3D打印含多級通道的骨修復支架及其制造方法技術

本發明專利技術公開了一種3D打印含多級通道的骨修復支架及其制造方法，屬于3D打印技術領域。本發明專利技術首先采用CAD軟件設計支架結構，制作打印墨水，進而采用自動注漿機直接“打印”出個性化支架材料。采用與骨組織成分相近的無機材料?磷酸三鈣作為主要成分，不僅生物相容性佳，同時可實現定制化制作。同時，預構的血管束多級通道有利于周圍血管芽的增生、遷移，有利于支架材料血管化。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于3D打印
，特別涉及一種3D打印含多級通道的骨修復支架及其制造方法。
技術介紹
外傷、腫瘤、炎癥等常會導致頜面部或全身其他部位骨組織損傷，并引起急、慢性功能損害等，嚴重影響人們的生活質量和心理健康。這些骨缺損修復重建一直是臨床醫生面臨的難題。目前用于骨缺損修復的塊狀異質骨主要有：①采用傳統制作工藝-發泡法制備成型，后期經高溫燒結去除內部的造孔劑進而形成多孔支架材料。該方法制備的支架材料形貌控制依賴于相應的模具，孔徑大小不一，連通率<100％；同時不能進行個性化增材制造。②采用低溫沉積制造技術制作個性化PLGA/TCP支架。該制作工藝可實現對材料孔徑、形貌等的個性化制作，但是形成的支架材料強度低。所采用的墨水中含有有機溶劑，并且PLGA降解會引起周圍組織產生炎癥反應。③采用纖維沉積技術可進行磷酸三鈣材料的個性化增材制造，但是由于粘結劑等原因目前不能打印大尺寸個性化(如頜骨修復支架)支架材料。
技術實現思路
本專利技術的首要目的在于克服上述現有技術中存在的缺點與不足，提供一種3D打印含多級通道的骨修復支架的制造方法，以解決目前骨修復材料研究領域中出現的無機材料個性化定制支架困難、強度低、孔徑及支架外形不可控、連通率較低的現狀。本專利技術的另一目的在于提供由上述制備方法得到的3D打印含多級通道的骨修復支架。本專利技術的目的通過下述技術方案實現：一種3D打印含多級通道的骨修復支架的制造方法，包括如下步驟：(1)支架設計：首先獲取缺損修復部位及健側的影像學數據，三維重建后鏡像設計缺損部位支架形貌；按照缺損部位血管形貌及走形，設計多級血管通道，相鄰級別的血管通道之間距離為4mm-5mm；(2)墨水制備：首先，將TCP原粉在1300℃煅燒后，研磨、篩選出粒徑在100微米的粉末材料；采用帶有樣本分散度檢測的激光散射儀確定樣品粉末粒徑分布；其次，在蒸餾水內溶解C分散劑，逐漸加入篩選出的TCP粉末；分散均勻后再加入羥丙基甲基纖維素，終濃度為7mg/ml；最后加入2％聚乙烯亞胺使懸浮液成凝膠狀；(3)支架打印及燒結：將制備好的墨水放入打印機(3-DInks，Stillwater，OK)，錐狀噴頭恒定噴出直徑250μm的柱狀墨水，最后層層堆積形成塊狀支架材料；此支架材料柱狀結構中心至中心的距離為500μm；相鄰兩層之間柱狀結構間相互垂直，兩層間的距離為175μm；打印結束后，取出樣品，室溫干燥后于400℃爐子內燒結1h；以3℃/分鐘升溫、于1200℃燒結1h，得到骨修復支架。步驟(1)中，所述多級血管通道分為一級通道、二級通道和三級通道，其直徑分布為一級通道2mm、二級通道1.5mm和三級通道1mm。步驟(3)中，所述室溫干燥的時間≧24h。一種3D打印含多級通道的骨修復支架，由上述制造方法得到。本專利技術相對于現有技術具有如下的優點及效果：本專利技術首先采用CAD軟件設計支架結構，制作打印墨水，進而采用自動注漿機直接“打印”出個性化支架材料。本專利技術所述骨骼修復支架采用國際先進的自動注漿技術制作而成，其個性化定制的磷酸鈣骨骼修復支架是國內首例。采用與骨組織成分相近的無機材料-磷酸三鈣作為主要成分，不僅生物相容性佳，同時可實現定制化制作。同時，預構的血管束多級通道有利于周圍血管芽的增生、遷移，有利于支架材料血管化。附圖說明圖1是實施例1的骨骼修復支架的CAD設計圖；其中：①為一級血管通道，②為二級血管通道，③為三級血管通道；圖2是實施例1的骨骼修復支架的成品圖。具體實施方式下面結合實施例對本專利技術作進一步詳細的描述，但本專利技術的實施方式不限于此。本專利技術的打印支架包括若干層支架條，此支架條層層堆積形成片狀、體狀。每層支架按設定位置和間距堆積進而相互連通，孔徑均一。因此可實現支架內部100％連通率。