负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架增材制造方法技术

本发明专利技术涉及一种负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架增材制造方法。首先，以负泊松比结构单元为基础，设计径向及轴向具有负泊松比效应的血管支架初始构型并建立所需血管支架三维结构模型；然后，采用微滴喷射增材制造技术，进行负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架的增材制造；最后，测试血管支架的性能。微滴喷射增材制造复杂几何结构血管支架，有效提高血管支架控形控性能力；利用负泊松比效应，实现血管支架的微创植入，支架膨胀过程中血管壁均匀受力有效避免损伤和没有轴向收缩避免支架迁移；同时满足可降解形状记忆聚合物血管支架在外界激励下形状记忆自主逐渐扩张和生物可降解，有效避免支架内再狭窄和植入后再取出困难等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及增材制造
及可降解形状记忆聚合物成形领域，特别涉及机械工程、组织工程、生命科学及材料科学的交叉领域，尤指一种负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架增材制造方法。
技术介绍
血管支架植入是用于治疗血管阻塞疾病的方法中应用最为广泛效果最好的技术，而再狭窄是血管支架植入的主要失效形式之一。目前最为常用的支架类型是球囊扩张型支架，是通过球囊导管将支架送至病变处，然后利用球囊的压力扩张释放支架，但球囊扩张容易引发血管壁弹性回缩以及血管壁损伤导致血管壁新生内膜增生，平滑肌迁移增生导致再狭窄。药物洗脱支架利用聚合物携带药物，当支架置入血管内病变部位后，药物逐渐洗脱出来，达到抗炎、抑制平滑肌迁移增殖、防止支架内再狭窄的作用，但是由于支架无法完全降解产生排异反应，药物洗脱支架只是延迟了再狭窄的时间，并未从根本上解决再狭窄问题。因此，越来越多的焦点被投向生物可降解型支架，支架在完成一定时间的支撑后降解，可以避免由于支架的存在诱发排异反应，并且随着支架降解的深入，机械强度逐渐降低使扩张力平稳过渡，同时还可以进行释放药物治疗疾病。而采用自主逐渐扩张型支架则降低了由于球囊扩张引发血管壁弹性回缩以及血管壁损伤。生物可降解形状记忆聚合物血管支架同时满足自主逐渐扩张和生物可降解，将为解决血管支架再狭窄提供有效方法。形状记忆聚合物（Shape Memory Polymer，SMP）是一类在外界激励（如热、光、电、磁、声等物理因素或者酸碱度等化学因素）下可发生较大变形且变形可回复的高分子材料。热致感应型SMP是最为常见的形状记忆聚合物，这类SMP由记忆起始形状的固定相和随温度变化能可逆地固化和软化的可逆性组成，其形状记忆过程可以分为高温变形、降温固定、高温回复三个阶段。SMP具有易赋形、电绝缘性好、保温性好、可大变形、形状回复温度便于调整等优势，此外SMP价格低廉、材质密度小，具有良好的生物相容性以及可控生物降解性能。基于SMP良好的性能，研究人员在生物医学领域进行了积极和探索并且取得丰硕的成果。在药物释放、血栓清除、手术缝合线、齿科矫形等领域，充分显示了SMP的形状记忆和生物降解的双重优越性。泊松比的概念是由法国科学家泊松最先发现和提出的，并将其定义为：单轴拉伸或压缩时，横向应变和纵向应变的比值，即。大多数工程材料在承受单轴拉伸时横截面会收缩，横向应变为负，得到的泊松比为正值。而有些材料在承受单轴拉伸时横截面会扩张，于是纵横向的应变都为正值，此时的泊松比具有负值。负泊松比材料独特的拉伸膨胀行为示出良好的力学和物理特性，包括剪切模量、断裂韧性、热冲击强度、压痕阻力等。负泊松比材料的出现为发展具有特殊力学属性材料与结构提供了一个全新的方向和途径，其在传感器、生物医学、航空航天及其他国防科技领域都具有广阔的应用前景。现有血管支架的加工方法主要有丝缠绕、光化学刻烛、激光镂空切割和注塑成形等，存在诸如难以加工复杂结构、自动化程度低、工艺复杂等问题，尤其对于微小尺寸、复杂结构的聚合物材料血管支架激光刻蚀容易造成材料边缘熔化，造成精度差。增材制造技术，又称3D打印技术是通过CAD 设计数据采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法。增材制造技术被认为是推动第三次工业革命的核心技术，拥有数字化、网络化、个性化、定制化等特点，是大批量制造模式向个性化制造模式发展的引领技术，可针对多种材料加工任意几何形状的零件，目前已被各国作为战略化新兴产业大力发展，不仅越来越广泛地应用于航空航天、工业设计、纳米传感器、艺术等领域，在生物医学领域的应用也越来越广泛，在组织再生工程、口腔材料、药物传输等领域展现出光明前景。正是由于增材制造技术个性化、定制化的特点，在血管支架的制造上有很大优势，将为制造任意复杂结构并与人体特定病变位置血管形状相适应的个性化、定制化血管支架提供可靠的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架增材制造方法，解决了传统血管支架造成的支架内再狭窄问题。