一种FDM技术3D打印的人体可吸收增强型骨固定结构材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种FDM技术3D打印的人体可吸收增强型骨固定结构材料及其制备方法，该增强型骨固定结构材料是用可降解生物材料通过FDM技术3D打印成型后再进行增强增韧处理而成的；制备包括：(1)将可降解生物材料A采用FDM技术3D打印骨固定结构产品；(2)将可降解生物材料B溶解在特定溶剂中，制成B溶液；(3)将骨固定结构产品在真空条件下抽除内部空气并进行真空封装，随后投放于B溶液中后去除封装；(4)然后超声波处理；(5)干燥去除溶剂后得到FDM技术3D打印的人体可吸收增强型骨固定结构材料。本发明专利技术的增强型骨固定结构材料产品具有较好的强韧性，适于用作体内骨固定材料，其制备方法简单，成本低，对环境友好。

【技术实现步骤摘要】
一种FDM技术3D打印的人体可吸收增强型骨固定结构材料及其制备方法
本专利技术涉及一种FDM技术3D打印的人体可吸收增强型骨固定结构材料及其制备方法。
技术介绍
采用3D熔融层积成型技术(FDM)制备可吸收的生物医用材料已受到越来越多的重视。FDM技术是采用热熔喷头使得熔融状态的材料按计算机控制的路径挤出、沉积并凝固成型，经过逐层沉积、凝固、最后除去支撑材料得到所需的三维产品。FDM技术所使用的原料通常为热塑性高分子，而用于人体内修复性器件的材料通常为与人体相容性较好的可降解生物材料。如Hung-JenYen等人【Hung-JenYenEt.al.Evaluationofchondrocytegrowthinthehighlyporousscaffoldsmadebyfuseddepositionmanufacturing(FDM)filledwithtypeIIcollagen，BiomedicalMicrodevices,11(3),615-624】采用聚乙交酯丙交酯共聚物(PLGA)为原料，利用FDM技术制备了用于修复软骨的组织工程支架，该支架为高度孔隙结构，再用胶原对支架进行修饰改进，在支架的大孔之间形成胶原海绵状结构，这种细絮状结构非常有利于软骨细胞的生长。荷兰学者Seyednejad等人【Seyednejad等，PreparationAndcharacterizationofathree-dimensionalprintedscaffoldbasedonafunctionalizedpolyesterforbonetissueengineeringapplications,ActaBiomaterialia，2011，7:1999～2006】合成了羟甲基乙交酯(HMG)与ε-CL的共聚物PHMGCL，随后通过FDM技术制备了3维的仿人骨组织工程支架，该支架为内孔相连的高空隙结构，侧链羟基的引入增强了支架的亲水性以及降解速率，并促进了细胞对支架的粘附，使得骨质干细胞存活率和繁衍活性大大增加，此外实验表明，该支架具有较好的血管生成效果。新加坡国立大学的Zein等人【Zein等，Fuseddepositionmodelingofnovelscaffoldarchitecturesfortissueengineeringapplications.Biomaterials,2002,23(4):1169-1185】以聚己内酯为原料，采用FDM技术制备了一种内部完全贯通的蜂窝状组织工程支架，内部通道尺寸控制在160～700μm之间，孔隙率控制在48～77％之间，支架材料的压缩硬度波动在4～77MPa范围区间，其屈服强度为0.4～3.6MPa，屈服应变为4％～28％；实验结果表明，支架的生物相容性很好，3、4周后细胞完全充满了支架的空隙。同样来自新加坡国立大学的Cao等人【Cao等，Scaffolddesignandinvitrostudyofosteochondralcocultureinathree-dimensionalporouspolycaprolactonescaffoldfabricatedbyfuseddepositionmodeling，TissueEngineering，2003，9:S-103～S-112】也是采用聚己内酯为原料，用FDM技术制备了组织工程软骨支架，随后将成骨细胞和软骨细胞分别置于支架的不同部位；实验结果表明，2种细胞在支架上分泌出不同的细胞外基质，在成骨细胞置放区域出现了较高的骨钙，而软骨细胞置放区域则长出了较多的碱性磷酸酶，表明这种FDM打印的聚己内酯支架可用于软骨组织修复之用。Kim等人【Kim等，BlendedPCL/PLGAscaffoldfabricationusingmulti-headdepositionsystem，MicroelectronEng，2009，86:1447～1450】以PCL和PLGA为原料，采用了多头的3D熔融层积成型技术制备了三维的复合支架，支架为多孔结构，空隙率高达69.6％，平均孔径为600μm；支架有较好的支撑强度，在随后的细胞实验中能维持原始结构。在另外一个多头3D熔融层积成型技术应用实例中，韩国浦项工科大学的Shim等人【Shim等人，Developmentofahybridscaffoldwithsyntheticbiomaterialsandhydrogelusingsolidfreeformfabricationtechnology，Biofabrication，2011，3:034102】在打印生物材料支架的同时利用多头打印技术在3D支架中注入水凝胶，其目的是为生长因子和细胞提供理想的载体。