3D打印含多級通道的骨修復(fù)支架及其制造方法與流程

本發(fā)明屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種3D打印含多級通道的骨修復(fù)支架及其制造方法。

背景技術(shù)：

外傷、腫瘤、炎癥等常會導(dǎo)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(zhì)量和心理健康。這些骨缺損修復(fù)重建一直是臨床醫(yī)生面臨的難題。目前用于骨缺損修復(fù)的塊狀異質(zhì)骨主要有：

①采用傳統(tǒng)制作工藝-發(fā)泡法制備成型，后期經(jīng)高溫?zé)Y(jié)去除內(nèi)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(yīng)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(shù)制作個性化PLGA/TCP支架。該制作工藝可實現(xiàn)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(chǎn)生炎癥反應(yīng)。

③采用纖維沉積技術(shù)可進行磷酸三鈣材料的個性化增材制造，但是由于粘結(jié)劑等原因目前不能打印大尺寸個性化(如頜骨修復(fù)支架)支架材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的首要目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)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(fù)支架的制造方法，以解決目前骨修復(fù)材料研究領(lǐng)域中出現(xiàn)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(xiàn)狀。

本發(fā)明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(fù)支架。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種3D打印含多級通道的骨修復(fù)支架的制造方法，包括如下步驟：

(1)支架設(shè)計：首先獲取缺損修復(fù)部位及健側(cè)的影像學(xué)數(shù)據(jù)，三維重建后鏡像設(shè)計缺損部位支架形貌；按照缺損部位血管形貌及走形，設(shè)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(nèi)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(jié)：將制備好的墨水放入打印機(3-D Inks，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(jié)構(gòu)中心至中心的距離為500μm；相鄰兩層之間柱狀結(jié)構(gòu)間相互垂直，兩層間的距離為175μm；打印結(jié)束后，取出樣品，室溫干燥后于400℃爐子內(nèi)燒結(jié)1h；以3℃/分鐘升溫、于1200℃燒結(jié)1h，得到骨修復(fù)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(fù)支架，由上述制造方法得到。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：

本發(fā)明首先采用CAD軟件設(shè)計支架結(jié)構(gòu)，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。

本發(fā)明所述骨骼修復(fù)支架采用國際先進的自動注漿技術(shù)制作而成，其個性化定制的磷酸鈣骨骼修復(fù)支架是國內(nèi)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(xiàn)定制化制作。同時，預(yù)構(gòu)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(fù)支架的CAD設(shè)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(fù)支架的成品圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

本發(fā)明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(shè)定位置和間距堆積進而相互連通，孔徑均一。因此可實現(xiàn)支架內(nèi)部100％連通率。按照血管分支結(jié)構(gòu)，在三維支架內(nèi)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(fù)替代材料；支架材料個性化血管通道設(shè)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(zhì)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(xué)性能；支架的多通道結(jié)構(gòu)可以由熔融沉積成型，低溫沉積成型、以及纖維沉積技術(shù)等技術(shù)制作。

實施例

一種3D打印含多級通道的骨修復(fù)支架的制造方法，包括如下步驟：

(1)支架設(shè)計：首先獲取缺損修復(fù)部位及健側(cè)的影像學(xué)數(shù)據(jù)，三維重建后鏡像設(shè)計缺損部位支架形貌；按照缺損部位血管形貌及走形，設(shè)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(nèi)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(jié)：將制備好的墨水放入打印機(3-D Inks，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(jié)構(gòu)中心至中心的距離為500μm；相鄰兩層之間柱狀結(jié)構(gòu)間相互垂直，兩層間的距離為175μm；大體三維結(jié)構(gòu)可設(shè)計為多種尺寸；打印結(jié)束后，從油浴中取出樣品，室溫干燥至少24h，進而在400℃爐子內(nèi)燒結(jié)1h以去除有機質(zhì)；最后在1200℃(3℃/分鐘)燒結(jié)1h后成型。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明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發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。