CN110496246B - 一种3d打印构建的骨修复材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印构建的骨修复材料、制备方法及其应用，所述骨修复材料由包含内层部分和外围部分的内芯结构、外层结构及抗菌喷涂层组成。本发明的3D打印骨修复材料，通过优化结构，实现了把可降解、具有诱导骨生长能力的材料与力学性能优异的工程塑料相结合，保证了骨修复材料的强度，其最外层喷涂含有微量元素的自制羟基磷灰石和银的混合粉末，促进骨愈合的同时，还赋予材料一定的抗菌性；另外，本发明骨修复材料的成型以双喷头3D打印的方式实现，即省略了传统加工工艺的繁杂过程，又提高了精度，实现个人性成型，更符合临床需求。

Description

一种3D打印构建的骨修复材料及制备方法
技术领域
本发明属于生物医用工程材料领域，具体涉及一种3D打印构建的骨修复材料及制备方法。
背景技术
骨移植是骨科手术中最常用的手术方法之一。全世界每年进行超过200万例骨移植手术，这是继输血后第二个最常见的组织移植。在所有临床可用的骨移植物中，自体骨因为组合了骨再生，骨诱导和骨生成等方面的特性而被认为是金标准。但其存在供应有限和供体部位并发症等担忧。同种异体骨移植物具有骨传导性，与使用自体移植物相比，其来源形式更广但愈合性较差，并且存在传播疾病及其他感染因子的可能性。为此，有关人工骨的研究引起了很多的关注。3D打印因其高效、高度个性化等优点，已经成为生物医疗领域的焦点。
3D打印构建的骨修复材料，除了满足生物相容性高、生物降解性适中、可实现精确打印等优点外，还应具有优良的力学性能。中国专利CN 107469153A公开了一种可降解复合骨修复材料，通过添加聚(已二酸-丁二酸)丁二醇共聚酯(PBSA)到聚乳酸及骨粉体系中，虽然其共混物的韧性提高了，但植入动物体内后，一旦复合材料降解的速率大于新骨长出的速率，所修复区域的骨材料易坍塌，进而造成骨缺损区域修复失败。中国专利CN109223248A公开了一种诱导骨组织再生的颅骨修复体及其制备方法，该颅骨修复体由内到外依次包括内诱导层、支撑层和外诱导层；该支撑层起到支撑作用，但该制备方法需要先通过选择性激光烧结3D打印技术打印支撑层，再借助于颅骨修复体的上下磨具，将所打印的支撑层结构包埋于生物活性材料中，其操作过程繁琐，且成型过程易存在尺寸误差，不利于实际临床需要。中国专利CN105031737A公开了一种3D打印的数字化人工骨及其制备万法，该人工骨由皮质骨、松质骨和骨髓腔构成，其中由左旋聚乳酸或聚醚醚酮打印成孔隙率为10％的皮质骨，而由左旋聚乳酸和羟基磷灰石混合打印成孔隙率为60％-80％的松质骨，但所述松质骨由左旋聚乳酸和羟基磷灰石按4:5的比例混合而成，众多周知，当无机粒子的含量过高，高分子材料界面受破坏，材料的稳定性很差，在打印的过程中易出现堵头甚至坍塌等现象，再加上聚醚醚酮皮质骨的打印温度很高，内部皮质骨高孔隙率结构易受外层高温的影响而无法成型。
因此，仍旧需要开发一种适用于3D打印构建的骨修复材料，其既能满足人工骨的临床需求，又能通过3D打印技术方便、快捷地打印出来，满足不同部位骨修复材料的个性化需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种可通过3D打印构建的可降解、具有骨诱导能力、一定力学强度和抗菌性的骨修复材料及制备方法。
为实现以上目的，本发明采用如下的技术方案：
一种3D打印构建的骨修复材料，其特征在于，所述骨修复材料由内芯结构、外层结构及抗菌喷涂层组成；
其中，所述内芯结构为可降解、具有骨诱导能力的材料层；
