[發(fā)明專利]氣動擠出沉積成型多孔生物骨支架工藝方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310133048.5
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103171153A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周建平;何慧宇;王鑫;徐國強(qiáng);許燕;張文祥;張嘉宇
• 申請（專利權(quán)）人: 新疆大學(xué)
• 主分類號: B29C67/24
• 分類號: B29C67/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣動擠出沉積成型多孔生物骨支架工藝方法，采用了自行研制的骨支架成型機(jī)，利用了自行配制的成型材料和支撐材料，在最適宜骨組織細(xì)胞生長的孔隙率下合理的選擇了氣動擠出式噴頭的直徑、結(jié)合優(yōu)化路徑算法，使人工成型的骨支架達(dá)到了一定的力學(xué)性能和良好的內(nèi)部連通結(jié)構(gòu)，屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

生物骨的制造方法眾多，從不同的制作工藝上看，傳統(tǒng)的工藝方法主要有成孔劑析孔法、發(fā)泡成孔法、熱致相分離、纖維編織技術(shù)、擠出成型和壓印成型。隨著材料科學(xué)的迅速發(fā)展，又出現(xiàn)了溶解消鑄型法、微粒過濾法、現(xiàn)場聚合法等。而快速成型法又以它自由生成形狀的優(yōu)點(diǎn)成為新近崛起的一種更有望用于制造定制化生物骨的制造方法。

目前在研究以快速成型方式成型人工生物骨支架的成型材料有合成高分子材料（聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚原酸酯(POE)、聚己內(nèi)酯(PCL)等）它們具有價(jià)格便宜，質(zhì)量的重現(xiàn)性好，利于大規(guī)模生產(chǎn)，但其親水性差，細(xì)胞吸附力較弱，易引起無菌性炎癥，強(qiáng)度不足，聚合物中殘留的有機(jī)溶劑對細(xì)胞會產(chǎn)生有毒作用。天然高分子材料（膠原、天然骨、明膠及珊瑚骨等）他們具有無毒、親水性、較好的細(xì)胞親和性和良好的可降解能力，但其力學(xué)性能和加工性能較差。

??因此，選擇一種合適的人工生物骨支架成型材料和恰當(dāng)制造方法并建立其最優(yōu)工藝參數(shù)是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明選擇了適當(dāng)?shù)某尚头椒ǎ侠淼某尚筒牧希瑑?yōu)化了工藝參數(shù)，使人工生物骨支架在保持了一定的力學(xué)性能的同時(shí)又具有良好的微結(jié)構(gòu)、孔隙和尺寸等特征。滿足了人體骨組織修復(fù)的要求。

作為優(yōu)選方案，在成型方法選擇上，快速成型法能滿足可制造個(gè)性化生物骨的要求。

作為優(yōu)選方案，在成型材料的選擇上，羊椎骨粉屬于天然高分子材料，具有取材廣泛、無毒、親水性、較好的細(xì)胞親和性和良好的可降解能力。

作為優(yōu)選方案，在成型材料的粘結(jié)劑上，采用13%-18%的聚乙烯醇（PVA）溶液，當(dāng)其與煅燒羊椎骨粉混合后可將成型骨組織力學(xué)性能達(dá)到最大，且沒有生物毒性。

作為優(yōu)選方案，對支撐材料與粘結(jié)劑的選擇要求是：具有無毒性，易于與成型材料分離，與成型材料具有相同的收縮率，不會是原型件變形。經(jīng)多方研究實(shí)驗(yàn)，選用羥基磷灰石與4%-7%的海藻酸鈉溶劑混合能達(dá)到上述支撐材料提出的要求，使用效果良好。

本發(fā)明具體技術(shù)方案包括下列步驟：

1)根據(jù)實(shí)際要求，構(gòu)造人工生物骨支架三維數(shù)據(jù)模型，并將數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化為STL格式文件；

2)用自行開發(fā)的快速成型機(jī)上位機(jī)軟件進(jìn)行分層處理，選擇最優(yōu)噴頭運(yùn)動路徑算法，并將處理數(shù)據(jù)導(dǎo)入制造過程中；

3）成型材料選擇30-60um之間的羊椎骨粉為溶質(zhì)、13%-18%的PVA為溶劑，按其重量比為1:1.1，充分?jǐn)嚢枋顾麄兓旌暇鶆颍?/p>

4）支撐材料選擇12um的羥基磷灰石為溶質(zhì)、4%-7%的海藻酸鈉為溶劑，按其重量比為1:1，充分?jǐn)嚢枋顾麄兓旌暇鶆颍?/p>

5）將配制好的成型材料與支撐材料分別加入快速成型機(jī)的成型噴頭與支撐噴頭中，將兩個(gè)噴頭接入了精密氣動助力步進(jìn)擠出裝置，然后向了精密氣動助力步進(jìn)擠出裝置中通入0.68Mpa的壓縮空氣，調(diào)整工作臺的運(yùn)動速度為6mm/s；雙噴頭的噴停由了精密氣動助力步進(jìn)擠出裝置控制，雙噴頭的運(yùn)動軌跡和了精密氣動助力步進(jìn)擠出裝置由上位機(jī)軟件控制，根據(jù)步驟2）的分層數(shù)據(jù)與最優(yōu)路徑算法走出每層軌跡，同時(shí)兩種沉積材料選擇性的在壓縮空氣的助力與步進(jìn)電機(jī)精確的作用下從噴嘴噴出形成每層的實(shí)體，逐層堆積，直至形成完整的生物骨支架；

6）將成型好的生物骨支架放在低溫環(huán)境下干燥24小時(shí)；

7）將得到的生物骨支架放入0.9%的生理鹽水中充分浸泡1小時(shí)后清理支撐材料，然后取出在自然干燥環(huán)境下干燥24小時(shí)，即可獲得完整的人工生物骨支架。

本發(fā)明方法改變了傳統(tǒng)的生物骨支架的制備工藝過程，可以制造出任何結(jié)構(gòu)外形復(fù)雜、具有良好的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)、孔隙、尺寸等特征和力學(xué)性能。滿足了人工骨組織修復(fù)的要求，大大提高了個(gè)性化骨組織制定的研制速度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。

?其中人機(jī)交互界面a，STL分層算法b，快速成型制造d，沉積成型出的多孔生物骨支架f。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的氣動擠出沉積成型多孔生物骨支架工藝方法，用自制成型材料和支撐材料，通過氣動擠出沉積成型機(jī)制得人工多孔生物骨支架。