本发明专利技术涉及一种新型的可吸收骨类植入体制造方法和骨类植入体，基本的制造过程为：获得骨类植入体的三维造型，并经过数据处理，获得可以进行3D打印的切片数据；对医用级纳米羟基磷灰石HAP、医用级短切碳纤维经过预处理后，将两者按比例溶入医用级聚乙二醇PEG，获得预浸料；使用预浸料对医用级聚乳酸PLA裸丝进行浸渍，经干燥烘干，获得HAP/碳纤维@PLA复合材料丝材；利用HAP/碳纤维@PLA复合材料丝材，在骨类植入体3D打印切片数据的驱动下，通过熔融沉积成形3D打印工艺，获得可吸收骨类植入体；对其进行微波后处理。提高了其整体抗拉、抗剪等生物力学性能；且基体PLA被吸收降解的速度与自身骨骼的生长速度匹配。
A New Manufacturing Method of Absorbable Bone Implants and Bone Implants
【技术实现步骤摘要】
一种新型的可吸收骨类植入体制造方法和骨类植入体
本专利技术涉及一种新型的可吸收骨类植入体制造方法和骨类植入体，属于3D打印技术在医疗中的应用领域。
技术介绍
PLA（PolyLacticAcid，聚乳酸）是一种人体及大部分动物生物相容性较好、可生物降解的绿色高分子材料，同时具有与人类及大部分动物骨骼比较接近的弹性模量。FDM（FusedDepositionModeling，熔融沉积成形）增材制造工艺的成形精度和表面质量日益提高且已经满足了骨类植入体的制造要求。将PLA丝材通过FDM快速制造为个性化的可吸收骨类植入体成为研究热点。然而不能忽视的是，一方面，PLA被吸收降解的速度与自身骨骼的生长速度不能完全匹配；另一方面，PLA自身抗拉、抗剪等生物力学性能较差，而且通过FDM获得的PLA可吸收骨类植入体，存在明显的各向异性。这是由于FDM增材制造原理所决定，熔融挤出的熔丝在连续沉积的X方向连续分布，可以获得接近模压成形的力学性能，而在熔丝分布的Y方向和逐层累积的Z方向上，熔丝之间不连贯，存在熔丝界面，如图1所示。显然，熔丝界面是可吸收骨类植入体最薄弱的位置。总之，降解速度与骨骼生长速度匹配不好，抗拉、抗剪等生物力学性能较差，以及因界面存在而产生的各向异性，将大大限制其在临床医疗中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型的可吸收骨类植入体制造方法和骨类植入体，基于聚合物基复合材料界面多相结构和细观力学理论，调控熔丝界面结构、改善熔丝界面结合性能，消除FDM增材制造PLA可吸收骨类植入体各向异性，提高整体抗拉、抗剪等生物力学性能，同时改善PLA降解速度与骨骼生长速度的匹配性，增强其在医疗方面的功能性应用。本专利技术的目的是这样实现的：一种新型的可吸收骨类植入体制造方法，包括以下步骤：a）获得骨类植入体的三维造型，并经过数据处理，获得可以进行3D打印的切片数据；b）对医用级纳米羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HAP）、医用级短切碳纤维经过分散性、相容性预处理后，将两者按比例溶入医用级聚乙二醇（Polyethyleneglycol，PEG），获得预浸料；c）使用预浸料对医用级聚乳酸（PolyLacticAcid，PLA）裸丝进行浸渍，经干燥烘干，获得HAP/碳纤维@PLA复合材料丝材；d）利用HAP/碳纤维@PLA复合材料丝材，在骨类植入体3D打印切片数据的驱动下，通过熔融沉积成形（FusedDepositionModeling，FDM）3D打印工艺，获得可吸收骨类植入体；e）将可吸收骨类植入体放入微波炉内，进行微波后处理。其中骨类植入体，是指植入人体或动物的各类骨骼器官，其三维造型，可以通过CT扫描并经过三维重构软件获得，并进一步经过3D打印专门的数据处理软件，进行降维处理，获得可以进行3D打印的切片数据；其中预浸料，由粒径为100nm～400nm的医用级纳米HAP、长度尺寸为100μm～300μm医用级短切碳纤维、医用级PEG三者混合配置，三者的比例按照质量分数为HAP:碳纤维:PEG=1:1.5:3～1:2:4，医用级纳米HAP、医用级短切碳纤维两者均需要进行分散性、相容性预处理，并获得丰富的-OH接枝位点，且两者可以提供骨骼诱导作用，促进骨骼生长；其中预浸料对医用级PLA裸丝进行高能超声振动浸渍的参数，可以调整，从而可调沉积层的厚度，浸渍后，经干燥烘干，PEG被挥发掉，医用级HAP、医用级碳纤维沉积在医用级PLA裸丝表面，且其中PLA裸丝的直径为0.20mm～0.30mm，获得HAP/碳纤维@PLA复合材料丝材，且三者的比例按照质量分数为HAP:碳纤维:PLA=1:1.5:50～1:2:80；其中熔融沉积成形3D打印工艺，其喷嘴直径为0.45mm～0.55mm，喷嘴移动速度40mm/s-80mm/s，喷嘴熔融温度为200℃-230℃；其中微波后处理工艺，其所用微波频率为2.45GHz，微波输出功率为80W～200W，微波温度为80℃～150℃，微波作用时间为40s～80s。通过以上方法获得的一种新型的可吸收骨类植入体，X向拉伸性能达到80~90MPa，Y向拉伸性能达到77~87MPa，Z向拉伸性能达到74~84MPa，尺寸精度达到±0.08mm，完全满足了临床医疗的应用要求。