[發明專利]一種高強度可生物降解的3D打印成型假體義肢器材及其制備方法

在審

• 申請號: 202010047658.3
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111110911A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 張進;侯琳熙;阮任杰;蘇偉玲;鄒蘊;陳琳;臧浩
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: A61L27/02
• 分類號: A61L27/02;A61L27/12;A61L27/18;A61L27/50;A61L27/54;A61L27/58;B33Y50/00;B33Y70/10;B33Y80/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 饒文君;蔡學俊

本發明公開了一種高強度可生物降解的3D打印成型假體義肢器材及其制備方法。以甘油為增塑劑、鈦酸酯為偶聯劑、β－TCP為增致密性增生物相容性物質、WH為骨修復與骨替代材料、HAP為提升材料生物活性、納米銀為抗菌物質。用熔融共混法對聚乳酸進行改性，降低了材料的脆性，增加了材料的生物相容性、抗菌性，制得改性后的聚乳酸線材適合使用3D打印技術打印出成骨。克服了現有3D打印聚乳酸材料的生物相容性和致密性能差的缺陷，增強了打印成骨的可醫用性，所制成的可降解假體義肢器材可用于現代化治療。而且無機新型材料E還具有很好的可降解性，被降解的材料可在生理環境中被逐步吸收。

技術領域

本發明屬于高分子材料領域，具體涉及一種高強度可生物降解的3D打印成型假體義肢器材及其制備方法。

背景技術

3D打印技術是快速成型技術的一種，又稱增材制造。它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料或其他可粘合材料，采用逐層打印的方法來構造物體的方式。3D打印常用于模具制造，工業設計，后來隨著應用領域擴大，逐漸用于一些產品的直接打印，包括珠寶，鞋類，航空航天，醫療等。3D打印技術所使用的耗材之一聚乳酸，及其共聚物是一種新型的生物降解材料，可由可再生的植物資源所提出的淀粉原料制成。聚乳酸及其共聚物機械性能及物理性能良好，加工方便，應用十分廣泛(MS Shive，JM Anderson etal. Adv Drug Deliv Rev.2012,64(1):72-82)。其生產過程無污染，產品可降解，實現了自然界中的循環，因此聚乳酸及其共聚物是理想的高分子材料。相對于傳統金屬內固定材料，可降解聚合物材料彈性模量低，可以減緩骨折固定處的應力屏蔽。但由聚乳酸及其共聚物擠出的線材本身也存在一些缺陷，如自身強度不高，缺乏柔性和彈性。故發明一種以β-TCP/HAP/WH三種材料復合而成新型無機復合材料尤為重要。近年來，隨著生物陶瓷材料的迅速發展，β-TCP已經成為高新技術的新增長點，關于β-TCP復合生物陶瓷的研究顯得非常活躍。β-TCP成分與骨組織相似，具有良好的生物相容性、容易被生物降解吸收、具有骨傳導性以及無毒副作用，被視為優良的骨替代材料(TN Gondim,Sc Maestrelli et al.MaterialsScience Forum.2016,869:902-906)。致密型β-TCP的生物陶瓷力學性能較好,但不利于材料在體內降解，因而實際應用不多。HAP是脊椎動物骨骼和牙齒的組成成分，具有良好的生物相容性和生物活性，可以作為一種骨骼或牙齒的誘導因子。WH在人類骨骼中含量高達20%，青少年骨骼中含量普遍更高，其可以作為骨修復和骨的替代材料。將該無機復合材料與聚乳酸復合可產生一種新型3D打印材料，該材料可以彌補各單一材料的缺點，產生了單一材料所不具有的優良性能。該復合材料增強了力學性能，有很好的生物相容性，在生物體內可降解，具有骨傳導性以及無毒副作用，但其還不具有抗菌作用。故在該材料中加入納米銀作為抗菌劑，使得該材料具有抗菌的性能。

由于銀離子可以和一些微生物用于呼吸的物質（比如一些含有氧，硫，氮元素的子及化合物對某些細菌顯現出毒性，但對人體卻幾乎是無害的），銀的抗菌性來源于分子形成強烈的結合鍵，使得這些物質不可以為微生物所用，從而使得微生物窒息死亡。銀的這種殺菌效應使得它在活體外就可以將生物殺死。但是活性極強的納米銀具有超強的抗菌能力(Can Peng,Weihua Chen et al. Liaoning Chemical Industry.2010,107(1):85-90)，納米銀抗菌的有效濃度在納摩爾水平，比銀離子的微摩爾水平低了近1000倍。故在復合骨架材料中添加納米銀，可以使得該材料具有超強的抗菌作用，使其更加具有醫用效應。納米銀在殺菌能力和安全性上的優點注定了它的前途一定是寬廣的。相較于傳統3D打印材料，用該材料擠出線材打印出來的產品，具有高強度、可降解、抗菌的性能，增加了材料的生物相容性，能有效的解決使用其他方法產生的產品易感染，開裂等問題。總的來說，采用本發明制得的聚乳酸改性增強材料，打印出來的產品克服了現有3D打印聚乳酸材料強度差和生物相容性差等問題，操作簡單且易于工業化生產。

發明內容