直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架的方法技术

本发明专利技术提供了一种直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架的方法，包括以下步骤：将羟基磷灰石和氧化铝的混合粉体分散于介质中，制成固相含量为55‑85wt％的氧化铝/羟基磷灰石混合浆料；预先设计待成型样品的三维结构图，并将其进行切片处理，转换成计算机可识别的G代码，将所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料置入成型针筒并固定在成型平台上，在直写平台的带动下沿着G代码指定的路径运动，同时挤出所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料，逐层叠加，形成多层有序的三维多孔结构坯体；将所述三维多孔结构坯体依次进行预烧、烧结处理，得到氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架。

Method for preparing alumina toughened hydroxyapatite biological support by direct writing forming technology

The present invention provides a method for preparing alumina toughened hydroxyapatite scaffold direct writing forming process, which comprises the following steps: mixing powder of hydroxyapatite and alumina dispersed in the medium, made of solid content 55 85wt% alumina / hydroxyapatite mixed slurry; pre designed three-dimensional structure for molding samples, and the section processing, into the computer can identify the G code, the alumina / hydroxyapatite mixed slurry into the molding needle cylinder and fixed on the molding platform, in direct writing platform driven along the path specified by the G code, and the extrusion of alumina / hydroxyapatite mixed slurry, layer by layer, forming a multilayer orderly the three-dimensional porous structure of the body; the three-dimensional porous structure of the body in pre sintering, sintering process, alumina. Hydroxyapatite scaffold.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于医用材料
，尤其涉及一种直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架的方法。
技术介绍
羟基磷灰石具有良好的生物活性和生物相容性，且具有骨传导作用，能够用于诱导骨骼生长，是一种优良的陶瓷人工骨材料。纯羟基磷灰石生物陶瓷，由于力学性能差、抗压强度低，难以作为生物支架用于修复可承重骨骼。生活中意外造成的损伤层出不穷，针对具体病例，需要使用多种复杂形状的骨骼进行修复。常规生物支架的成型技术，成型过程中大多需要使用到激光束或者紫外光辐射，在高温加热条件下进行，因此，其成型工艺要求较高、条件相对苛刻、且得到的产品较为简单，难以实现复杂形状、且线条精细的产品的制备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架的方法，旨在解决采用羟基磷灰石制备生物陶瓷骨材料时机械性能差的问题，以及现有的生物支架成型技术条件苛刻、制备产品简单、难以得到精细产品结构的问题。本专利技术的另一目的在于提供一种由上述方法制备的氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架。本专利技术是这样实现的，一种直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架的方法，包括以下步骤：将羟基磷灰石和氧化铝的混合粉体分散于介质中，制成固相含量为55-85wt％的氧化铝/羟基磷灰石混合浆料；预先设计待成型样品的三维结构图，并将其进行切片处理，转换成计算机可识别的G代码，将所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料置入成型针筒并固定在成型平台上，在直写平台的带动下沿着G代码指定的路径运动，同时挤出所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料，逐层叠加，形成多层有序的三维多孔结构坯体；将所述三维多孔结构坯体依次进行预烧、烧结处理，得到氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架。以及，一种上述方法制备的氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架，所述氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架由为三维周期网络结构，所述氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架的细丝为圆柱形。本专利技术提供的直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架的方法，通过引入氧化铝作为弥散强化相增韧，来增强羟基磷灰石生物陶瓷支架的抗压强度等力学性能和耐磨性，同时保持所述羟基磷灰石的生物活性。同时，本专利技术通过直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架，制备方法相对简单，且全程可控性强，可以得到结构精细复杂的三维多孔材料。进一步的，通过调控氧化铝的添加比例以及预先的结构参数设计，最终可以制备获得机械性能良好的羟基磷灰石生物陶瓷支架，可用于诱导骨细胞的生长以及骨骼修复。本专利技术提供的氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架，由于添加了氧化铝成分，并通过直写成型技术制备，因此，不仅具有较好的机械性能，而且具有精细的三维多孔结构，适用于作为骨材料诱导骨细胞的生长以及骨骼修复。附图说明图1是本专利技术实施例提供的直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架的俯视效果图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供了一种直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架的方法，包括以下步骤：S01.将羟基磷灰石和氧化铝的混合粉体分散于介质中，制成固相含量为55-85wt％的氧化铝/羟基磷灰石混合浆料；S02.预先设计待成型样品的三维结构图，并将其进行切片处理，转换成计算机可识别的G代码，将所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料置入成型针筒并固定在成型平台上，在直写平台的带动下沿着G代码指定的路径运动，同时挤出所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料，逐层叠加，形成多层有序的三维多孔结构坯体；S03.将所述三维多孔结构坯体依次进行预烧、烧结处理，得到氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架。具体的，上述步骤S01中，所述羟基磷灰石单独作为生物支架时，其脆性大，得到的生物支架机械性能差。有鉴于此，本专利技术实施例在羟基磷灰石的基础上，本专利技术实施例添加氧化铝来增韧，从而改善所述生物支架的机械性能。优选的，以所述混合粉体的重量为100％计，所述氧化铝的重量百分含量为10-50％。若所述氧化铝含量过低，则不能有效提高羟基磷灰石生物支架的机械性能，难以修复可承重骨骼；若所述氧化铝含量过高，则所述羟基磷灰石的含量相对降低，得到的生物支架相容性差，且不适用于作为骨材料使用。由于下述步骤S02的直写成型过程需要性能均一稳定的陶瓷浆料作为基础，因此，需要制备用于直写成型的浆料。具体的，本专利技术实施例将羟基磷灰石和氧化铝的混合粉体分散于介质中，超声分散制备氧化铝/羟基磷灰石混合浆料。优选的，所述介质为混合溶剂，包括去离子水和分散剂。以去离子水为主要溶剂的水基胶体浆料，配置过程简单，可以获得较高固相含量的浆料，从而提高烧结致密度。而所述分散剂的添加，能够有效降低粉体颗粒团聚。具体优选的，所述分散剂为柠檬酸铵、十二烷基磺酸钠、聚丙烯酸、甲基纤维素、聚丙烯酰胺中的至少一种，且以所述介质的总重量为100％计，所述分散剂的含量为0.5-3wt％。优选的所述分散剂及其含量，可以更好地配制所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料，且在后续烧结过程均能被排出或分解，不会得到的生物支架的性能。作为一个具体实施例，选用去离子水作为溶剂，添加甲基纤维素作为分散剂，含量为1wt％，辅以超声震动加速粉体溶解制备均一浆料。高性能、均一稳定的所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料能够实现自我支撑，是直写成型制备羟基磷灰石生物支架结构的基础。用于下述直写成型的所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料需要满足两个重要的指标，第一，所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料要有足够的粘弹性，保证其成型后能够实现自我支撑，不变形；第二，所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料要有剪切变稀的流变学特征，保证其在剪切应力的作用下能够从针筒中顺利挤出。有鉴于此，本专利技术实施例中，本专利技术实施例将羟基磷灰石粉末和氧化铝粉末组成的混合物逐量加入上述溶剂介质中，超声震动分散，配制固相含量为55-85wt％均匀的氧化铝/羟基磷灰石混合浆料。一方面，将本专利技术实施例的固相含量范围控制在55-85wt％的范围内，能够保证浆料合适的粘弹性。且在此范围内，所述混合浆料固相含量越高，粘度越大，越有助于提高烧结致密度。另一方面，该固相含量范围内的所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料的流变学特征为剪切变稀型。超过该固相含量范围的氧化铝/羟基磷灰石混合浆料，不能同时保证粘弹性和剪切变稀型流变学特性。作为一个具体优选实施例，所述混合陶瓷浆料由羟基磷灰石和氧化铝粉末混合制备而成，且所述混合浆料的固相含量为75wt％，以混合粉体的总重为100％计，所述氧化铝的重量百分含量为20％。测试上述浆料剪切粘度随剪切应力的变化曲线，表征其流变学性能为剪切变稀型，有利于下述直写成型过程的进行。且得到的生物支架，具有优异的力学性能和耐磨性，生物相容性较好。上述步骤S02中，直写成型技术是一种新型的3D打印技术，与已经良好发展的3D打印技术例如光固化快速成型、熔化沉积制造以及激光选区烧结成型相比，直写成型技术方法简单，且在制备过程中无需激光和紫外光的辐射，也不需要加热到熔点附近，在室温下能够快速获得三维复杂形状零部件。基于直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架，能够通过预先的结构设计，针本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架的方法，包括以下步骤：将羟基磷灰石和氧化铝的混合粉体分散于介质中，制成固相含量为55‑85wt％的氧化铝/羟基磷灰石混合浆料；预先设计待成型样品的三维结构图，并将其进行切片处理，转换成计算机可识别的G代码，将所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料置入成型针筒并固定在成型平台上，在直写平台的带动下沿着G代码指定的路径运动，同时挤出所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料，逐层叠加，形成多层有序的三维多孔结构坯体；将所述三维多孔结构坯体依次进行预烧、烧结处理，得到氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架。