所述外层结构为网格状的聚醚醚酮材料层；
所述抗菌喷涂层为自制羟基磷灰石和银的混合粉末涂层。
在一个优选的实施方案中，所述内芯结构又包括内层部分和外围部分，所述内芯结构内层部分与内芯结构外围部分的体积比为4:1-1:1，所述内层部分的打印填充度为45％-55％，所述外围部分的打印填充度为100％。
在一个优选的实施方案中，所述内芯结构，由按照质量百分比的以下原料组成：聚乳酸55-75％，羟基磷灰石5-13％，余量为增韧剂；所述增韧剂选自聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、聚(已二酸-丁二酸)丁二醇共聚酯或聚乙烯醇中的任一种。
在一个优选的实施方案中，所述抗菌喷涂层为质量百分比为自制羟基磷灰石：银＝93％-96％:4％-7％的混合粉末涂层。
本发明的另一方面，前述一种3D打印构建的骨修复材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)蒸煮所购买的动物骨头，除掉骨头中的大部分脂肪并去掉其表面的肉及内部的骨髓等，清洗干净后用过氧化氢浸泡24-48小时，再用乙醇浸泡24-48小时；清洗干净后烘干，碎成小块后，通过真空马弗炉内烧结6-10小时，粉碎得到自制羟基磷灰石粉末；
2)将步骤1)制备的羟基磷灰石粉末与聚乳酸和增韧剂混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出后烘干，再通过3D打印耗材生产线加工得到打印内芯结构材料的线材；
3)将步骤2)制备的内芯结构材料的线材与聚醚醚酮3D打印线材通过双喷头3D打印机进行打印，制得所述骨修复材料半成品，再用制备的所述自制羟基磷灰石与银的混合粉末对其进行均匀喷涂，得到骨修复材料。
在一个优选的实施方案中，所述步骤1)中所述的动物骨头选自牛骨、羊骨、猪骨、鱼骨或鸡骨中的任一种或组合；
所述的过氧化氢浓度为30-35％，乙醇的浓度为75％；真空马弗炉的温度为800-1100℃；
所述的小块状骨头通过高速粉碎机粉碎成粉末，其转速为1000-2000转/分钟，研磨时间2-5小时，过800-1250目筛。
在一个优选的实施方案中，所述步骤2)中通过高速混合机进行共混，其转速为100-150/分钟，混合时间为5-10分钟；所述双螺杆挤出机混炼时，1-6段温度设置情况分别为：150-160℃、160-175℃、162-176℃、165-175℃、163-175℃和162-175℃，得到粒料，于60-65℃烘箱中充分干燥12-24h。
在一个优选的实施方案中，所述步骤2)中所述3D打印耗材生产线温度设置为：模头一区160-175℃、机筒一区162-176℃、机筒二区163-177℃、机筒三区160-175℃；一区水箱45-65℃、二区水箱25-30℃，主机转速为13.5-15.5rpm,牵引速度为4.6-5.4m/min，所得线材直径约为1.75mm或3mm，直径误差在±5％以内。
在一个优选的实施方案中，所述步骤3)中使用双喷头3D打印机进行打印时，热床温度设置为115-175℃，打印内芯材料的喷头相关参数设置为：打印温度185-195℃、打印速度35-60mm/s，打印层厚0.08-0.15mm，打印壳厚0.10-0.16mm，外围部分打印填充度为100％，内层部分打印填充度为45％-55％；打印外层材料的喷头相关参数设置为：打印温度335-370℃、打印速度30-55mm/s，打印层厚0.1-0.15mm，打印壳厚0.08-0.16mm，打印填充度为100％。
