[發明專利]一種基于光固化成形的仿生支架多孔結構的制造工藝

無效

• 申請號: 200910046505.0
• 申請日: 2009-02-24
• 公開（公告）號: CN101536936A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 林柳蘭;戎斌;張加峰;胡慶夕;方明倫;趙莉
• 申請（專利權）人: 上海大學;上海組織工程研究與開發中心
• 主分類號: A61F2/82
• 分類號: A61F2/82;A61F2/28;A61L27/56;A61L27/10
• 代理公司: 上海上大專利事務所（普通合伙）
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種骨科醫療修復用的人工骨，特別涉及一種基于光固化成形的骨仿生支架的多孔結構的制造工藝。

背景技術

骨骼在人體中有著舉足輕重的作用，因各種創傷、腫瘤或感染等原因喪失一定的骨質形成較大間隙的骨缺損是臨床醫學中常見的難題。小段骨的修復問題能夠通過人體生物組織的再生(成骨細胞的繁殖和爬行)進行修復，受損的骨組織可以自行恢復。一旦受損的骨組織超過30mm，就不能通過骨骼自身的生長自行彌補。如何促進骨缺損的盡快愈合，一直是骨科領域努力解決的問題。

組織工程的方法克服了傳統治療手段的缺點，具有真實模擬自然骨骼和誘導真實骨再生的特性，為骨缺損的修復帶來了新的機遇。近年來，骨組織工程的應用研究已經在矯形外科、口腔外科及顱面外科等多個領域蓬勃展開，國內外研究者已進行了體外和體內的臨床實驗，有望成為組織工程中繼人造皮膚之后又一個近期內實現臨床應用的產品。

仿生支架是骨組織工程的三要素之一，支架不僅為特定的細胞提供結構支撐，而且還能引導組織再生、控制組織結構。組織工程可降解支架可以創造一種微環境，以利于細胞的粘附、增殖和功能發揮，并且誘導特定的細胞功能，引導和調節細胞間的相互作用，并能夠最終被新生組織替代。為了滿足這些功能要求，可降解支架需要具備良好的生物相容性及生物活性，并具有適合細胞生長增殖的微觀多孔結構，以及與缺損部位吻合的外形和足夠的力學強度等。

目前，構建人工骨微觀通道系統，一般成形方法有成孔劑析孔法、發泡成孔法、熱致相分離法、纖維編織法、擠出成形法和壓印成形法等，但這些方法存在著孔洞無法保證導通、工藝可控性差以及無法進行微觀結構的仿生設計和制造的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于針對已有技術的不足，提供一種基于光固化成形的仿生支架多孔結構的制造工藝，制得的仿生支架多孔結構與真實骨更為相近，更有利于細胞的爬行和成骨替代。

為了達到上述目的，本發明構思是：首先使用Micro-CT對松質骨進行掃描，以獲得松質骨的微觀三維多孔結構信息和三維空間位置密度信息的斷面圖像，然后利用不同的組織密度不同則其圖像的閾值不同的原理。對上述各斷層圖像進行閾值處理，區分出所需的組織，獲得其二值化的圖像。經過選取圖像范圍及計算精度，設定生成的三維模型參數值后，便可獲得由數字資料建構的多孔結構骨骼模型。對所述的骨骼模型進行簡化，去除小于100μm的微小結構，再通過布爾減運算得到其三維負型。將該負型模型數據導入光固化成形機中制備負型，并在制備的負型中灌注生物陶瓷漿料，經高溫焙燒后即可得到所需的多孔結構的仿生支架。

根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案：

一種基于光固化成形的仿生支架多孔結構的制造工藝，其特征在于：

(1)獲取仿生支架的多孔結構模型

對自然骨施行Micro-CT掃描，以獲得松質骨的微觀三維多孔結構信息和三維空間位置密度信息的斷層圖像。對上述各Micro-CT掃描獲得的斷層圖像使用最佳閾值法進行二值化處理；得到僅有黑白兩種灰度的圖像；選取計算范圍后，可獲得由數字資料建構的多孔骨骼結構模型；

(2)建立負型計算機模型

對上述的多孔骨骼結構模型進行簡化，去除小于300μm的微小結構，通過布爾減運算得到三維負型模型。再將該負型模型數據結果轉換成快速成形領域的標準接口文件(STL)格式，以便直接進行快速原型制造；

(3)制造負型與灌漿

將負型模型數據導入光固化成型機中加工成形。隨后，在制得的負型中注入生物陶瓷漿料，初步振蕩使漿料填充入負型；再將灌漿后的負型置于真空注型機中，利用真空產生的負壓來消除灌漿后負型內的氣泡殘留，以提高漿料的充填性；

(4)高溫焙燒

將坯體置于高溫實驗電爐中，在常壓、空氣氣氛下進行高溫焙燒。高溫焙燒路線為：高溫焙燒路線為：經1.5±0.2小時由室溫升高到250±5℃；經7±0.2小時由250±5℃升溫到600±5℃；經5±0.2小時由600±5℃升溫到1100±5℃；并在1100±5℃保溫3±0.2小時；保溫結束后隨爐冷卻；經過高溫焙燒后，負型被完全燒除，燒結后得到所需的多孔結構的仿生支架。