【技术特征摘要】
1.一种直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架的方法，包括以下步骤：将羟基磷灰石和氧化铝的混合粉体分散于介质中，制成固相含量为55-85wt％的氧化铝/羟基磷灰石混合浆料；预先设计待成型样品的三维结构图，并将其进行切片处理，转换成计算机可识别的G代码，将所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料置入成型针筒并固定在成型平台上，在直写平台的带动下沿着G代码指定的路径运动，同时挤出所述氧化铝/羟基磷灰石混合浆料，逐层叠加，形成多层有序的三维多孔结构坯体；将所述三维多孔结构坯体依次进行预烧、烧结处理，得到氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架。2.如权利要求1所述的直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架的方法，其特征在于，以所述混合粉体的重量为100％计，所述氧化铝的重量百分含量为10-50％。3.如权利要求1所述的直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架的方法，其特征在于，所述介质为混合溶剂，包括去离子水和分散剂。4.如权利要求3所述的直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架的方法，其特征在于，所述分散剂为柠檬酸铵、十二烷基磺酸钠、聚丙烯酸、甲基纤维素、聚丙烯酰胺中的至少一种，且以所述介质的总重量为100％计，所述分散剂的含量为0.5-3wt％。5.如权利要求1-4任一所述的直写成型技术制备氧化铝增韧羟基磷灰石生物支架的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚运，司云晖，熊信柏，曾燮榕，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44