实现复杂负泊松比结构血管支架数字化、定制化的制造，实现血管支架可通过外界激励形状记忆自主逐渐扩张和生物可降解。将负泊松比结构应用于血管支架，可以使血管支架在植入前压缩，使轴向径向尺寸同时同减小，有利于微创植入；并且负泊松比结构在面外弯矩作用下呈现出拱形形状，可以使膨胀过程中血管壁均匀受力有效避免损伤。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架增材制造方法，包括如下步骤：步骤（1）：以具有负泊松比效应的结构单元为基础，设计径向及轴向具有负泊松比效应的血管支架三维结构模型，所述血管支架三维结构模型为负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架，其壁厚为0.05mm-0.2mm，直径为1.5mm-5mm；步骤（2）：将所设计的血管支架三维结构模型以STL格式输入到增材制造系统中，系统控制软件将三维结构模型数据进行分层切片处理，并将每层的数据生成相应的运动轨迹代码；步骤（3）：采用微滴喷射增材制造技术，以生物可降解形状记忆聚合物为材料，设定打印速度为30mm/s-60mm/s，层厚为0.05mm-0.2mm，喷头温度控制在可降解形状记忆聚合物熔点±2℃范围之内，喷嘴直径为0.015mm-0.2mm；步骤（4）：采用微滴喷射增材制造系统进行血管支架的打印，采用阀控式喷头、压电式喷头或微注射器式喷头借助机械运动或压缩空气产生的压力，使熔融状态材料由喷嘴喷出，按扫描轨迹的方式完成第一层喷射打印后，喷头上升一个打印层厚度，进行下一层打印，重复上述过程，直到最终完成负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架的成形；负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架的悬空部位底层可采用水溶性支撑材料进行打印，起到支撑的作用，以保证下一层顺利成形；步骤（5）：待打印室温度冷却到室温，从打印室中取出负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架；步骤（6）：将取出的负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架放置于超声波清洗机中用去离子水进行清洗，直至去除支撑材料，将去掉支撑的负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架进行真空干燥；步骤（7）：对成形后的负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架进行性能测试，对负泊松比效应、形状记忆效应、力学性能、生物相容性、生无可降解性进行测试，保证负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架满足使用要求。所述的负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架的可降解形状记忆聚合物为聚左旋乳酸、乳酸与己内酯共聚物、多嵌段聚（酯-氨酯）、聚氨酯/聚己内酯混合物、外消旋聚乳酸与羟基磷灰石混合物或可降解聚氨酯。所述的负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架以负泊松比结构单元为基础，负泊松比结构可使血管支架在径向及轴向方向拥有负泊松比效应，并具有负泊松比结构特殊的力学性能，即在植入时血管支架径向、轴向尺寸同时缩小，实现微创植入，植入后血管支架径向、轴向尺寸同时扩张，避免了轴向收缩，有利于血管支架的定位避免支架迁移，并且血管支架在面外弯矩作用下呈现出拱形形状，可以使膨胀过程中血管壁均匀受力有效避免损伤。所述的负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架具有形状记忆效应，利用形状记忆聚合物可高温变形、降温固定、高温回复的特点，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架增材制造方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤（1）：以具有负泊松比效应的结构单元为基础，设计径向及轴向具有负泊松比效应的血管支架三维结构模型，所述血管支架三维结构模型为负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架，其壁厚为0.05mm‑0.2mm，直径为1.5mm‑5mm；步骤（2）：将所设计的血管支架三维结构模型以STL格式输入到增材制造系统中，系统控制软件将三维结构模型数据进行分层切片处理，并将每层的数据生成相应的运动轨迹代码；步骤（3）：采用微滴喷射增材制造技术，以生物可降解形状记忆聚合物为材料，设定打印速度为30mm/s‑60mm/s，层厚为0.05mm‑0.2mm，喷头温度控制在可降解形状记忆聚合物熔点±2℃范围之