本发明的另一方面，前述一种3D打印构建的骨修复材料在医学骨修复领域中的应用。
本发明的技术方案具有以下技术特点：
(1)本发明制备的骨修复材料，用3D打印技术的成型方式，实现高度个性化及精确化，更满足实际临床需求。
(2)本发明采用特制双喷头打印机打印熔点相差较大的两种基体材料，通过优化结构设计，即外层结构的聚醚醚酮材料设计为网格结构，内芯材料中，靠近聚醚醚酮网格结构的部分(外围)采用100％打印填充度，如此，两种熔点相差大的材料同时进行打印的假想得以实现，同时内芯结构的内层部分具有一点的孔隙，有利于细胞的长入以及内芯结构的降解。
(3)本发明用到的羟基磷灰石是通过烧结法，从异种骨中提取，在保证所提取到的主要成分为羟基磷灰石的基础上，还保留了Na，Mg等微量元素，喷涂含有该自制羟基磷灰石、银的混合均匀粉末到骨修复材料表面，起到抗菌作用的同时，也提高了所制备骨修复材料中羟基磷灰石粉末的含量，这对促进骨整合有利。
(4)本发明制备的骨修复材料，在内芯结构的生物活性材料起到骨诱导作用、外层惰性材料还保证了机体所需的力学强度，喷涂层具有一定的抗菌效果，是一种很有发展前景的复合材料。
附图说明
图1为本发明制备得到的自制羟基磷灰石SEM图及EDS分析图。
图2为本发明制备的用于内芯结构打印的可降解、具有骨诱导能力的3D打印线材。
图3为本发明制备的用于内芯结构打印的可降解、具有骨诱导能力的3D打印线材的SEM图。
图4为本发明所述骨修复材料的结构设计示意图。
图5为本发明所述骨修复材料的截面简单示意图。
其中，1为内芯结构内层部分、2内芯结构外围部分、3外层结构、4抗菌涂层。
具体实施方式
下面结合更具体的实施方式对本发明做进一步展开说明，但需要指出的是，本发明的3D打印构建的骨修复材料及制备方法并不限于这种特定的形式或步骤。对于本领域技术人员显然可以理解的是，以下的说明内容即使不做任何调整或修正，也可以直接适用于在此未指明的其他类似复合材料的组分或制备方法。
如图4、5所示，本发明3D打印构建的骨修复材料，根据人体骨骼的形状构造要求，采用特定的材料通过3D打印制备而来，其中，所述的3D打印构建的骨修复材料，包括内芯结构、外层结构3及抗菌喷涂层4；其中，所述内芯结构又分为内心结构内层部分1和内心结构外围部分2。所述内芯结构内层部分与内芯结构外围部分的体积比为4:1-1:1。本领域技术人员可以理解的是，内芯结构、外层结构和抗菌喷涂层的厚度可以通过3D打印工艺控制轻松实现，内芯结构的大小往往也取决于临床需求，例如不同部位的人工骨的结构和尺寸略有不同，采用本发明的3D打印工艺均可以轻松满足个性化需求。例如，在整个3D打印构建的骨修复材料(体)中，所述内芯结构厚度为5mm-140mm，所述外层结构厚度为1.5mm-10mm，所述抗菌喷涂层厚度为0.1mm-2mm。优选的，所述内芯结构内层部分1的打印填充度为30％-60％，所述内芯结构外围部分2的打印填充度为100％；所述内芯结构主要为可降解、具有骨诱导能力的材料，包括但不限于聚乳酸、羟基磷灰石及具有生物相容性的增韧剂等。优选地，所述内芯结构，由按照质量百分比的以下原料组成：聚乳酸55-75％，羟基磷灰石5-13％，余量为增韧剂；所述增韧剂选自聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、聚(已二酸-丁二酸)丁二醇共聚酯或聚乙烯醇中的任一种。
所述的外层结构主要为网格状的聚醚醚酮材料，在保证所需力学性能的结构基础上，相比致密结构，网格状的聚醚醚酮材料在打印的过程中，更易散热，有利于整体的成型。
