可控力學性能的生物陶瓷微球人工骨支架快速成型方法
2023-10-11 08:06:59 1
專利名稱：可控力學性能的生物陶瓷微球人工骨支架快速成型方法
可控力學性能的生物陶瓷微球人工骨支架快速成型方法所屬領域本發明涉及一種生物陶瓷微球人工骨支架的製造方法，特別涉及可控力學性能的生物陶瓷微球人工骨支架快速成型方法。
現有技術在治療各種骨缺損、骨再造等手術中，需要在骨缺損的部位植入或填充自體骨或異體骨來達到治癒的目的，使骨骼儘早地恢復其完整性和連續性，以獲得正常的力學性能。 現有技術中，臨床上對大段骨的修復材料有自體骨、異體骨、組織工程骨等。採用自體骨，優點是無免疫排異反應，但是存在來源有限、取骨部位常遺留慢性疼痛等併發症的缺點。採用異體骨，優點是能提供足量不同形狀尺寸的皮質骨或松質骨，卻存在容易引起免疫反應、易傳染病毒疾病的缺點。因此，1995年Crane等系統地提出了組織工程骨的基本概念，利用組織工程學的原理和方法對缺損骨組織進行修復和重建。理想骨替代物應該滿足如下要求1、與人體組織具有良好生物相容性，無免疫源反應；2、與人骨力學性能相近似，且具有一定的強度和支撐力；3、優良的三維微觀結構，保證培養液及血液能夠進入骨支架內部，且易於成型；4、良好的成骨誘導性；5、具有合適的表面理化性質，且能被宿主骨組織吸收替代；6、取材方便，易於大量製作。因此，製作人工骨支架時，除了考慮其生物相容性、三維幾何結構、表面理化性質之外，很重要的一點，就是考慮其力學性能是否能滿足與患者人骨力學性能相近的要求。基於快速成型法製備人工骨支架是人工骨支架的一種重要製備技術。目前，人工骨支架的快速成型方法主要有光固化成型工藝、疊層製造、選擇性雷射燒結、三維印刷成形、熔融沉積製造等。基於噴射技術的人工骨支架的快速成型技術有螺杆擠壓噴射、活塞擠壓噴射、氣動擠壓噴射、微滴噴射技術、雷射引導直寫技術、電紡絲技術、蘸筆納米刻蝕技術等。本發明提出的人工骨支架快速成型方法基於快速成型技術，卻又不完全等同於上述已有的人工骨支架的快速成型方法。本發明提出的人工骨支架的快速成型方法，是將瞬幹粘結劑噴灑到生物陶瓷微球層上，將其粘結，實現人工骨支架的堆積成型。發明專利200410030652. 6公開了一種CT輔助仿骨製造人工骨方法。該方法通過 CT對骨骼原型進行掃描，獲取骨骼的幾何外形信息、內部三維多孔狀結構信息和三維空間位置的密度信息圖像，對該三維信息圖像進行量化處理，得到二值化圖像，再利用快速成型技術，實現人工骨支架的堆積成型。其特點是，可獲得精確的原始數據，根據對骨骼測量的結果圖像成型製造出精度高的人工骨。發明專利200410025965. 2公開了一種基於快速成型和立體編織的人工骨仿生製造工藝。其特點是，應用立體編織塗掛法構造人工骨的微觀結構，可以對製造的人工骨微通道結構進行預設計和控制。發明專利200610105346. 3公開了一種雙尺度微結構人工骨支架及其製備方法，該方法基於計算機輔助設計CAD和光固化快速成型技術，先製備人工骨負型的樹脂模具，在模具中填充一定直徑的石蠟小球適當加壓，再填充生物材料漿體，待固化後真空烘乾，最後，熱分解去除樹脂模具和石蠟小球，形成宏觀尺度的管道系統和微觀尺度的球形孔。其特點是，該支架微結構包括微觀尺度的球連孔和宏觀尺度的管道系統，球形孔隨機分布，管道系統可預先設計。上述三種基於快速成型的人工骨支架製造方法都側重於人工骨支架的三維幾何形態和微觀結構的設計，未考慮調控人工骨支架的力學性能。故此，本發明提出了可控力學性能的生物陶瓷微球人工骨支架快速成型方法。該方法是在現有人工骨支架快速成型方法的基礎上，以成型後人工骨支架的力學性能為設計目標，而提出的一種新型的人工骨支架快速成型方法。