内，喷嘴直径为0.015mm‑0.2mm；步骤（4）：采用微滴喷射增材制造系统进行血管支架的打印，采用阀控式喷头、压电式喷头或微注射器式喷头借助机械运动或压缩空气产生的压力，使熔融状态材料由喷嘴喷出，按扫描轨迹的方式完成第一层喷射打印后，喷头上升一个打印层厚度，进行下一层打印，重复上述过程，直到最终完成负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架的成形；负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架的悬空部位底层可采用水溶性支撑材料进行打印，起到支撑的作用，以保证下一层顺利成形；步骤（5）：待打印室温度冷却到室温，从打印室中取出负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架；步骤（6）：将取出的负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架放置于超声波清洗机中用去离子水进行清洗，直至去除支撑材料，将去掉支撑的负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架进行真空干燥；步骤（7）：对成形后的负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架进行性能测试，对负泊松比效应、形状记忆效应、力学性能、生物相容性、生无可降解性进行测试，保证负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架满足使用要求。...

【技术特征摘要】
1.一种负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架增材制造方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤（1）：以具有负泊松比效应的结构单元为基础，设计径向及轴向具有负泊松比效应的血管支架三维结构模型，所述血管支架三维结构模型为负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架，其壁厚为0.05mm-0.2mm，直径为1.5mm-5mm；步骤（2）：将所设计的血管支架三维结构模型以STL格式输入到增材制造系统中，系统控制软件将三维结构模型数据进行分层切片处理，并将每层的数据生成相应的运动轨迹代码；步骤（3）：采用微滴喷射增材制造技术，以生物可降解形状记忆聚合物为材料，设定打印速度为30mm/s-60mm/s，层厚为0.05mm-0.2mm，喷头温度控制在可降解形状记忆聚合物熔点±2℃范围之内，喷嘴直径为0.015mm-0.2mm；步骤（4）：采用微滴喷射增材制造系统进行血管支架的打印，采用阀控式喷头、压电式喷头或微注射器式喷头借助机械运动或压缩空气产生的压力，使熔融状态材料由喷嘴喷出，按扫描轨迹的方式完成第一层喷射打印后，喷头上升一个打印层厚度，进行下一层打印，重复上述过程，直到最终完成负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架的成形；负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架的悬空部位底层可采用水溶性支撑材料进行打印，起到支撑的作用，以保证下一层顺利成形；步骤（5）：待打印室温度冷却到室温，从打印室中取出负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架；步骤（6）：将取出的负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架放置于超声波清洗机中用去离子水进行清洗，直至去除支撑材料，将去掉支撑的负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架进行真空干燥；步骤（7）：对成形后的负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架进行性能测试，对负泊松比效应、形状记忆效应、力学性能、生物相容性、生无可降解性进行测试，保证负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架满足使用要求。2.根据权利要求1所述的负泊松比可降解形状记忆聚合物血管支架增材制造方法，其特征在于：所述的负泊松比可降解形状记忆聚合物血管的可降解形状记忆聚合物为聚左旋乳酸、乳酸与己内酯共聚物、多嵌段聚（酯-氨酯）、聚氨酯/聚己内酯混合物、外消旋聚乳酸与羟基磷灰石混合物或可降解聚氨酯。3.根据权利要求1所述的负泊松比可降解形状记忆聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文征，武子超，耿鹏，隋航，王博凡，刘巍，赵继，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22