，然后将浸泡后的鱼鳞取出并用水清洗干净，得到处理后的鱼鳞A；
步骤S212：将步骤S211中处理后的鱼鳞A放入到乙二胺四乙酸溶液中，于10～20℃条件下浸泡3～6小时，然后将浸泡后的鱼鳞取出并用水清洗干净，得到处理后的鱼鳞B；
步骤S213：将步骤S212中处理后的鱼鳞B浸泡于柠檬酸溶液中，并加入蛋白酶进行提取，得到混合溶液C；
步骤S214：将步骤S213中得到的混合溶液C的pH值调整为11～12，然后放置6～8小时，再用透析袋进行透析，得到鱼鳞胶原蛋白溶液；
步骤S215：向步骤S214中得到的鱼鳞胶原蛋白溶液中加入海藻酸钠溶液，混合均匀后进行冷冻干燥，得到鱼鳞胶原蛋白。
5.根据权利要求3所述的组织工程盂唇支架的3D打印制备方法，其特征在于，步骤S22具体为：将步骤S21制备所得鱼鳞胶原蛋白加入3D生物打印机的料筒中，加热到120～180℃，然后将3D生物打印机的X，Y，Z三轴调整到打印成型合适的位置；启动打印程序，支架打印头在具有层片信息的CAD数据模型直接驱动下，将材料挤出在载有灭菌玻璃底板的打印平台上，不同的层面之间再层层交错叠加粘结，形成盂唇形状的三维结构体，得到可负载细胞的盂唇三维支架。
6.根据权利要求5所述的组织工程盂唇支架的3D打印制备方法，其特征在于，打印头直径为150um～250um，挤出速度为0.02～0.025mm/s，打印速度为3-8mm/s，层厚0.02～0.08mm。
7.根据权利要求3所述的组织工程盂唇支架的3D打印制备方法，其特征在于，步骤S21中所使用的鱼鳞为草鱼鱼鳞。
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