所述抗菌喷涂层主要是自制羟基磷灰石和银的混合粉末，所述抗菌喷涂层所用的自制羟基磷灰石与银，其质量百分比为93％-96％:4％-7％。
所述的3D打印构建的骨修复材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将购买的动物骨头放到蒸馏水中煮3-5小时，除掉骨头中的大部分脂肪并去掉其表面的肉及内部的骨髓等，清洗干净后用30-35％的过氧化氢浸泡24-48小时，再用75％的乙醇浸泡24-48小时；清洗干净，放到60-70℃烘箱内烘干12-24小时。优选地，所述的动物骨头为牛骨、羊骨、猪骨、鱼骨、鸡骨等，其中最优选的是猪骨。
2)将步骤1)中烘干好的动物骨头碎成小块，装于陶瓷制坩埚内，置于800-1100℃真空马弗炉内烧结6-10小时；
3)将步骤2)得到的块状骨头置于高速粉碎机中，其转速保持在1000-2000转/分钟，研磨时间2-5小时；过800-1250目筛，所得到的粉末为羟基磷灰石。
4)将制备得到的羟基磷灰石与聚乳酸、具有生物相容性的增韧剂等，通过高速混合机进行共混5-10分钟，得到较均匀的混合样。其中，所述聚乳酸平均分子量大于8万；所用原料按照如下质量百分比进行混合：聚乳酸50-80％，羟基磷灰石5-20％，余量为增韧剂，作为优选，所用原料质量百分比为：聚乳酸55-75％，羟基磷灰石5-13％，余量为增韧剂；所述具有生物相容性的增韧剂包括聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、聚(已二酸-丁二酸)丁二醇共聚酯、聚己内酯、聚乙烯醇等，其中最优选的是聚己内酯，其分子量为大于1.3万。
5)将步骤4)的混合样通过双螺杆挤出机，实现混炼、切粒过程，得到混合物粒料，于60-65℃烘箱中充分干燥12-24小时；其中，所述双螺杆挤出机混炼时，1-6段温度设置情况分别为：150-160℃、160-175℃、162-176℃、165-175℃、163-175℃和162-175℃，得到粒料，于60-65℃烘箱中充分干燥12-24h，备用。
6)将步骤5)得到的混合物粒料通过3D打印耗材生产线高温混合、牵引、冷却、收卷线材等过程，实现可降解、具有骨诱导能力的3D打印线材的制备工作；其中，所述3D打印耗材生产线温度设置为：模头一区160-175℃、机筒一区162-176℃、机筒二区163-177℃、机筒三区160-175℃；一区水箱45-65℃、二区水箱25-30℃，主机转速为13.5-15.5rpm,牵引速度为4.6-5.4m/min，所得线材直径约为1.75mm或3mm，直径误差在±5％以内。
7)将步骤6)的3D打印线材与聚醚醚酮3D打印线材通过双喷头3D打印机进行打印，制得所述骨修复材料半成品；其中，使用双喷头3D打印机进行打印时，热床温度设置为115-175℃,打印内芯材料的喷头相关参数设置为：打印温度185-195℃、打印速度35-60mm/s，打印层厚0.08-0.15mm,打印壳厚0.10-0.16mm,外围部分打印填充度为100％，内层部分打印填充度为45％-55％；打印外层材料的喷头相关参数设置为：打印温度335-370℃、打印速度30-55mm/s，打印层厚0.1-0.15mm,打印壳厚0.08-0.16mm,打印填充度为100％。
8)将所制备的羟基磷灰石与银混合均匀，喷涂到步骤(7)所得的骨修复材料半成品，得到最终的骨修复材料，其中，按质量百分比进行混合，所用的羟基磷灰石含量为93％-96％，银的含量为4％-7％。
