[發明專利]基于快速成型的人工生物活性骨骼的復合制造方法

無效

• 申請號: 02114421.4
• 申請日: 2002-01-23
• 公開（公告）號: CN1368386A
• 公開（公告）日: 2002-09-11
• 發明（設計）人: 李滌塵;盧秉恒;吳永輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A61L27/00
• 分類號: A61L27/00;A61F2/28
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 徐文權

一、技術領域

本發明屬于制造領域的醫療修復工程，特別涉及一種基于快速成型的人工生物活性骨骼的復合制造方法。

二、背景技術

疾病、事故和戰爭等各種原因導致了大量的人體創傷，其中對人體骨骼的損傷使得許多人成為殘疾而失去基本生活能力。這給病人的家庭和社會都帶來了極大的影響。如何幫助患者修復缺損或缺失的硬組織，更好地恢復人體硬組織功能是醫學界一直在探索的問題。從生物相容性角度來看，取患者自身的同種組織作修復損傷組織的材料最為理想，但這不僅增加了感染機會，而且骨源也受限制。采用異體骨(動物骨和人尸骨)，雖骨源問題得以解決，但有抗原性，還有社會問題等，于是人們就開始研制能代替患者自身組織的人工材料，用于人體組織和器官的修復并代行其功能。在醫學界，科研工作者用人造材料(塑料、金屬、陶瓷)制成了替代骨植入人體，這種方法可以解決大塊缺損骨骼的修復。目前醫學上使用羥基磷灰石、碳酸鈣等陶瓷材料制造人工骨骼，但利用這些材料制造人工骨骼均需制造復雜的模具，或是進行昂貴的后期加工。由于存在著替代骨制造周期長，產品種類少，大小、形狀不能完全符合患者的實際情況等多種原因，其修復效果不甚理想。目前國內外飛速發展的快速原型制造技術有望解決這些問題。

快速原型制造技術(Rapid?Prototyping?&?Manufacturing，簡稱RPM)是采用材料累加成型原理，無需刀具、工裝，通過多種途徑形成三維實體，它能以最快的速度將設計思想物化為具有一定結構功能的產品原型直接制造零件，從而使產品設計開發可能進行快速評價、測試、改進，以完成設計制造過程，適應市場需求，是一種極富生命力的制造業發展方向，而且快速原型制造技術適宜于單位或小批量生產、制造周期短、不需要復雜的模具就可以達到較高精度的尺寸外形。

目前已開發出的快速成形方法主要有光固化法(Stereolithography)、層疊法(LOM)、燒結法(SLS)、熔焊法(FDM)、3D印刷法(3D-Printer)等。

由于目前用于快速成型制造方法的生物可降解的生物活性材料不經過燒結不具備足夠的強度，所以一般的快速成型制備人工骨骼的方法均需燒結。高溫燒結，使得骨生長因子細胞不能生存。所以，骨生長因子細胞一般是采用燒結后，把固化后的人工生物活性骨骼在適當濃度的含有骨生長因子細胞的液體中浸泡，一定時間后，骨生長因子細胞將進入人工骨骼內部。但是，由于骨生長因子細胞要進入人工骨骼內部，需要較長時間，而且不宜滲入內部，限制了其使用范圍。

三、發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提出了一種基于快速成型的人工生物活性骨骼的復合制造方法。

為達到上述目的本發明采用的技術方案是：

(1)人造骨的仿生CAD設計：

a、骨骼外形CAD設計，通過CT特征斷面測量或外表面測量，用特征數據點重構骨骼外形的三維CAD，并將其以STL數據格式表達；

b、骨骼內部骨髓腔的三維CAD設計，若基于CT斷面數據，可以用重構的方法構造骨髓腔CAD，若基于外表面的測量數據，可以利用外表面形狀建立數學模型來構造骨髓腔的CAD；

c、骨骼骨質組織的CAD設計，通過電子顯微鏡觀察骨骼微孔的尺寸以及分布規律，建立骨質組織微結構數學模型，構造骨骼的三維CAD，保證微孔空間完全導通；

d、通過以上三部分的仿生CAD建模設計，將外形CAD與內部CAD復合起來，構造出完整的骨骼CAD；

(2)成型系統：

a、以乳化糖作成型材料用熔融沉積的方法制造人工骨的反形(負型)；

b、對三維CAD數據進行分層處理，用分層制造的方法快速成型出骨骼外形和內部微結構的負型(反形)；

c、制作一個帶有可控加熱系統的加壓容器，容器底部開一個0.2mm的材料壓出孔，孔由電控開關控制開閉；

d、將整個系統安裝在X-Y工作臺上，有一個可以在Z方向運動的成型平臺，組成一個分層成型系統，將乳化糖裝入加壓容器實現分層制造；

(3)成型工藝：

將乳化糖裝入加壓容器中，將加壓容器的溫度控制在80-120℃、壓力控制在0.8Pa-1Pa來控制乳化糖的流動性和塑性，乳化糖在加熱后達到融化狀態后由材料壓出孔壓出，研究乳化糖壓出速度和X-Y運動速度與乳化糖成絲直徑的關系，以便通過速度來控制不同導管的直徑，骨外形和骨髓腔通過常規的逐層制造方法實現；

(4)骨生長因子和成骨細胞的復合：