RU2708589C1 - Method for producing three-dimensional products of complex shape with native trabecular bone structure based on high-viscosity polymer - Google Patents
Method for producing three-dimensional products of complex shape with native trabecular bone structure based on high-viscosity polymer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708589C1 RU2708589C1 RU2019131540A RU2019131540A RU2708589C1 RU 2708589 C1 RU2708589 C1 RU 2708589C1 RU 2019131540 A RU2019131540 A RU 2019131540A RU 2019131540 A RU2019131540 A RU 2019131540A RU 2708589 C1 RU2708589 C1 RU 2708589C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polymer
- viscosity polymer
- trabecular bone
- reverse
- high viscosity
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
- B29C33/44—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles
- B29C33/52—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles soluble or fusible
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
- B29C33/44—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles
- B29C33/54—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles made of powdered or granular material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C67/00—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
- B29C67/20—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00 for porous or cellular articles, e.g. of foam plastics, coarse-pored
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области биоматериаловедения, имплантологии, травматологии и ортопедии, и предназначено для получения индивидуализированных медицинских изделий, применяемых в реконструктивной хирургии трабекулярной кости.The invention relates to the field of biomaterial science, implantology, traumatology and orthopedics, and is intended to obtain individualized medical devices used in reconstructive surgery of the trabecular bone.
Известны POROUS CALCIUM PHOSPHATE/NATURAL POLYMER COMPOSITE SCAFFOLD, PREPARATION METHOD AND APPLICATION THEREOF CN 108478879A (опубликовано 4.09.2018), в которых формирование скаффолда со связной пористостью осуществляется из композиционного материала полимер/кальций-фосфатная керамика путем 3D печати. Недостатком метода является его неприменимость для создания скаффолдов из высоковязких полимеров и несоответствие пористой структуры структуре нативной кости.POROUS CALCIUM PHOSPHATE / NATURAL POLYMER COMPOSITE SCAFFOLD, PREPARATION METHOD AND APPLICATION THEREOF CN 108478879A (published on September 4, 2018) are known, in which a scaffold with bonded porosity is formed from a composite polymer / calcium phosphate ceramic by 3D printing. The disadvantage of this method is its inapplicability for creating scaffolds from highly viscous polymers and the mismatch of the porous structure with the structure of the native bone.
Известен METHOD FOR PREPARING BONE TISSUE ENGINEERING SCAFFOLD WITH A DOUBLE-HOLE-STRUCTURE BY USING SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE TWO-STEP PRESSURE-RELEASING FOAMING TECHNOLOGY CN 107722331A (опубликовано 23.02.2018), который позволяет получить скаффолд посредством двухступенчатой технологии вспенивания сверхкритическим СО2. Данным методом можно изготовить скаффолд на основе композиционного материала из биорезорбируемых полимеров и фосфатной керамики. Недостатком метода является несоответствие структуры скаффолда структуре нативной трабекулярной кости и сложность осуществления контроля формы и размера пор.Known METHOD FOR PREPARING BONE TISSUE ENGINEERING SCAFFOLD WITH A DOUBLE-HOLE-STRUCTURE BY USING SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE TWO-STEP PRESSURE-RELEASING FOAMING TECHNOLOGY CN 107722331A (published on 02/23/2018), which allows to obtain a super-two-stage technology. Using this method, a scaffold based on a composite material from bioresorbable polymers and phosphate ceramics can be made. The disadvantage of this method is the mismatch between the structure of the scaffold and the structure of the native trabecular bone and the complexity of controlling the shape and size of pores.
Известны POROUS POLYMER SCAFFOLD AND PREPARATION METHOD THEREOF WO 2017151619A1 (опубликовано 8.09.2017), в которых осуществляется изготовление скаффолда на основе полимер-керамической смеси с добавлением растворимого порообразователя. Формование происходит в результате горячего прессования, полученная конструкция по механическим характеристикам соответствует нативной кости, тогда как недостатком является несоответствие структуры архитектуре нативной кости.There are known POROUS POLYMER SCAFFOLD AND PREPARATION METHOD THEREOF WO 2017151619A1 (published on September 8, 2017), in which a scaffold is made on the basis of a polymer-ceramic mixture with the addition of a soluble blowing agent. Molding occurs as a result of hot pressing, the resulting design according to mechanical characteristics corresponds to the native bone, while the disadvantage is the mismatch of the structure with the architecture of the native bone.