图1示出了本发明制备的资质羟基磷灰石SEM图及EDS分析图显示，本发明从动物骨头中提取，通过烧结法，制备得到羟基磷灰石，并且在保证所提取到的主要成分为羟基磷灰石的基础上，还保留了Na，Mg等微量元素，说明该内芯结构的生物活性材料能起到骨诱导作用。
实施例1
(1)将购买的牛骨头放到蒸馏水中煮4小时，除掉骨头中的大部分脂肪并去掉其表面的肉及内部的骨髓等，清洗干净后分别用30％的过氧化氢及75％的乙醇各浸泡24小时，在60℃烘箱内烘干12h后，将该骨头碎成小块，然后投到陶瓷制坩埚内，置于800℃真空马弗炉内烧结6小时；再将块状骨头置于高速粉碎机中，其转速保持在1000转/分钟，研磨时间4小时，得到过800目筛的自制羟基磷灰石；
(2)将上述制备得到的羟基磷灰石与聚乳酸、增韧剂等按照羟基磷灰石5％、聚乳酸80％、增韧剂15％的质量百分比组成进行混料，再通过双螺杆挤出机，实现混炼、切粒过程，这里，双螺杆挤出机混炼时，1-6段温度设置情况分别为：167℃、170℃、172℃、173℃、168℃和165℃，将得到混合物粒料，于65℃烘箱中充分干燥12小时；
(3)将上述得到的混合物粒料投入3D打印耗材生产线的喂料机，通过高温混合、牵引、冷却、收卷线材等过程，这里，3D打印耗材生产线温度设置为：模头一区171℃、机筒一区175℃、机筒二区175℃、机筒三区168℃；主机转速为14rpm,牵引速度为5.0m/min，所得线材直径约为1.75mm或3mm，直径误差在±5％以内，如图2、3所示。
(4)将上述得到的可降解、具有骨诱导能力的3D打印线材与购入的聚醚醚酮线材通过双喷头3D打印机进行打印，打印外层材料，得到半成品，其中，内芯结构中，内芯结构内层部分与内芯结构外围部分的体积比为1:1，外围部分打印填充度为100％，内层部分打印填充度为30％。
(5)将所制备的羟基磷灰石与银按96％：4％的比例混合均匀，喷涂到上述的骨修复材料半成品，得到最终的骨修复材料。
实施例2
(1)将购买的猪骨头放到蒸馏水中煮4小时，除掉骨头中的大部分脂肪并去掉其表面的肉及内部的骨髓等，清洗干净后分别用30％的过氧化氢及75％的乙醇各浸泡24小时，在60℃烘箱内烘干12h后，将该骨头碎的小块，然后投到陶瓷制坩埚内，置于800℃真空马弗炉内烧结10小时；再将块状骨头置于高速粉碎机中，其转速保持在1500转/分钟，研磨时间3小时，得到过800目筛的自制羟基磷灰石；
(2)将上述制备得到的羟基磷灰石与聚乳酸、增韧剂等按照羟基磷灰石10％、聚乳酸70％、增韧剂20％的质量百分比组成进行混料，再通过双螺杆挤出机，实现混炼、切粒过程，这里，双螺杆挤出机混炼时，1-6段温度设置情况分别为：161℃、163℃、165℃、165℃、164℃和162℃，将得到混合物粒料，于65℃烘箱中充分干燥12小时；
(3)将上述得到的混合物粒料投入3D打印耗材生产线的喂料机，通过高温混合、牵引、冷却、收卷线材等过程；这里，3D打印耗材生产线温度设置为：模头一区165℃、机筒一区166℃、机筒二区167℃、机筒三区165℃；主机转速为13.5rpm,牵引速度为4.8m/min，所得线材直径约为1.75mm或3mm，直径误差在±5％以内。
(4)将上述得到的可降解、具有骨诱导能力的3D打印线材与购入的聚醚醚酮线材，通过双喷头3D打印机进行打印，得到半成品，其中，内芯结构中，内芯结构内层部分与内芯结构外围部分的体积比为2:1，外围部分打印填充度为100％，内层部分打印填充度为45％。
(5)将所制备的羟基磷灰石与银按93％：7％的比例混合均匀，喷涂到上述的骨修复材料半成品，得到最终的骨修复材料。
实施例3