有益效果：由于采用上述方案，首先医用级HAP和医用级碳纤维均具有较好的人体或动物生物相容性，两者滞留于骨隙间可以通过骨传导的作用参与骨骼生长和愈合，而且，两者分别进行预处理后，改善了分散性、相容性，丰富了-OH接枝位点，还会基于颗粒增强、纤维增强、脂化反应分子键合等，对PLA基体产生强化作用；其次将FDM增材制造获得的可吸收骨类植入体进行微波后处理，利用熔丝界面处的碳纤维吸收微波（HAP在PLA熔点以下温度不吸收微波，PLA不吸收微波），对熔丝界面处的PLA产生再熔，使其分子链进一步交联和扩散，界面应力获得充分释放，界面结合再次获得增强，同时，界面导致的各向异性获得消除。试样静拉伸强度达到80ＭPa，各向差异控制在3%内，完全达到可吸收骨类医疗植入体力学要求。附图说明图1是FDM熔丝界面示意图。具体实施方式以下为本专利技术的最佳实施方式一种新型的可吸收骨类植入体制造方法：a）获得某骨类植入体的三维造型，并经过数据处理，获得可以进行3D打印的切片数据；b）对医用级100nm纳米HAP、医用级150μm短切碳纤维经过预处理，改善分散性、相容性，丰富-OH接枝位点，并将两者溶入医用级PEG，获得预浸料，三者的比例按照质量分数为HAP:碳纤维:PEG=1:1.5:3.5；c）使用预浸料对医用级PLA裸丝进行高能超声振动浸渍，然后经干燥烘干，将PEG挥发掉，医用级HAP、医用级碳纤维则沉积在医用级PLA裸丝表面，获得HAP/碳纤维@PLA复合材料丝材，且三者的比例按照质量分数为HAP:碳纤维:PLA=1:1.5:70；d）利用HAP/碳纤维@PLA复合材料丝材，在骨类植入体3D打印切片数据的驱动下，通过熔融沉积成形（FusedDepositionModeling，FDM）3D打印工艺，获得可吸收骨类植入体，其喷嘴直径为0.30mm，喷嘴移动速度60mm/s，喷嘴熔融温度为210℃；e）将可吸收骨类植入体放入微波炉内，进行微波后处理，其所用微波频率为2.45GHz，微波输出功率为160W，微波温度为110℃，微波作用时间为50s。最终获得的某骨类植入体，X向拉伸性能达到85MPa，Y向拉伸性能达到82MPa，Z向拉伸性能达到79MPa，尺寸精度达到±0.08mm，完全满足了临床医疗的应用要求。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种新型的可吸收骨类植入体制造方法，其特征在于，包括以下步骤：a）获得骨类植入体的三维造型，并经过数据处理，获得可以进行3D打印的切片数据；b）对医用级纳米羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HAP）、医用级短切碳纤维进行分散性、相容性预处理后，将两者按比例溶入医用级聚乙二醇（Polyethylene glycol，PEG），获得预浸料；c）使用预浸料对医用级聚乳酸（Poly Lactic Acid，PLA）裸丝进行浸渍，经干燥烘干，获得HAP/碳纤维@PLA复合材料丝材；d）利用HAP/碳纤维@PLA复合材料丝材，在骨类植入体3D打印切片数据的驱动下，通过熔融沉积成形（Fused Deposition Modeling，FDM）3D打印工艺，获得可吸收骨类植入体；e）将可吸收骨类植入体放入微波炉内，进行微波后处理。
【技术特征摘要】
1.一种新型的可吸收骨类植入体制造方法，其特征在于，包括以下步骤：a）获得骨类植入体的三维造型，并经过数据处理，获得可以进行3D打印的切片数据；b）对医用级纳米羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HAP）、医用级短切碳纤维进行分散性、相容性预处理后，将两者按比例溶入医用级聚乙二醇（Polyethyleneglycol，PEG），获得预浸料；c）使用预浸料对医用级聚乳酸（PolyLacticAcid，PLA）裸丝进行浸渍，经干燥烘干，获得HAP/碳纤维@PLA复合材料丝材；d）利用HAP/碳纤维@PLA复合材料丝材，在骨类植入体3D打印切片数据的驱动下，通过熔融沉积成形（FusedDepositionModeling，FDM）3D打印工艺，获得可吸收骨类植入体；e）将可吸收骨类植入体放入微波炉内，进行微波后处理。2.根据权利要求1所述的一种新型的可吸收骨类植入体制造方法，其特征在于，所述骨类植入体，是指植入人体或动物的各类骨骼器官。3.根据权利要求1所述的一种新型的可吸收骨类植入体制造方法，其特征在于，所述骨类植入体的三维造型，通过CT扫描并经过三维重构软件获得。4.根据权利要求1或3所述的一种新型的可吸收骨类植入体制造方法，其特征在于，所述骨类植入体的三维造型，需要经过3D打印专门的数据处理软件，进行降维处理，获得可以进行3D打印的切片数据。5.根据权利要求1所述的一种新型的可吸收骨类植入体制造方法，其特征在于，所述预浸料中医用级HAP、医用级碳纤维、医用级PEG三者的比例按照质量分数为医用级HAP:医用级碳纤维:医用级PEG=1:1.5:3～1:2:4。6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：王延庆，刘增光，汪鑫，郝敬宾，于梦茹，顾胡维，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。