Прототипом является изобретение СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ ИЗ ВЫСОКОВЯЗКИХ ПОЛИМЕРОВ RU 2677143С1 (опубликовано 15.01.2019), реализующий способ создания трехмерного изделия сложной формы из высоковязких полимеров путем спекания под давлением порошкового полимерного сырья в обратной форме с последующим удалением обратной формы. Отличием от прототипа является использование в качестве обратной формы негатива костной структуры. Для получения трехмерных изделий сложной формы в качестве материала обратной формы используется полилактид, температура размягчения или плавления которого хоть и превышает таковую для высоковязкого полимера, но в ходе горячего прессования обратная форма деформируется, что приводит к отклонению структуры от изначальной геометрии, поэтому использование другого полимера является улучшением.The prototype is an invention. METHOD FOR PRODUCING THREE-DIMENSIONAL PRODUCTS OF COMPLEX FORM FROM HIGH-VISCOUS POLYMERS RU 2677143С1 (published on 01/15/2019), which implements a method for creating a three-dimensional product of complex shape from highly viscous polymers by sintering under pressure of powdered polymer raw materials in reverse form and then removing them. The difference from the prototype is the use as a reverse form of negative bone structure. To obtain three-dimensional products of complex shape, polylactide is used as the material of the reverse form, the softening or melting temperature of which, although it exceeds that for a high-viscosity polymer, but during hot pressing the reverse form is deformed, which leads to a deviation of the structure from the original geometry, so the use of another polymer is improvement.
Технический результат изобретения заключается в достижении большего соответствия структуре нативной трабекулярной кости, получении трехмерных изделий сложной формы из высоковязких полимеров (с ПТР при 190°С и нагрузке 21,19 Н менее 1 г/10 мин) с размерами пор от 50 до 3000 мкм, путем спекания под давлением порошкового полимерного сырья в обратной форме с последующим удалением обратной формы, где обратной формой является конструкция полученная путем спекания кости с полимерным сырьем и удаления кости соляной кислотой. Сравнение полученной структуры со структурой нативной трабекулярной кости показало, что обе структуры анизотропны, форма пор отлична от сферической, отклонение размеров пор в полученном изделии из высоковязкого полимера от трабекулярной кости составляет от 0 до 10%. Ранее аналогичные трехмерные изделия сложной формы из высоковязких полимеров не могли быть получены. В ходе анализа различных исследований не выявлено существования конструкций, полученных данным способом или другим, результатом которых являлся объект, выполненный из высоковязкого полимера, структура которого имитировала бы кость.The technical result of the invention is to achieve greater compliance with the structure of the native trabecular bone, obtaining three-dimensional products of complex shape from high viscosity polymers (with PTR at 190 ° C and a load of 21.19 N less than 1 g / 10 min) with pore sizes from 50 to 3000 microns, by sintering under pressure powder polymer raw materials in reverse form, followed by removal of the reverse form, where the reverse form is the structure obtained by sintering bone with a polymer raw material and removing bone with hydrochloric acid. Comparison of the obtained structure with the structure of the native trabecular bone showed that both structures are anisotropic, the pore shape is different from spherical, the deviation of pore sizes in the obtained product from a high viscosity polymer from trabecular bone is from 0 to 10%. Previously, similar three-dimensional products of complex shape from high viscosity polymers could not be obtained. The analysis of various studies did not reveal the existence of structures obtained by this method or another, the result of which was an object made of a highly viscous polymer whose structure would imitate bone.
Технический результат изобретения достигается следующим образом: Способ получения трехмерных изделий сложной формы, включающий изготовление обратной формы, являющейся негативом трабекулярной кости, заполнением трабекулярной кости порошком полимерного сырья, температура стеклования или плавления которого превышает температуру размягчения или плавления высоковязкого полимера, последующим спеканием при температуре 160-380°С трабекулярной кости с полимерным сырьем и удалением трабекулярной кости в ходе химического процесса, не повреждающего материал обратной формы, заполнение внутренних полостей обратной формы порошком высоковязкого полимера, либо смеси порошков высоковязкого полимера и неорганического наполнителя со средним размером частиц высоковязкого полимера 120 мкм и показателем текучести расплава высоковязкого полимера при 190°С и нагрузке 21,19 Н менее 1 г/10 мин, спекание в пресс-форме для горячего прессования под давлением 10-80 МПа порошкового высоковязкого полимера, либо смеси порошков высоковязкого полимера и неорганического наполнителя во внутренних полостях обратной формы с последующим удалением обратной формы с помощью обработки, не повреждающей полученное трехмерное изделие сложной формы, и получение трехмерных изделий сложной формы с размерами пор от 50 до 3000 мкм с формой, отличной от сферической.The technical result of the invention is achieved as follows: A method for producing three-dimensional products of complex shape, including manufacturing a reverse shape, which is a negative of the trabecular bone, filling the trabecular bone with a powder of polymer raw materials, the glass transition or melting temperature of which exceeds the softening or melting temperature of a highly viscous polymer, followed by sintering at a temperature of 160- 380 ° C trabecular bone with polymeric raw materials and removal of the trabecular bone during the chemical process, without damaging material of the reverse form, filling the internal cavities of the reverse form with high viscosity polymer powder, or a mixture of high viscosity polymer powders and inorganic filler with an average particle size of high viscosity polymer of 120 μm and a melt flow rate of high viscosity polymer at 190 ° C and a load of 21.19 N less than 1 g / 10 min, sintering in a mold for hot pressing under a pressure of 10-80 MPa of a powder of high viscosity polymer, or a mixture of powders of high viscosity polymer and inorganic filler in the inner bands s feedback form, followed by removal inverse form by treatment without damaging the resulting three-dimensional article of complex shape, and obtaining three-dimensional articles of complex shape with a pore size of 50 to 3000 microns with a shape other than spherical.