(1)将购买的猪骨头放到蒸馏水中煮4小时，除掉骨头中的大部分脂肪并去掉其表面的肉及内部的骨髓等，清洗干净后分别用30％的过氧化氢及75％的乙醇各浸泡24小时，在60℃烘箱内烘干12h后，将该骨头碎成小块，然后投到陶瓷制坩埚内，置于1000℃真空马弗炉内烧结6小时；再将块状骨头置于高速粉碎机中，其转速保持在2000转/分钟，研磨时间3小时，得到过1000目筛的自制羟基磷灰石；
(2)将上述制备得到的羟基磷灰石与聚乳酸、增韧剂等按照羟基磷灰石10％、聚乳酸65％、增韧剂25％的质量百分比组成进行混料，再通过双螺杆挤出机，实现混炼、切粒过程，这里，双螺杆挤出机混炼时，1-6段温度设置情况分别为：160℃、162℃、163℃、165℃、163℃和162℃，将得到混合物粒料，于65℃烘箱中充分干燥12小时；
(3)将上述得到的混合物粒料投入3D打印耗材生产线的喂料机，通过高温混合、牵引、冷却、收卷线材等过程，；这里，3D打印耗材生产线温度设置为：模头一区163℃、机筒一区164℃、机筒二区165℃、机筒三区163℃；主机转速为14.5rpm,牵引速度为4.6m/min，所得线材直径约为1.75mm或3mm，直径误差在±5％以内。
(4)将上述得到的可降解、具有骨诱导能力的3D打印线材与购入的聚醚醚酮线材通过双喷头3D打印机进行打印，得到半成品，其中，内芯结构中，内芯结构内层部分与内芯结构外围部分的体积比为3:1，外围部分打印填充度为100％，内层部分打印填充度为50％。
(5)将所制备的羟基磷灰石与银按94％：6％的比例混合均匀，喷涂到上述的骨修复材料半成品，得到最终的骨修复材料。
实施例4
(1)将购买的羊骨头放到蒸馏水中煮4小时，除掉骨头中的大部分脂肪并去掉其表面的肉及内部的骨髓等，清洗干净后分别用30％的过氧化氢及75％的乙醇各浸泡24小时，在60℃烘箱内烘干12h后，将该骨头碎成小块，然后投到陶瓷制坩埚内，置于1000℃真空马弗炉内烧结10小时；再将块状骨头置于高速粉碎机中，其转速保持在2000转/分钟，研磨时间3小时，得到过1000目筛的自制羟基磷灰石；
(2)将上述制备得到的羟基磷灰石与聚乳酸、增韧剂等按照羟基磷灰石10％、聚乳酸55％、增韧剂30％的质量百分比组成进行混料，再通过双螺杆挤出机，实现混炼、切粒过程，这里，双螺杆挤出机混炼时，1-6段温度设置情况分别为：160℃、160℃、162℃、163℃、161℃和162℃，将得到混合物粒料，于65℃烘箱中充分干燥12小时；
(3)将上述得到的混合物粒料投入3D打印耗材生产线的喂料机，通过高温混合、牵引、冷却、收卷线材等过程，这里，3D打印耗材生产线温度设置为：模头一区172℃、机筒一区173℃、机筒二区173℃、机筒三区172℃；主机转速为13.5rpm,牵引速度为5.0m/min，所得线材直径约为1.75mm或3mm，直径误差在±5％以内。
(4)将上述得到的可降解、具有骨诱导能力的3D打印线材与购入的聚醚醚酮线材通过双喷头3D打印机进行打印，得到半成品，其中，内芯结构中，内芯结构内层部分与内芯结构外围部分的体积比为4:1，外围部分打印填充度为100％，内层部分打印填充度为55％。
(5)将所制备的羟基磷灰石与银按95％：5％的比例混合均匀，喷涂到上述的骨修复材料半成品，得到最终的骨修复材料。
实施例5
(1)将购买的猪骨头和羊骨头放到蒸馏水中煮6小时，除掉骨头中的大部分脂肪并去掉其表面的肉及内部的骨髓等，清洗干净后分别用35％的过氧化氢及75％的乙醇各浸泡24小时，在60℃烘箱内烘干12h后，将该骨头碎成小块，然后投到陶瓷制坩埚内，置于1100℃真空马弗炉内烧结8小时；再将块状骨头置于高速粉碎机中，其转速保持在2000转/分钟，研磨时间3小时，得到过1000目筛的自制羟基磷灰石；
