CN1318000C - 基于快速成型和立体编织的人工骨仿生制造工艺 - Google Patents

基于快速成型和立体编织的人工骨仿生制造工艺 Download PDF

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Abstract

基于快速成型和立体编织的人工骨仿生制造工艺，即人工骨微观结构和人工骨宏观结构的集成制造工艺，应用立体编织涂挂法构造人工骨的微观通道结构，保证了人工骨内部通道的导通性，并应用快速成型实现人工骨整体形态与患者骨骼形态的适配。本发明可以对制造的人工骨微通道结构进行预设计和控制，具有工艺可靠、导通率高、集成化和不受骨修复基质材料限制并能对基质材料予以增强、可以预先复合生长因子的特点。

Description

基于快速成型和立体编织的人工骨仿生制造工艺
技术领域
本发明涉及一种人工骨的制造工艺，特别涉及一种适用于治疗大段骨缺损的基于快速成型和立体编织的人工骨仿生制造工艺。
背景技术
对于植入体内的人工骨，人工骨的宏观形态决定着新生骨胳的形态，因此如果人工骨的宏观形态与人的骨骼形态不匹配，将导致新生骨胳的变形。而人工骨内部的微观通道则不仅能够促进人工骨的降解，而且是新骨长入的必备条件，没有这些微孔结构，所植入的人工骨将很难完成细胞爬行和成骨替代过程而成为永久的死骨。因此，为了实现人工骨与人的骨骼形态的匹配，传统的方法主要通过手工修配，或通过适当的机械加工方法完成人工骨与人骨的个性化匹配；为了构建人工骨微观通道系统，传统的方法有成孔剂析孔法、发泡成孔法、热致相分离法、纤维编织法、挤出成型法和压印成型法等，但这些方法存在着孔洞无法保证导通、工艺可控性差以及无法进行微观结构的仿生设计和制造的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够保证人工骨的活化机能，最终支持新骨长入和成骨替代的基于快速成型和立体编织的人工骨仿生制造工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：首先按人体骨骼的要求制造人工骨外形成型模具或可植入的人工骨外形金属框架，成型模具或金属框架上有间隔均匀的直径在0.5-3mm，间距1-7mm的小孔；所说的人工骨外形成型模具是利用快速成型制成的，所说的人工骨外形金属框架是利用快速成型制造消失模，然后再通过精密铸造制成的；采用可吸收手术缝合线或羊肠线作为编织线，在可吸收缝合线或羊肠线上涂挂胶原蛋白或琼脂糖，通过涂挂的次数控制编织线的直径为0.2-1.0mm；采用立体编织法即在模具或金属框架的小孔间穿梭、编织涂挂后的编织线形成三维网状结构；在模具或金属框架内注入浆状生物活性材料，干燥固化后去除人工骨外壳模具，即得到需要的活性人工骨，即由活性填充材料和涂挂后的编织线构成的人工骨，对于金属框架，则不去除该框架，最终得到复合人工骨，即由金属、活性填充材料和涂挂后的编织线构成的人工骨。
本发明的生物活性材料为磷酸钙骨水泥、磷酸三钙和脂肪族聚酯类高分子生物可降解材料：聚聚乙交酯、丙交酯、聚聚乙交酯/聚丙交酯。
由于本发明采用快速成型制造人工骨骨外形薄壳模具、或通过快速成型加精密铸造制作个性化金属框架，保证人工骨的整体适配性，通过可吸收手术缝合线上涂挂能够快速消失的生物材料、并通过立体编织构建人工骨微观通道结构，保证人工骨一旦植入体内后，能够快速形成微观通道结构，最终支持新骨长入和成骨替代。
附图说明
图1是本发明通过快速成型制作的人工骨外形模具；
图2是可吸收缝合线；
图3是本发明涂挂了胶原蛋白的可吸收缝合线；
图4是由涂挂后的缝合线编织的人工骨微观通道支架；
图5是涂挂后的微观通道支架局部结构示意图；
图6是本发明整体成型后的人工骨。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1，参见图1，首先按人体骨骼的要求利用快速成型制造人工骨的个性化外形成型模具或利用快速成型制造个性化树脂消失模加精密铸造制造可植入的个性化金属框架。采用快速成型制作人工骨外壳模具和树脂消失模，须事先通过计算机辅助设计(CAD)构造其CAD模型，然后导出三角面片文件到不同类型的快速成型机上，经过数据准备过程，在快速成型机上加工出与CAD模型一致的外壳模具或树脂消失模；如需得到金属框架，还要进一步对模型进行涂挂制壳，然后通过烧结脱模和精密铸造制作可植入的个性化金属框架，为保证人工骨整体形态的适配性，模具或金属框架上有间隔均匀的直径在1mm，间距4mm的小孔；
2)参见图2、3，采用可吸收手术缝合线或羊肠线作为编织线，在可吸收缝合线或羊肠线上涂挂胶原蛋白或琼脂糖，通过涂挂的次数控制编织线的直径为0.2mm；
3)参见图4，图5，采用立体编织法即在模具或金属框架的小孔间穿梭、编织涂挂后的编织线形成三维网状结构；
4)参见图6，在模具或金属框架内注入浆状生物活性材料磷酸钙骨水泥，干燥固化后去除人工骨外壳模具，即得到需要的活性人工骨，即由活性填充材料和涂挂后的编织线构成的人工骨，对于金属框架，则不去除该框架，最终得到复合人工骨，即由金属、活性填充材料和涂挂后的编织线构成的人工骨。
实施例2，首先按人体骨骼的要求利用快速成型制造人工骨外形成型模具或利用快速成型制造消失模加精密铸造制造可植入的金属框架，为保证人工骨整体形态的适配性模具或金属框架上有间隔均匀的直径在2.4mm，间距1.5mm的小孔；
2)采用可吸收手术缝合线或羊肠线作为编织线，在可吸收缝合线或羊肠线上涂挂胶原蛋白或琼脂糖，通过涂挂的次数控制编织线的直径为0.6mm；
3)采用立体编织法即在模具或金属框架的小孔间穿梭、编织涂挂后的编织线形成三维网状结构；
4)在模具或金属框架内注入浆状生物活性材料磷酸三钙，干燥固化后去除人工骨外壳模具，即得到需要的活性人工骨，即由活性填充材料和涂挂后的编织线构成的人工骨，对于金属框架，则不去除该框架，最终得到复合人工骨，即由金属、活性填充材料和涂挂后的编织线构成的人工骨。
实施例3，首先按人体骨骼的要求利用快速成型制造人工骨外形成型模具或利用快速成型制造消失模加精密铸造制造可植入的金属框架，为保证人工骨整体形态的适配性模具或金属框架上有间隔均匀的直径在3mm，间距7.0mm的小孔；
2)采用可吸收手术缝合线或羊肠线作为编织线，在可吸收缝合线或羊肠线上涂挂胶原蛋白或琼脂糖，通过涂挂的次数控制编织线的直径为1.0mm；
3)采用立体编织法即在模具或金属框架的小孔间穿梭、编织涂挂后的编织线形成三维网状结构；
4)在模具或金属框架内注入浆状生物活性材料聚聚乙交酯，干燥固化后去除人工骨外壳模具，即得到需要的活性人工骨，即由活性填充材料和涂挂后的编织线构成的人工骨，对于金属框架，则不去除该框架，最终得到复合人工骨，即由金属、活性填充材料和涂挂后的编织线构成的人工骨。
实施例4，首先按人体骨骼的要求利用快速成型制造人工骨外形成型模具或利用快速成型制造消失模加精密铸造制造可植入的金属框架，为保证人工骨整体形态的适配性模具或金属框架上有间隔均匀的直径在2mm，间距2.7mm的小孔；
2)采用可吸收手术缝合线或羊肠线作为编织线，在可吸收缝合线或羊肠线上涂挂胶原蛋白或琼脂糖，通过涂挂的次数控制编织线的直径为0.4mm；
3)采用立体编织法即在模具或金属框架的小孔间穿梭、编织涂挂后的编织线形成三维网状结构；
4)在模具或金属框架内注入浆状生物活性材料丙交酯，干燥固化后去除人工骨外壳模具，即得到需要的活性人工骨，即由活性填充材料和涂挂后的编织线构成的人工骨，对于金属框架，则不去除该框架，最终得到复合人工骨，即由金属、活性填充材料和涂挂后的编织线构成的人工骨。
实施例5，首先按人体骨骼的要求利用快速成型制造人工骨外形成型模具或利用快速成型制造消失模加精密铸造制造可植入的金属框架，为保证人工骨整体形态的适配性模具或金属框架上有间隔均匀的直径在1.6mm，间距3.2mm的小孔；
2)采用可吸收手术缝合线或羊肠线作为编织线，在可吸收缝合线或羊肠线上涂挂胶原蛋白或琼脂糖，通过涂挂的次数控制编织线的直径为1.0mm；
3)采用立体编织法即在模具或金属框架的小孔间穿梭、编织涂挂后的编织线形成三维网状结构；
4)在模具或金属框架内注入浆状生物活性材料聚聚乙交酯/聚丙交酯，干燥固化后去除人工骨外壳模具，即得到需要的活性人工骨，即由活性填充材料和涂挂后的编织线构成的人工骨，对于金属框架，则不去除该框架，最终得到复合人工骨，即由金属、活性填充材料和涂挂后的编织线构成的人工骨。