В качестве неорганического наполнителя используется кальций-фосфатная керамика.As an inorganic filler, calcium phosphate ceramic is used.
В качестве материала обратной формы используется высокотемпературный термопласт полиэфирсульфон.As the material of the reverse form, a high-temperature thermoplastic polyethersulfone is used.
В качестве высоковязкого полимера используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен.Ultrahigh molecular weight polyethylene is used as a high viscosity polymer.
А изготовление обратной формы происходит в результате вакуумной инфузии в диапазоне температур 160-380°С.And the manufacture of the reverse form occurs as a result of vacuum infusion in the temperature range 160-380 ° C.
Удаление обратной формы осуществляют с помощью механической или физико-химической обработки.Removal of the reverse form is carried out using mechanical or physico-chemical treatment.
Изобретение поясняется фигурами: Фиг. 1; Фиг. 2; Фиг. 3 и Фиг. 4. На фиг. 1 показана схема формирования изделия из высоковязкого полимера по описанному способу. На фиг. 2 показан пример изделия сложной формы из высоковязкого полимера (А), совпадающего по архитектуре со структурными особенностями нативной трабекулярной кости млекопитающего (В). На фиг. 3 показано уменьшение краевого угла смачивания высоковязкого полимера - сверхвысокомолекулярного полиэтилена после травления. На фиг. 4 показаны результаты биологических испытаний in vitro, проведенных с использованием мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК) кошки.The invention is illustrated by the figures: FIG. one; FIG. 2; FIG. 3 and FIG. 4. In FIG. 1 shows a diagram of the formation of a product from a highly viscous polymer according to the described method. In FIG. Figure 2 shows an example of a product of complex shape from a highly viscous polymer (A), which coincides in architecture with the structural features of the native trabecular bone of a mammal (B). In FIG. Figure 3 shows a decrease in the wetting angle of a highly viscous polymer - ultra-high molecular weight polyethylene after etching. In FIG. Figure 4 shows the results of biological in vitro tests performed using multipotent cat mesenchymal stromal cells (MMSCs).
Способ получения трехмерных изделий сложной формы с размерами пор от 50 до 3000 мкм из высоковязких полимеров включает изготовление обратной формы, являющейся негативом трабекулярной кости.A method of obtaining three-dimensional products of complex shape with pore sizes from 50 to 3000 microns from high viscosity polymers includes the manufacture of the reverse form, which is a negative of the trabecular bone.
Обратная форма изготавливается из полимерного сырья, температура стеклования или плавления которого превышает температуру размягчения или плавления высоковязкого полимера.The reverse form is made from polymeric raw materials, the glass transition or melting temperature of which exceeds the softening or melting temperature of a highly viscous polymer.
Формирование обратной формы происходит в ходе заполнения трабекулярной кости порошковым полимерным сырьем, спекания при температуре 160-380°С кости с полимерным сырьем и удаления кости в ходе химического процесса, не повреждающего материал обратной формы.The inverse form is formed during filling of the trabecular bone with powdered polymer raw materials, sintering at 160-380 ° С of the bone with polymer raw materials and bone removal during the chemical process that does not damage the reverse material.
Формирование обратной формы происходит в ходе заполнения кости порошком полилактида, спекания при температуре 160-260°С кости с полимерным сырьем и удаления кости соляной кислотой, не повреждающей материал обратной формы.The formation of the reverse form occurs during the filling of the bone with polylactide powder, sintering at a temperature of 160-260 ° С of the bone with polymer raw materials and removal of the bone with hydrochloric acid, which does not damage the material of the reverse shape.
