[發明專利]一種多孔生物陶瓷微球的人工骨支架制備方法

無效

• 申請號: 201110154931.3
• 申請日: 2011-06-09
• 公開（公告）號: CN102274544A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 汪焰恩;韓琴;魏生民;王月波;周金華;楊明明;秦琰磊;李鵬林
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: A61L27/18
• 分類號: A61L27/18;A61L27/16;A61L27/10;A61L27/56
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 呂湘連

所屬領域：

本發明涉及一種基于生物陶瓷微球人工骨支架的制備方法。特別涉及利用改良生物膠黏劑通過快速成型的方法制備力學性能可控的活性生物陶瓷微球人工骨支架。

背景技術：

人體骨骼具有一定的再生和自修復能力，但對于因創傷、感染、腫瘤及發育畸形等原因造成的大的骨缺損，單純依靠骨的自修復無法愈合，需采用骨移植手術治療。移植材料主要有自體骨、異體骨和合成材料，自體骨組織移植效果很好，但存在數量十分有限、需要二次手術及取骨區有一定的并發癥等缺點。而異體移植雖不需兩次手術，且具有自體骨的一些優越的組織特點，但移植骨在經消毒處理后會失去強度，部分或完全損失骨誘導因子，并有感染病毒的可能。為了克服這些局限，人們開始研究可用作骨修復與重建用的人工合成材料，要求它們具有與人體骨骼相匹配的力學性能和骨傳導、骨誘導作用。

在現代醫學水平飛速發展的今天，傳統醫用的金屬或合金材料、陶瓷及有機填充物等已越來越不能滿足當前臨床醫療工作的需要。生物陶瓷復合材料由于兼具生物陶瓷優良的生物性能和高分子材料良好的力學性能、加工性能，已成為骨損傷修復重建材料研究的熱點。理論上，高分子材料的化學結構能夠根據需要而設計成在一定的時間內顯示生物惰性或生物降解性。生物降解高分子材料代替金屬材料作為骨替代材料有許多優點：不需要二次手術；其力學性能逐漸衰減，不會限制骨骼的生長；和金屬材料(高強度、高模量)相比，發生骨質疏松的危險較小；克服了因金屬腐蝕所帶來的組織反應；在計算機X射線斷層掃描過程中，不會顯示出人工制品的影像。許多可生物吸收高分子材料已逐漸應用于臨床，如整形外科、顱面、上頜面等外科手術。

為了促進人工骨體內生物相容性，保證骨細胞和營養液物質在支架內的流動，人工骨往往需要制成多孔結構。但是，人工骨的承載功能(彈性模量)也不容小覷，如果植入體內的人工骨支架跟人體原有的骨組織不匹配，會導致磨損、松動及植入體結合不牢固，特別是在承力情況下，恢復期較長，而且可能需要二次手術。本發明的人工骨支架是由生物陶瓷微球用生物膠粘結而成的復合材料。該方法不僅可以保證所得人工骨支架的孔隙率，還可通過調節生物膠黏劑的性能改變人工骨支架的有效彈性模量，做到根據個體差異制作不同彈性模量的人工骨支架。具有合適的微孔結構使得多孔人工骨支架可發揮最優成骨效果

添加制孔劑法是一種常用的制備多孔陶瓷支架的方法。文獻“公開號為CN101011602A的中國發明專利”公開了一種多孔生物陶瓷制備方法，該方法采用擠出滾圓法制備生物陶瓷球形顆粒，然后采用模壓成型工藝將該球直接堆積形成多孔結構，最后在高溫下燒除有機粘結劑形成多孔支架。該方法實現了孔徑、孔內連接徑和孔形狀的調控，但是該方法仍然存在如下問題：

該方法制備多孔陶瓷支架，需要利用模具約束成型，難以按照病人的實際情況調控支架外形，且制備支架的有機粘結劑需要在高溫下燒除，延長了支架制作時間，提高了制備成本，并增加生物陶瓷顆粒被污染的幾率。

公開號為CN101690828A的中國專利公開了一種多孔生物陶瓷制備方法，該方法通過澆注生物陶瓷漿料制造三維殼體，澆注生物陶瓷漿料制造三維殼體，通過冷凍、干燥、燒結，制備出外面相對致密，內部相對疏松的生物陶瓷支架，但是該方法仍存在如下問題：

制備支架的有機粘結劑需要在高溫下燒除，也會延長支架制作時間，提高成本，并增加生物陶瓷顆粒被污染的幾率。且制備的多孔生物陶瓷支架外部致密的結構，營養液很難在其中輸送。

發明內容：

為了克服現有技術人工骨支架承載能力弱，且難以滿足病人個體差異需求，本發明提出一種多孔生物陶瓷微球的人工骨支架制備方法，該方法首先將根據個體特性所建立的三維CAD模型導入三維打印機，然后通過三維打印機噴灑生物膠黏劑粘結生物陶瓷微球，來實現人工骨支架的制備。為了克服現有技術多孔陶瓷支架制備過程中由于燒結而可能導致污染的弱點，本發明提供了改良生物膠黏劑，該膠黏劑具有粘結強度高、韌性大且和人體體液具有良好的相容性的優點，避免了制備過程中的燒結。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于生物陶瓷微球的人工骨支架的制備方法，具體包括以下步驟：

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Δh的二維截面圖形N份，第i份截面圖形面積為A_i，其中Δh的大小為生物陶瓷微球的直徑；

步驟2、將步驟1中輸出的N份二維截面圖形導入三維打印機；分別將生物膠黏劑裝入三維打印機的儲液腔A，增稠增韌改性劑裝入儲液腔B，固化促進劑裝入儲液腔C；

步驟3、i＝1；