按照血管分支結構，在三維支架內部加入三級血管通道，以促進支架材料血管化及骨化。磷酸三鈣材料與骨組織成分接近，是很好的無機骨修復替代材料；支架材料個性化血管通道設計有利于血管化形成；支架材料墨水制備、打印過程中涉及的有害物質少，同時后期高溫處理可完全去除有害成分同時增強支架力學性能；支架的多通道結構可以由熔融沉積成型，低溫沉積成型、以及纖維沉積技術等技術制作。實施例一種3D打印含多級通道的骨修復支架的制造方法，包括如下步驟：(1)支架設計：首先獲取缺損修復部位及健側的影像學數據，三維重建后鏡像設計缺損部位支架形貌；按照缺損部位血管形貌及走形，設計多級血管通道，其直徑分布為一級通道2mm、二級通道1.5mm和三級通道1mm，相鄰管道之間距離為4mm-5mm；(2)墨水制備：首先，將TCP原粉在1300℃煅燒后，研磨、篩選出粒徑在100微米的粉末材料；采用帶有樣本分散度檢測的激光散射儀確定樣品粉末粒徑分布；其次，在蒸餾水內溶解C分散劑，逐漸加入篩選出的TCP粉末。分散均勻后再加入羥丙基甲基纖維素，終濃度為7mg/ml。最后加入2％聚乙烯亞胺使懸浮液成凝膠狀；(3)支架打印及燒結：將制備好的墨水放入打印機(3-DInks，Stillwater，OK)，在輔助控制軟件的精密控制下，錐狀噴頭恒定噴出直徑250μm的柱狀墨水，最后層層堆積形成塊狀支架材料；此支架材料柱狀結構中心至中心的距離為500μm；相鄰兩層之間柱狀結構間相互垂直，兩層間的距離為175μm；大體三維結構可設計為多種尺寸；打印結束后，從油浴中取出樣品，室溫干燥至少24h，進而在400℃爐子內燒結1h以去除有機質；最后在1200℃(3℃/分鐘)燒結1h后成型。上述實施例為本專利技術較佳的實施方式，但本專利技術的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本專利技術的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種3D打印含多級通道的骨修復支架的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)支架設計：首先獲取缺損修復部位及健側的影像學數據，三維重建后鏡像設計缺損部位支架形貌；按照缺損部位血管形貌及走形，設計多級血管通道，相鄰級別的血管通道之間距離為4mm?5mm；(2)墨水制備：首先，將TCP原粉在1300℃煅燒后，研磨、篩選出粒徑在100微米的粉末材料；采用帶有樣本分散度檢測的激光散射儀確定樣品粉末粒徑分布；其次，在蒸餾水內溶解C分散劑，逐漸加入篩選出的TCP粉末；分散均勻后再加入羥丙基甲基纖維素，終濃度為7mg/ml；最后加入2％聚乙烯亞胺使懸浮液成凝膠狀；(3)支架打印及燒結：將制備好的墨水放入打印機，錐狀噴頭恒定噴出直徑250μm的柱狀墨水，最后層層堆積形成塊狀支架材料；此支架材料柱狀結構中心至中心的距離為500μm；相鄰兩層之間柱狀結構間相互垂直，兩層間的距離為175μm；打印結束后，取出樣品，室溫干燥后于400℃爐子內燒結1h；以3℃/分鐘升溫、于1200℃燒結1h，得到骨修復支架。

【技術特征摘要】
1.一種3D打印含多級通道的骨修復支架的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)支架設計：首先獲取缺損修復部位及健側的影像學數據，三維重建后鏡像設計缺損部位支架形貌；按照缺損部位血管形貌及走形，設計多級血管通道，相鄰級別的血管通道之間距離為4mm-5mm；(2)墨水制備：首先，將TCP原粉在1300℃煅燒后，研磨、篩選出粒徑在100微米的粉末材料；采用帶有樣本分散度檢測的激光散射儀確定樣品粉末粒徑分布；其次，在蒸餾水內溶解C分散劑，逐漸加入篩選出的TCP粉末；分散均勻后再加入羥丙基甲基纖維素，終濃度為7mg/ml；最后加入2％聚乙烯亞胺使懸浮液成凝膠狀；(3)支架打印及燒結：將制備好的墨水放入打印機，錐狀噴頭恒定噴出直徑250μm的柱狀墨...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周友波，佩德羅米蘭達岡薩雷斯，周苗，李樹祎，吳剛，
申請(專利權)人：廣州邦菲醫療器械科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44