Формирование обратной формы происходит в ходе заполнения кости порошком полиэфирсульфона, спекания при температуре 230-380°С кости с полимерным сырьем и удаления кости соляной кислотой, не повреждающей материал обратной формы. Формирование обратной формы происходит в ходе вакуумной инфузии - заполнения расплавом полилактида кости в диапазоне температур 160-260°С.The formation of the reverse form occurs during the filling of the bone with polyethersulfone powder, sintering at a temperature of 230-380 ° C of the bone with polymer raw materials, and removal of the bone with hydrochloric acid, which does not damage the reverse shape. The formation of the reverse form occurs during vacuum infusion - filling the bone polylactide with a melt in the temperature range 160-260 ° C.
Формирование обратной формы происходит в ходе вакуумной инфузии - заполнения расплавом полиэфирсульфона кости в диапазоне температур 230-380°С.The formation of the reverse form occurs during vacuum infusion - filling with the melt of polyethersulfone bone in the temperature range 230-380 ° C.
Внутренние полости обратной формы заполняются порошком высоковязкого полимера. Внутренние полости обратной формы заполняются смесью высоковязкого полимера с неорганическим наполнителем. Внутренние полости обратной формы заполняются смесью сверхвысокомолекулярного полиэтилена и кальций-фосфатной керамики со средним размером частиц 90-1000 нм.The internal cavities of the reverse form are filled with a high viscosity polymer powder. The internal cavities of the reverse form are filled with a mixture of a highly viscous polymer with an inorganic filler. The internal cavities of the reverse form are filled with a mixture of ultra-high molecular weight polyethylene and calcium phosphate ceramics with an average particle size of 90-1000 nm.
Заполнение полостей обратной формы осуществляется путем вибрационного встряхивания в течение 15-60 минут при переворачивании обратной формы в камере под слоем суспензии порошка высоковязкого полимера. Заполнение полостей обратной формы осуществляется путем вибрационного встряхивания в течение 15-60 минут при переворачивании обратной формы в камере под слоем суспензии порошковой смеси высоковязкого полимера и неорганического наполнителя.The filling of the cavities of the reverse form is carried out by vibrational shaking for 15-60 minutes when turning the reverse form in the chamber under a layer of a suspension of high-viscosity polymer powder. The cavities of the inverse form are filled by vibrational shaking for 15-60 minutes when the inverse form is turned over in the chamber under a layer of a suspension of a powder mixture of a high viscosity polymer and an inorganic filler.
Заполнение полостей обратной формы осуществляется путем вибрационного встряхивания в течение 15-60 минут при переворачивании обратной формы в камере под слоем суспензии порошковой смеси сверхвысокомолекулярного полиэтилена и кальций-фосфатной керамики со средним размером частиц 90-1000 нм.Filling of the cavities of the reverse form is carried out by vibrational shaking for 15-60 minutes when turning the reverse form in the chamber under a suspension layer of a powder mixture of ultra-high molecular weight polyethylene and calcium phosphate ceramics with an average particle size of 90-1000 nm.
Проводится спекание под давлением 10-80 МПа порошкового высоковязкого полимера во внутренних полостях обратной формы в пресс-форме для горячего прессования. Проводится спекание под давлением 10-80 МПа порошковой смеси высоковязкого полимера и неорганического наполнителя во внутренних полостях обратной формы в пресс-форме для горячего прессования.Sintering under a pressure of 10-80 MPa of high-viscosity polymer powder is carried out in the internal cavities of the reverse form in the mold for hot pressing. Sintering under a pressure of 10-80 MPa of a powder mixture of a highly viscous polymer and an inorganic filler in the internal cavities of the reverse form in a mold for hot pressing is carried out.
Проводится спекание под давлением 10-80 МПа порошковой смеси сверхвысокомолекулярного полиэтилена и кальций-фосфатной керамики во внутренних полостях обратной формы в пресс-форме для горячего прессования. По окончании горячего прессования форму охлаждают и разнимают для извлечения заготовки. Обратная форма удаляется с помощью химического процесса, не повреждающего высоковязкий полимер.Sintering under a pressure of 10-80 MPa of a powder mixture of ultra-high molecular weight polyethylene and calcium phosphate ceramics in the internal cavities of the reverse form in a mold for hot pressing is carried out. At the end of the hot pressing, the mold is cooled and opened to remove the workpiece. The reverse form is removed using a chemical process that does not damage the high viscosity polymer.