(2)将上述制备得到的羟基磷灰石与聚乳酸、增韧剂等按照羟基磷灰石10％、聚乳酸55％、增韧剂30％的质量百分比组成进行混料，再通过双螺杆挤出机，实现混炼、切粒过程，这里，双螺杆挤出机混炼时，1-6段温度设置情况分别为：160℃、160℃、162℃、163℃、161℃和162℃，将得到混合物粒料，于65℃烘箱中充分干燥12小时；
(3)将上述得到的混合物粒料投入3D打印耗材生产线的喂料机，通过高温混合、牵引、冷却、收卷线材等过程，这里，3D打印耗材生产线温度设置为：模头一区172℃、机筒一区173℃、机筒二区173℃、机筒三区172℃；主机转速为13.5rpm,牵引速度为5.0m/min，所得线材直径约为1.75mm或3mm，直径误差在±5％以内。
(4)将上述得到的可降解、具有骨诱导能力的3D打印线材与购入的聚醚醚酮线材通过双喷头3D打印机进行打印，得到半成品，其中，内芯结构中，内芯结构内层部分与内芯结构外围部分的体积比为4:1，外围部分打印填充度为100％，内层部分打印填充度为60％。
(5)将所制备的羟基磷灰石与银按94.5％：5.5％的比例混合均匀，喷涂到上述的骨修复材料半成品，得到最终的骨修复材料。
对比例1
本对比例在设计骨修复材料的模型时，外层结构为致密结构，内芯结构的外围及内层结构均采用20％的填充度，其他工艺条件及步骤与实施例1相同。本对比例打印的过程中，内芯结构材料的打印效果差，尤其靠近外层结构的部分，机头挤出的材料在碰到更高的温度，不但没有冷却，还呈现成粘度更低的流体状，最后导致整体的内芯材料与外层材料之间出现很大的“空缺”，内芯材料很容易从材料整体中抽离，造成最后骨修复材料成形的失败，而在实施例1-5中都不存在相关情况。
对比例2
本对比例除了采用聚乳酸或聚乳酸-羟基乙酸共聚物等作为骨修复材料的外层结构材料外，其他工艺条件及步骤与实施例1相同。本对比例制备的骨修复材料，经过90天之后便出现较大程度的降解，其力学强度变弱，骨材料不再保持原本形状，造成修复部位材料的坍塌，这些情况在实施例1-5中都不存在。
性能评测：
实施例1～实例5中以及对比例1、2测试评价结果，如表1所示。
表1 具体测试评价结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
由表1的测试结果可知，本发明的3D打印构建的骨修复材料与对比例相比，内芯结构与外层结构成型情况接触良好，在模拟体液中浸泡90天后，材料降解及力学强度方面，内芯结构部分降解或少量降解，外层结构力学性能保持完好，说明本发明制备的骨修复材料中内芯结构的生物活性材料能起到骨诱导作用、外层惰性材料保证了机体所需的力学强度，可应用于医学骨修复领域，满足人工骨的临床需求以及个性化需求。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种3D打印构建的骨修复材料，其特征在于，所述骨修复材料由内芯结构、外层结构及抗菌喷涂层组成；
其中，所述内芯结构为可降解、具有骨诱导能力的材料层，所述内芯结构又包括内层部分和外围部分，所述内芯结构内层部分与内芯结构外围部分的体积比为4:1-1:1，所述内层部分的打印填充度为45％-55％，所述外围部分的打印填充度为100％；
所述外层结构为网格状的聚醚醚酮材料层；