Claims (2)

1、基于快速成型和立体编织的人工骨仿生制造工艺，其特征在于：
1)首先按人体骨骼的要求制造人工骨外形成型模具或可植入的人工骨外形金属框架，成型模具或金属框架上有间隔均匀的直径在0.5-3mm，间距1-7mm的小孔；所说的人工骨外形成型模具是利用快速成型制成的，所说的人工骨外形金属框架是利用快速成型制造消失模，然后再通过精密铸造制成的；
2)采用可吸收手术缝合线或羊肠线作为编织线，在可吸收缝合线或羊肠线上涂挂胶原蛋白或琼脂糖，通过涂挂的次数控制编织线的直径为0.2-1.0mm；
3)采用立体编织法即在模具或金属框架的小孔间穿梭、编织涂挂后的编织线形成三维网状结构；
4)在模具或金属框架内注入浆状生物活性材料，干燥固化后去除人工骨外壳模具，即得到需要的活性人工骨，即由活性填充材料和涂挂后的编织线构成的人工骨，对于金属框架，则不去除该框架，最终得到复合人工骨，即由金属、活性填充材料和涂挂后的编织线构成的人工骨。
2、根据权利要求1所述的基于快速成型和立体编织的人工骨仿生制造工艺，其特征在于：所说的生物活性材料为磷酸钙骨水泥、磷酸三钙和脂肪族聚酯类高分子生物可降解材料：聚聚乙交酯、丙交酯、聚聚乙交酯/聚丙交酯。
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