Обратная форма удаляется с помощью химического процесса, не повреждающего композиционный материал на основе высоковязкого полимера. Обратная форма удаляется с помощью химического процесса, не повреждающего композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Обратная форма удаляется путем растворения под действием ультразвука. Растворитель удаляется водой и спиртом под действием ультразвука. Проводится травление хромосерной кислотой в течение 10-60 минут. Травитель удаляется водой под действием ультразвука.The reverse form is removed using a chemical process that does not damage the composite material based on a high viscosity polymer. The reverse form is removed using a chemical process that does not damage the composite material based on ultra high molecular weight polyethylene. The reverse form is removed by dissolution under the influence of ultrasound. The solvent is removed by water and alcohol under the influence of ultrasound. Chromosulfuric acid is etched for 10-60 minutes. The etchant is removed by ultrasound.
Способ получения трехмерных изделий сложной формы со структурой, имитирующей структуру нативной трабекулярной кости, на основе высоковязкого полимера может быть использован для получения медицинских имплантатов, пригодных для использования в реконструктивной хирургии кости. Обратная форма содержит связанные внутренние полости сложной формы, геометрические размеры которых соответствуют размерам пустот будущего изделия сложной формы из высоковязких полимеров. Внешние габариты обратной формы соответствуют объему дефекта кости, для замещения которого производится создание медицинской конструкции. Габариты обратной формы не должны превышать внутренние размеры разъемной формы для горячего прессования высоковязких полимеров, но могут быть меньше, в таком случае структура медицинской конструкции, представленная сплошным слоем высоковязкого полимера, имитирует кортикальную кость. Улучшается гидрофильность поверхности высоковязкого полимера в ходе травления.A method of obtaining three-dimensional products of complex shape with a structure that mimics the structure of the native trabecular bone based on a highly viscous polymer can be used to obtain medical implants suitable for use in reconstructive bone surgery. The reverse form contains connected internal cavities of complex shape, the geometric dimensions of which correspond to the dimensions of the voids of the future product of complex shape from high viscosity polymers. The external dimensions of the reverse form correspond to the volume of the bone defect, for the replacement of which a medical structure is created. The dimensions of the reverse form should not exceed the internal dimensions of the split mold for hot pressing of high viscosity polymers, but may be smaller, in this case, the structure of the medical structure, represented by a continuous layer of high viscosity polymer, mimics the cortical bone. The hydrophilicity of the surface of a highly viscous polymer during etching is improved.
Пример 1.Example 1
В качестве высоковязкого полимера используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен СВМПЭ марки GUR 4113 (Celanese) с молекулярной массой 3,7×106 г/моль в порошковой форме со средним размером частиц 120 мкм.UHMWPE polyethylene GUR 4113 (Celanese) with a molecular weight of 3.7 × 10 6 g / mol in powder form with an average particle size of 120 μm is used as a highly viscous polymer.
Материалом обратной формы является полиэфирсульфон ПЭС (Ultrason Е 2020 Р SR MICRO) с молекулярной массой 55000 г/моль. Температура стеклования составляет 230°С и превышает температуру плавления СВМПЭ.The reverse form material is PES polyethersulfone (Ultrason E 2020 P SR MICRO) with a molecular weight of 55,000 g / mol. The glass transition temperature is 230 ° C and exceeds the melting temperature of UHMWPE.
Заполнение кости осуществляется в заполненном порошком ПЭС вертикальном контейнере с помощью устройства вибрационного уплотнения в два этапа с длительностью каждого 15 минут под слоем суспензии из порошка ПЭС и изопропилового спирта (соотношение по массе 5:1) высотой 5 мм с частотой вертикальной вибрации 4 Гц при амплитуде 15 мм. После первого этапа кость извлекается из контейнера, сушится в сушильном шкафу при 60°С в течение 30 минут, переворачивается на 180° вокруг горизонтальной оси по сравнению с первичной ориентацией и вновь устанавливается в контейнер на слой порошка ПЭС высотой 10 мм и покрывается слоем суспензии из порошка ПЭС и изопропилового спирта (соотношение по массе 5:1) высотой 5 мм.The bone is filled in a vertical container filled with PES powder using a vibratory compaction device in two stages with a duration of each 15 minutes under a suspension layer of PES powder and isopropyl alcohol (weight ratio 5: 1) 5 mm high with a vertical vibration frequency of 4 Hz with an amplitude 15 mm After the first stage, the bone is removed from the container, dried in an oven at 60 ° C for 30 minutes, turned 180 ° around the horizontal axis compared to the primary orientation and re-installed in the container on a 10 mm high PES powder layer and covered with a suspension layer of PES powder and isopropyl alcohol (weight ratio 5: 1) 5 mm high.
