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(jí)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(huì)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(yán)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(jìn)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(shí)不能進(jìn)行個(gè)性化增材制造。

②采用低溫沉積制造技術(shù)制作個(gè)性化PLGA/TCP支架。該制作工藝可實(shí)現(xiàn)對(duì)材料孔徑、形貌等的個(gè)性化制作，但是形成的支架材料強(qiáng)度低。所采用的墨水中含有有機(jī)溶劑，并且PLGA降解會(huì)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(jìn)行磷酸三鈣材料的個(gè)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(gè)性化(如頜骨修復(fù)支架)支架材料。

技術(shù)實(shí)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(diǎn)與不足，提供一種3D打印含多級(jí)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(jī)材料個(gè)性化定制支架困難、強(qiáng)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(jí)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(shí)現(xiàn)：

一種3D打印含多級(jí)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(jì)：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(jì)缺損部位支架形貌；按照缺損部位血管形貌及走形，設(shè)計(jì)多級(jí)血管通道，相鄰級(jí)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(cè)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(jī)(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(jí)血管通道分為一級(jí)通道、二級(jí)通道和三級(jí)通道，其直徑分布為一級(jí)通道2mm、二級(jí)通道1.5mm和三級(jí)通道1mm。

步驟(3)中，所述室溫干燥的時(shí)間≧24h。

一種3D打印含多級(jí)通道的骨修復(fù)支架，由上述制造方法得到。

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

本發(fā)明首先采用CAD軟件設(shè)計(jì)支架結(jié)構(gòu)，制作打印墨水，進(jìn)而采用自動(dòng)注漿機(jī)直接“打印”出個(gè)性化支架材料。

本發(fā)明所述骨骼修復(fù)支架采用國(guó)際先進(jìn)的自動(dòng)注漿技術(shù)制作而成，其個(gè)性化定制的磷酸鈣骨骼修復(fù)支架是國(guó)內(nèi)首例。采用與骨組織成分相近的無機(jī)材料-磷酸三鈣作為主要成分，不僅生物相容性佳，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)定制化制作。同時(shí)，預(yù)構(gòu)的血管束多級(jí)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(shí)施例1的骨骼修復(fù)支架的CAD設(shè)計(jì)圖；其中：①為一級(jí)血管通道，②為二級(jí)血管通道，③為三級(jí)血管通道；

圖2是實(shí)施例1的骨骼修復(fù)支架的成品圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)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(jìn)而相互連通，孔徑均一。因此可實(shí)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(jí)血管通道，以促進(jìn)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(jī)骨修復(fù)替代材料；支架材料個(gè)性化血管通道設(shè)計(jì)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(shí)后期高溫處理可完全去除有害成分同時(shí)增強(qiáng)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(shí)施例

一種3D打印含多級(jí)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(jì)：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(jì)缺損部位支架形貌；按照缺損部位血管形貌及走形，設(shè)計(jì)多級(jí)血管通道，其直徑分布為一級(jí)通道2mm、二級(jí)通道1.5mm和三級(jí)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(cè)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(jī)(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(jì)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(jìn)而在400℃爐子內(nèi)燒結(jié)1h以去除有機(jī)質(zhì)；最后在1200℃(3℃/分鐘)燒結(jié)1h后成型。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。