由上述实例可见，虽然FDM技术已广泛用于打印植入生物体内的模拟人工脏器或者辅助性医疗器械，但由于FDM技术本身的限制，所得到的产品内部结构是疏松的，孔隙率较大。这是因为FDM是一种熔融层积成型的技术，成型过程中，半熔融状态的物料细流在计算机程序的指引下边冷却边堆积成型，细流条之间不可避免会形成大量空隙，这是FDM技术实施过程中必然产生的结果。也正是因为FDM技术的上述特点，所制备的产品的密实度较差，通常用作需求高孔隙率的组织工程支架。这些支架虽然具备一定的强度，能维持细胞的繁衍和生长，但其强度值用作结构材料还是远远不够的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种FDM技术3D打印的人体可吸收增强型骨固定结构材料及其制备方法，该骨固定结构材料为对熔融层积孔隙结构进行充填增强后的密实结构，其结构强度较好，可以用作对强度有一定需求的骨修复材料，如骨钉、接骨板等等。其制备方法简单，适合于工业化生产。为实现上述目的，本专利技术可通过以下技术方案予以解决：一种FDM技术3D打印的人体可吸收增强型骨固定结构材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将可降解生物材料A采用FDM技术3D打印骨固定结构产品；(2)将可降解生物材料B溶解在特定溶剂中，制成B溶液；所述可降解生物材料B为用聚乙二醇、聚己内酯、聚碳酸丁二醇酯、聚乳酸、胶原蛋白、壳聚糖中的一种；对于聚乙二醇，分子量为2000～20000，溶剂为75±5℃热水，浓度为3～30(W/W)％；对于聚己内酯，分子量为20000～80000，溶剂为四氢呋喃，浓度为3～30(W/W)％；对于聚碳酸丁二醇酯，溶剂为二甲基甲酰胺，浓度为3～30(W/W)％；对于聚乳酸，溶剂为二氯甲烷，浓度为3～30(W/W)％；对于胶原蛋白，溶剂为80±5℃热水，浓度为3～30(W/W)％；对于壳聚糖，溶剂为浓度是(1～3(W/W)％)的醋酸，浓度为0.5～4(W/W)％；(3)将所述骨固定结构产品在真空条件下抽除内部空气并进行真空封装，随后投放于B溶液中后去除封装；(具体解释下真空封装和去除封装的操作步骤)(4)然后超声波处理；(5)干燥去除溶剂后得到FDM技术3D打印的人体可吸收增强型骨固定结构材料。作为本专利技术的优选技术方案：本专利技术所述的一种FDM技术3D打印的人体可吸收增强型骨固定结构材料的制备方法，所述步骤(1)前先将所述可降解生物材料A通过熔融成型法制成直径为1.75±0.10mm的细长线条，长度为3～50米。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种FDM技术3D打印的人体可吸收增强型骨固定结构材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将可降解生物材料A采用FDM技术3D打印骨固定结构产品；(2)将可降解生物材料B溶解在特定溶剂中，制成B溶液；所述可降解生物材料B为用聚乙二醇、聚己内酯、聚碳酸丁二醇酯、聚乳酸、胶原蛋白、壳聚糖中的一种；对于聚乙二醇，分子量为2000～20000，溶剂为75±5℃热水，浓度为3～30(W/W)％；对于聚己内酯，分子量为20000～80000，溶剂为四氢呋喃，浓度为3～30(W/W)％；对于聚碳酸丁二醇酯，溶剂为二甲基甲酰胺，浓度为3～30(W/W)％；对于聚乳酸，溶剂为二氯甲烷，浓度为3～30(W/W)％；对于胶原蛋白，溶剂为80±5℃热水，浓度为3～30(W/W)％；对于壳聚糖，溶剂为浓度是(1～3(W/W)％)的醋酸，浓度为0.5～4(W/W)％；(3)将所述骨固定结构产品在真空条件下抽除内部空气并进行真空封装，随后投放于B溶液中后去除封装；(4)然后超声波处理；(5)干燥去除溶剂后得到FDM技术3D打印的人体可吸收增强型骨固定结构材料。

【技术特征摘要】
1.一种FDM技术3D打印的人体可吸收增强型骨固定结构材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将可降解生物材料A采用FDM技术3D打印骨固定结构产品，所述的可降解生物材料A为聚己内酯、聚碳酸丁二醇酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乙交酯丙交酯共聚物以及聚对二氧环已酮中的一种；(2)将可降解生物材料B溶解在特定溶剂中，制成B溶液；所述可降解生物材料B为用聚乙二醇、聚己内酯、聚碳酸丁二醇酯、聚乳酸、胶原蛋白、壳聚糖中的一种；对于聚乙二醇，分子量为2000～20000，溶剂为75±5℃热水，浓度为3～30(W/W)％；对于聚己内酯，分子量为20000～80000，溶剂为四氢呋喃，浓度为3～30(W/W)％；对于聚碳酸丁二醇酯，溶剂为二甲基甲酰胺，浓度为3～30(W/W)％；对于聚乳酸，溶剂为二氯甲烷，浓度为3～30(W/W)％；对于胶原蛋白，溶剂为80±5℃热水，浓度为3～30(W/W)％；对于壳聚糖，溶剂为浓度是1～3(W/W)％的醋酸，浓度为0.5～4(W/W)％；(3)将所述骨固...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉亚丽，杨庆，郯志清，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31