Заполненная ПЭС кость млекопитающего подвергается спеканию в разъемной форме для горячего прессования высоковязких полимеров в печи электросопротивления. Режим спекания: нагрев от комнатной температуры заполненной кости с формой до 350°С в течение 35 минут, спекание в течение 30 минут, охлаждение с формой. Избыток полимера удаляется на шлифовальном круге. Спеченная с полимером кость помещается в соляную кислоту до полного удаления кости. Полученная полимерная конструкция именуется обратной формой или негативом.A mammalian TEC-filled bone is sintered in demountable form for hot pressing of high viscosity polymers in an electric resistance furnace. Sintering mode: heating the filled bone from room temperature with the mold to 350 ° C for 35 minutes, sintering for 30 minutes, cooling with the mold. Excess polymer is removed on the grinding wheel. The bone sintered with the polymer is placed in hydrochloric acid until the bone is completely removed. The resulting polymer structure is referred to as the reverse form or negative.
Заполнение обратной формы осуществляется в заполненном порошком СВМПЭ вертикальном контейнере с помощью устройства вибрационного уплотнения в два этапа с длительностью каждого 15 минут под слоем суспензии из порошка СВМПЭ и изопропилового спирта высотой 10 мм с частотой вертикальной вибрации 4 Гц при амплитуде 15 мм. После первого этапа обратная форма извлекается из контейнера, сушится в сушильном шкафу при 60°С в течение 30 минут, переворачивается на 180° вокруг горизонтальной оси по сравнению с первичной ориентацией и вновь устанавливается в контейнер, сверху помещается слой суспензии из порошка СВМПЭ и изопропилового спирта.The reverse form is filled in a vertical container filled with UHMWPE powder using a vibratory compaction device in two stages with a duration of each 15 minutes under a suspension layer of UHMWPE powder and isopropyl alcohol 10 mm high with a vertical vibration frequency of 4 Hz at an amplitude of 15 mm. After the first stage, the reverse form is removed from the container, dried in an oven at 60 ° C for 30 minutes, turned 180 ° around the horizontal axis compared to the primary orientation and re-installed in the container, a suspension layer of UHMWPE powder and isopropyl alcohol is placed on top .
Режим горячего прессования: нагрев от комнатной температуры заполненного негатива с формой до 180°С в течение 60 минут под давлением 40 МПа, прессование в течение 180 минут под давлением 40 МПа, охлаждение с формой. Удаление обратной формы осуществляется в N-метил-2-пирролидоне в ультразвуковой мойке до полного растворения материала обратной формы. N-метил-2-пирролидон удаляется в ультразвуковой мойке сначала в дистиллированной воде, а потом в спирте.Hot pressing mode: heating the filled negative with a mold to 180 ° С from room temperature for 60 minutes under a pressure of 40 MPa, pressing for 180 minutes under a pressure of 40 MPa, cooling with a mold. Removal of the reverse form is carried out in N-methyl-2-pyrrolidone in an ultrasonic washing until the reverse form material is completely dissolved. N-methyl-2-pyrrolidone is removed by ultrasonic washing, first in distilled water, and then in alcohol.
Полученное трехмерное изделие сложное формы, выполненное из высоковязкого полимера, подвергается травлению хромосерной кислотой. После травления конструкция промывается дистиллированной водой в ультразвуковой мойке. В результате травления краевой угол смачивания уменьшился со 100° до 71°. Средние размеры пор составляют 770 и 470 мкм, 700 и 500 мкм для трабекулярной кости и полученного изделия из высоковязкого полимера соответственно. Объемная пористость полученного изделия составляет 63%, а используемой трабекулярной кости - 62%.The resulting three-dimensional product of complex shape, made of a highly viscous polymer, is etched with chromosulfuric acid. After etching, the structure is washed with distilled water in an ultrasonic cleaner. As a result of etching, the wetting angle decreased from 100 ° to 71 °. The average pore sizes are 770 and 470 μm, 700 and 500 μm for the trabecular bone and the resulting product from a highly viscous polymer, respectively. The volume porosity of the obtained product is 63%, and the trabecular bone used is 62%.
Пример 2.Example 2
В качестве высоковязкого полимера используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен СВМПЭ марки GUR 4113 (Celanese) с молекулярной массой 3,7×106 г/моль в порошковой форме со средним размером частиц 120 мкм.UHMWPE polyethylene GUR 4113 (Celanese) with a molecular weight of 3.7 × 10 6 g / mol in powder form with an average particle size of 120 μm is used as a highly viscous polymer.
Материалом обратной формы является полилактид ПЛА (Ingeo 4032D, Natureworks LLC) с молекулярной массой 110000 г/моль. Температура плавления составляет 170°С и превышает температуру плавления СВМПЭ.The reverse form material is polylactide PLA (Ingeo 4032D, Natureworks LLC) with a molecular weight of 110,000 g / mol. The melting point is 170 ° C and exceeds the melting point of UHMWPE.
