[發明專利]一種基于光固化成型三維打印生物陶瓷支架的方法和應用

有效

• 申請號: 201710339197.5
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107296985B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 何福坡;任偉瑋;潘東偉;伍尚華
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: A61L27/56
• 分類號: A61L27/56;A61L27/10;A61L27/12;A61L27/54;A61L27/50;B33Y10/00;B33Y70/10;B33Y80/00;C04B35/01;C04B35/195;C04B35/22;C04B35/447;C04B35/622;C04B3
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發明公開一種基于光固化成型三維打印生物陶瓷支架的方法，首先將生物陶瓷、生物玻璃助燒劑與樹脂預混液均勻混合，獲得光敏陶瓷漿料；將光敏陶瓷漿料置于光固化成型設備上，根據輸入成型機的三維模型三維打印出生物陶瓷支架坯體；將陶瓷支架坯體進行干燥、脫脂、燒結，獲得生物陶瓷支架。該生物陶瓷支架具有三維尺寸不受限制、強度高、100％三維孔連通，孔結構精確可控等特點，在骨缺損修復材料領域中具有很好的應用前景。

技術領域

本發明屬于生物制造或生物醫用材料技術領域，更具體地，涉及一種基于光固化成型三維打印生物陶瓷支架的方法和應用。

背景技術

可降解生物陶瓷是最常見的人工合成骨修復材料。可降解生物陶瓷材料主要包括硅酸鹽陶瓷、磷酸鈣陶瓷和碳酸鈣陶瓷等。可降解生物陶瓷往往做成多孔支架，為骨組織和細胞的長入提供空間，實現結構上的骨傳導，并促進材料的降解和吸收，從而加速骨重建和再生。目前，多孔生物陶瓷的成型制備方法主要有造孔劑法、冷凍澆筑法、氣體發泡法、有機泡沫浸漬法等。采用這些方法制備的多孔生物陶瓷支架難以平衡孔結構和力學性能的關系。由于孔結構不均勻，存在較大的應力集中，隨著孔隙率、孔徑和三維連通性的提高，支架的力學性能急劇惡化。三維打印(也叫快速成型或增材制造)法制得的多孔生物陶瓷支架孔結構均勻可控，完全三維孔連通，可獲得較高的強度。目前用于制備多孔生物陶瓷支架的三維打印方法主要是三維繪圖打印、噴墨打印、自動注漿成型或熔融沉積型打印。這些三維打印方法的打印精度較低，采用的陶瓷漿料濃度較小，采用的水基粘結劑的粘結力有限，在多孔支架的成型過程中，當支架坯體的高度超過一定尺寸后，多孔支架坯體在自身重力的作用下容易坍塌變形。這些三維打印方法制備的多孔陶瓷支架的高度(Z軸)有限。

綜上所述，雖然采用三維打印制備的多孔可降解生物陶瓷支架具有明顯的優點，但是存在孔結構精度較低，支架三維尺寸有限的問題。基于光固化成型的三維打印技術具有較高的精度，主要用于打印光敏樹脂。用陶瓷-光敏樹脂的混合漿料替代光敏樹脂，可以在光固化成型機上三維打印陶瓷件素坯。由于作為粘結劑的光敏樹脂固化后具有較高的強度，利用光固化成型三維打印的陶瓷素坯不受尺寸限制。通過后處理工藝(包括干燥、脫脂和燒結等)，可以最終獲得相應的陶瓷異形件。目前，光固化成型技術已經被成功用于三維打印氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、氧化硅陶瓷、鋯鈦酸鉛壓電陶瓷等。然而，目前尚無利用光固化成型技術三維打印多孔生物陶瓷支架的相關論文和專利報道，主要的原因是陶瓷光固化成型的樹脂含量偏高，而生物陶瓷的燒結性能較差，采用陶瓷光固化成型技術三維打印的生物陶瓷支架結構疏松，強度偏低，難以滿足骨缺損修復的要求。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種基于光固化成型三維打印生物陶瓷支架的方法。該方法通過引入低熔點生物玻璃作為助燒劑，可以解決有機物添加劑過多、生物陶瓷燒結性能差而導致的生物陶瓷支架強度偏低的問題，采用光固化成型三維打印生物陶瓷支架可獲得更高精度的孔結構，且三位尺寸(尤其是Z軸)不受限制。

本發明的另一目的是提供一種上述方法制備的生物陶瓷支架，該生物陶瓷支架具有三維尺寸不受限制、孔結構精確可控，100％三維孔連通和強度高的優點，具有很好的應用前景。

本發明上述目的通過以下技術方案予以實現：

一種基于光固化成型三維打印生物陶瓷支架的方法，包括以下具體步驟：

S1.將生物陶瓷、生物玻璃助燒劑與樹脂預混液均勻混合，獲得用于光固化成型的光敏陶瓷漿料；

S2.將光敏陶瓷漿料置于光固化成型設備上，將多孔支架的三維模型輸入到光固化成型機，通過光固化成型法三維打印出多孔生物陶瓷支架坯體；

S3.將多孔生物陶瓷支架坯體進行干燥后，先真空、中性氣氛或惰性氣氛下脫脂處理，然后在空氣進行脫脂，燒結，獲得生物陶瓷支架。

優選地，步驟S1中所述的生物陶瓷為磷酸鈣陶瓷、硅酸鹽陶瓷或碳酸鈣陶瓷中的一種以上。