發明內容
現有的人工骨支架快速成型方法，主要考慮人工骨支架三維形態和微觀結構，而很少考慮其力學性能。為了提高人工骨支架力學可操控性，本發明提出了一種可控力學性能的生物陶瓷微球人工骨支架快速成型方法。為了達到上述目的，本發明採用的技術方案是一種可控力學性能的生物陶瓷微球人工骨支架快速成型方法，通過控制噴頭的掃描運動，將瞬幹粘結劑選擇性地噴灑到生物陶瓷微球層表面，從而將生物陶瓷微球分層疊加粘結，堆積成型出三維人工骨支架結構。 具體步驟如下步驟1、計算機處理人工骨支架三維CAD模型，將其從下至上順序分割成間距為 Ah的二維截面圖形N份，第i份截面圖形面積為Ai,其中Ah的大小為生物陶瓷微球的直徑；步驟2、設定每層生物陶瓷微球單位面積上瞬幹粘結劑的平均用量為qi ；步驟3、將步驟1生成的N份二維截面圖形送入快速成型機；步驟4、i = 1，在成型工作檯上均勻鋪上一層生物陶瓷微球並用鋪粉輥壓實。步驟5、調節噴嘴工藝參數，設定工作噴嘴數Iii、單個噴嘴流量Qi、第j個工作噴嘴的噴灑時間、以及噴嘴到生物陶瓷微球層的間距1 ；控制噴頭掃描軌跡，按照第i份截面圖形，選擇性噴灑瞬幹粘結劑到第i層生物陶瓷微球上；對所述瞬幹粘結劑的要求是固化時間為10s-60s、粘度低足以適合噴灑；然後再均勻鋪上一層生物陶瓷微球並用鋪粉輥壓實， 形成第i+Ι層。其中，Qytj應滿足如下關係
權利要求
1. 一種可控力學性能的生物陶瓷微球人工骨支架快速成型方法，其特徵在於，包括如下步驟步驟1、計算機處理人工骨支架三維CAD模型，將其從下至上順序分割成間距為Ah的二維截面圖形N份，第i份截面圖形面積為Ai,其中Ah的大小為生物陶瓷微球的直徑； 步驟2、設定每層生物陶瓷微球單位面積上瞬幹粘結劑的平均用量為qi ； 步驟3、將步驟1生成的N份二維截面圖形送入快速成型機； 步驟4、i = 1，在成型工作檯上均勻鋪上一層生物陶瓷微球並用鋪粉輥壓實。 步驟5、調節噴嘴工藝參數，設定工作噴嘴數Iii、單個噴嘴流量Q」第j個工作噴嘴的噴灑時間、以及噴嘴到生物陶瓷微球層的間距1 ；控制噴頭掃描軌跡，按照第i份截面圖形， 選擇性噴灑瞬幹粘結劑到第i層生物陶瓷微球上；對所述瞬幹粘結劑的要求是固化時間為10s-60s、粘度低足以適合噴灑；然後再均勻鋪上一層生物陶瓷微球並用鋪粉輥壓實，形成第i+Ι層。其中，Qytj應滿足如下關係q=YjQl^t]IAlJ=I步驟6、判斷i值，如果i <N-1，i = i+1，重複步驟5 ；否則，進入下一步； 步驟7、支架製作完畢，取出支架，對支架進行後處理。
全文摘要
本發明公開了一種可控力學性能的生物陶瓷微球人工骨支架快速成型方法，該方法首先將人工骨支架CAD模型分割成等間距的二維截面圖形N份；然後按照生成的二維截面圖形，控制噴頭的掃描運動，將瞬幹粘結劑選擇性地噴灑到生物陶瓷微球層表面，從而將生物陶瓷微球分層疊加粘結，堆積成型出三維人工骨支架結構。通過控制瞬幹粘結劑的噴灑量，來控制生物陶瓷微球層之間的粘結強度，進而控制整個人工骨支架的力學性能；通過調節生物陶瓷微球的直徑和瞬幹粘結劑的噴灑量，可獲得不同孔隙率的人工骨支架；本發明使用的粘結劑為醫用瞬幹粘結劑，保證了人工骨支架的生物相容性和成型效率。
文檔編號A61F2/28GK102283723SQ20111015493
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月9日 優先權日2011年6月9日
發明者周金華, 李鵬林, 楊明明, 汪焰恩, 王月波, 秦琰磊, 韓琴, 魏生民 申請人:西北工業大學