В кварцевую ампулу засыпаются гранулы ПЛА, сверху помещается кость и избыток ПЛА. Открытый конец ампулы закрывается пробкой, ампула подвергается нагреву до 200-220°С. После перехода ПЛА в состояние расплава к ампуле подсоединяется вакуумный насос и создается разряжение. Заполненная полимером кость охлаждается с ампулой на воздухе. Избыток полимера удаляется на шлифовальном круге. Спеченная с полимером кость помещается в соляную кислоту до полного удаления кости. Полученная полимерная конструкция именуется обратной формой или негативом.PLA granules are poured into a quartz ampoule, bone and excess PLA are placed on top. The open end of the ampoule is closed with a stopper, the ampoule is heated to 200-220 ° C. After the transition of the PLA to the melt state, a vacuum pump is connected to the ampoule and a vacuum is created. The polymer-filled bone is cooled with an ampoule in air. Excess polymer is removed on the grinding wheel. The bone sintered with the polymer is placed in hydrochloric acid until the bone is completely removed. The resulting polymer structure is referred to as the reverse form or negative.
Производится изготовление смеси СВМПЭ/ГАП в планетарной мельнице.The UHMWPE / HAP mixture is being manufactured in a planetary mill.
Заполнение обратной формы осуществляется в заполненном порошковой смесью СВМПЭ/ГАП вертикальном контейнере с помощью устройства вибрационного уплотнения в два этапа с длительностью каждого 15 минут под слоем суспензии из порошковой смеси СВМПЭ/ГАП и изопропилового спирта высотой 10 мм с частотой вертикальной вибрации 4 Гц при амплитуде 15 мм. После первого этапа обратная форма извлекается из контейнера, сушится в сушильном шкафу при 60°С в течение 30 минут, переворачивается на 180° вокруг горизонтальной оси по сравнению с первичной ориентацией и вновь устанавливается в контейнер, сверху помещается слой суспензии из порошковой смеси СВМПЭ/ГАП и изопропилового спирта.The reverse form is filled in a vertical container filled with UHMWPE / HAP powder mixture using a vibratory compaction device in two stages with a duration of each 15 minutes under a suspension layer of a UHMWPE / HAP powder mixture and isopropyl alcohol 10 mm high with a vertical vibration frequency of 4 Hz at an amplitude of 15 mm After the first stage, the reverse form is removed from the container, dried in an oven at 60 ° C for 30 minutes, turned 180 ° around the horizontal axis compared to the primary orientation and re-installed in the container, a layer of suspension from the UHMWPE / HAP powder mixture is placed on top and isopropyl alcohol.
Режим горячего прессования: нагрев от комнатной температуры заполненного негатива с формой до 180°С в течение 60 минут под давлением 40 МПа, прессование в течение 180 минут под давлением 40 МПа, охлаждение с формой. Удаление обратной формы осуществляется в водном растворе NaOH при нагреве до 50°С в ультразвуковой мойке до полного удаления материала обратной формы. NaOH удаляется в ультразвуковой мойке дистиллированной водой.Hot pressing mode: heating the filled negative with a mold to 180 ° С from room temperature for 60 minutes under a pressure of 40 MPa, pressing for 180 minutes under a pressure of 40 MPa, cooling with a mold. Removal of the reverse form is carried out in an aqueous NaOH solution by heating to 50 ° C in an ultrasonic washing until the reverse form material is completely removed. NaOH is removed by ultrasonic washing with distilled water.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019131540A RU2708589C1 (en) | 2019-10-07 | 2019-10-07 | Method for producing three-dimensional products of complex shape with native trabecular bone structure based on high-viscosity polymer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019131540A RU2708589C1 (en) | 2019-10-07 | 2019-10-07 | Method for producing three-dimensional products of complex shape with native trabecular bone structure based on high-viscosity polymer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2708589C1 true RU2708589C1 (en) | 2019-12-09 |
Family
ID=68836629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019131540A RU2708589C1 (en) | 2019-10-07 | 2019-10-07 | Method for producing three-dimensional products of complex shape with native trabecular bone structure based on high-viscosity polymer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2708589C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015529526A (en) * | 2012-09-18 | 2015-10-08 | コルティカリス・アクスイェ・セルスカプ | Scaffold with cortical walls |
| US20170100507A1 (en) * | 2015-10-08 | 2017-04-13 | Siddhesh Angle | Curable calcium phosphate compositions for use with porous structures and methods of using the same |
| WO2017151619A1 (en) * | 2016-02-29 | 2017-09-08 | Epibone, Inc. | Porous polymer scaffold and preparation method thereof |