所述抗菌喷涂层为自制羟基磷灰石和银的混合粉末涂层。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印构建的骨修复材料，其特征在于：所述内芯结构，由按照质量百分比的以下原料组成：聚乳酸55-75％，羟基磷灰石5-13％，余量为增韧剂；所述增韧剂选自聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、聚(已二酸-丁二酸)丁二醇共聚酯或聚乙烯醇中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印构建的骨修复材料，其特征在于：所述抗菌喷涂层为质量百分比为自制羟基磷灰石：银＝93％-96％:4％-7％的混合粉末涂层。
4.权利要求1-3任一项所述的一种3D打印构建的骨修复材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)蒸煮所购买的动物骨头，除掉骨头中的大部分脂肪并去掉其表面的肉及内部的骨髓等，清洗干净后用过氧化氢浸泡24-48小时，再用乙醇浸泡24-48小时；清洗干净后烘干，碎成小块后，通过真空马弗炉内烧结6-10小时，粉碎得到自制羟基磷灰石粉末；
2)将步骤1)制备的羟基磷灰石粉末与聚乳酸和增韧剂混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出后烘干，再通过3D打印耗材生产线加工得到打印内芯结构材料的线材；
3)将步骤2)制备的内芯结构材料的线材与聚醚醚酮3D打印线材通过双喷头3D打印机进行打印，制得所述骨修复材料半成品，再用制备的所述自制羟基磷灰石与银的混合粉末对其进行均匀喷涂，得到骨修复材料。
5.根据权利要求4所述的一种3D打印构建的骨修复材料的制备方法，其特征在于步骤1)中所述的动物骨头选自牛骨、羊骨、猪骨、鱼骨或鸡骨中的任一种或组合；
所述的过氧化氢浓度为30-35％，乙醇的浓度为75％；真空马弗炉的温度为800-1100℃；
所述的小块状骨头通过高速粉碎机粉碎成粉末，其转速为1000-2000转/分钟，研磨时间2-5小时，过800-1250目筛。
6.根据权利要求4所述的一种3D打印构建的骨修复材料的制备方法，其特征在于步骤2)中通过高速混合机进行共混，其转速为100-150/分钟，混合时间为5-10分钟；所述双螺杆挤出机混炼时，1-6段温度设置情况分别为：150-160℃、160-175℃、162-176℃、165-175℃、163-175℃和162-175℃，得到粒料，于60-65℃烘箱中充分干燥12-24h。
7.根据权利要求4所述的一种3D打印构建的骨修复材料的制备方法，其特征在于步骤2)中所述3D打印耗材生产线温度设置为：模头一区160-175℃、机筒一区162-176℃、机筒二区163-177℃、机筒三区160-175℃；一区水箱45-65℃、二区水箱25-30℃，主机转速为13.5-15.5rpm,牵引速度为4.6-5.4m/min，所得线材直径为1.75mm或3mm，直径误差在±5％以内。
8.根据权利要求4所述的一种3D打印构建的骨修复材料的制备方法，其特征在于步骤3)中使用双喷头3D打印机进行打印时，热床温度设置为115-175℃，打印内芯材料的喷头相关参数设置为：打印温度185-195℃、打印速度35-60mm/s，打印层厚0.08-0.15mm，打印壳厚0.10-0.16mm，外围部分打印填充度为100％，内层部分打印填充度为45％-55％；打印外层材料的喷头相关参数设置为：打印温度335-370℃、打印速度30-55mm/s，打印层厚0.1-0.15mm，打印壳厚0.08-0.16mm，打印填充度为100％。
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