| CN107722331A (en) * | 2017-09-15 | 2018-02-23 | 浙江大学 | The step pressure release foaming technique of supercritical carbon dioxide two prepares the method with double-pore structure bone tissue engineering scaffold |
| CN108478879A (en) * | 2018-03-30 | 2018-09-04 | 华南理工大学 | A kind of porous calcium phosphate/natural polymer compound rest and the preparation method and application thereof |
| RU2677143C1 (en) * | 2018-04-12 | 2019-01-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for producing three-dimensional products of a complex shape of high viscosity polymers |
-
2019
- 2019-10-07 RU RU2019131540A patent/RU2708589C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015529526A (en) * | 2012-09-18 | 2015-10-08 | コルティカリス・アクスイェ・セルスカプ | Scaffold with cortical walls |
| US20170100507A1 (en) * | 2015-10-08 | 2017-04-13 | Siddhesh Angle | Curable calcium phosphate compositions for use with porous structures and methods of using the same |
| WO2017151619A1 (en) * | 2016-02-29 | 2017-09-08 | Epibone, Inc. | Porous polymer scaffold and preparation method thereof |
| CN107722331A (en) * | 2017-09-15 | 2018-02-23 | 浙江大学 | The step pressure release foaming technique of supercritical carbon dioxide two prepares the method with double-pore structure bone tissue engineering scaffold |
| CN108478879A (en) * | 2018-03-30 | 2018-09-04 | 华南理工大学 | A kind of porous calcium phosphate/natural polymer compound rest and the preparation method and application thereof |
| RU2677143C1 (en) * | 2018-04-12 | 2019-01-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for producing three-dimensional products of a complex shape of high viscosity polymers |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Baino et al. | Processing methods for making porous bioactive glass‐based scaffolds—A state‐of‐the‐art review | |
| Babaie et al. | Fabrication aspects of porous biomaterials in orthopedic applications: A review | |
| Zhang et al. | Porous bioceramics produced by inkjet 3D printing: Effect of printing ink formulation on the ceramic macro and micro porous architectures control | |
| Hou et al. | Porous polymeric structures for tissue engineering prepared by a coagulation, compression moulding and salt leaching technique | |
| Hayati et al. | Preparation of poly (3-hydroxybutyrate)/nano-hydroxyapatite composite scaffolds for bone tissue engineering | |
| Wu et al. | In vitro degradation of three-dimensional porous poly (D, L-lactide-co-glycolide) scaffolds for tissue engineering | |
| Chevalier et al. | Fabrication of porous substrates: a review of processes using pore forming agents in the biomaterial field | |
| Yun et al. | Design and preparation of bioactive glasses with hierarchical pore networks | |
| Mbarki et al. | Hydroxyapatite bioceramic with large porosity | |
| KR101278098B1 (en) | Method for producing porous bioceramics for bone regeneration and porous bioceramics manufactured thereby | |
| KR101655888B1 (en) | Method for producing three-dimensional porous scaffolds with controlled macro/micro-porous structure and three-dimensional porous scaffolds manufactured thereby | |
| Padilla et al. | Bioactive glass as precursor of designed‐architecture scaffolds for tissue engineering | |
| Elsayed et al. | Suitability of Biosilicate® glass-ceramic powder for additive manufacturing of highly porous scaffolds | |
| JP2017529933A (en) | Hybrid material implant with variable porosity | |
| Monfared et al. | A deep insight into the preparation of ceramic bone scaffolds utilizing robocasting technique | |
| CN106946586A (en) | Porous bioceramic scaffold and preparation method thereof | |
| CN111286074B (en) | Polylactic acid/nano hydroxyapatite composite material and preparation method and application thereof | |
| KR20160128236A (en) | Method for producing porous metal implant and porous metal implant manufactured thereby | |
| Ghomi et al. | Preparation of nanostructure bioactive diopside scaffolds for bone tissue engineering by two near net shape manufacturing techniques | |
| RU2708589C1 (en) | Method for producing three-dimensional products of complex shape with native trabecular bone structure based on high-viscosity polymer | |
| Singh et al. | Development of porous bio-composites through microwave curing for bone tissue engineering | |
| KR20130038701A (en) | Method for producing porous bioceramics using vacuum-assisted foaming technique and porous bioceramics manufactured thereby | |
| Sultana et al. | Fabrication of Tissue Engineering Scaffolds Using the Emulsion Freezing/Freeze‐drying Technique and Characteristics of the Scaffolds | |
| Park et al. | Feasibility of three-dimensional macroporous scaffold using calcium phosphate glass and polyurethane sponge | |
| Kosowska et al. | The influence of supercritical foaming conditions on properties of polymer scaffolds for tissue engineering |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200415 Effective date: 20200415 |