一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架及其制备工艺制造技术

一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架及其制备工艺，支架包括按照垂直方向设置的两组以上的水平组合体，相邻的两组水平组合体通过垂直支撑体连接进行支撑；水平组合体包括两个以上的圆环管道，圆环管道之间通过两个及以上的涡旋管道连接；垂直支撑体由一层以上由外到内的螺旋管道构成；螺旋管道和涡旋管道使支架在纵向和横向上均具有了一定弹性，具有更大的变形量，本发明专利技术支架的脆性小，弹性好，可应用于医用材料领域。

An elastic bioceramic scaffold for spiral pipe and its preparation process

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架及其制备工艺
本专利技术属于医用材料
，尤其涉及一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架及其制备工艺。技术背景随着科技的发展，陶瓷在医疗领域发挥着越来越大的作用，其中生物陶瓷拥有着优异的生物活性和骨诱导性，能很好的促进骨修复生长，因此，生物陶瓷支架在骨科中的研究和应用越来越多。但现如今的生物陶瓷支架都存在着脆性大，无弹性的问题，极易发生脆性断裂。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架及其制备工艺，支架的脆性小，弹性好，可应用于医用材料领域。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架，包括按照垂直方向设置的两组以上的水平组合体1，相邻的两组水平组合体1通过垂直支撑体2连接进行支撑。所述的水平组合体1包括两个以上的圆环管道1-a，圆环管道1-a之间通过两个及以上的涡旋管道1-b连接；同一水平组合体1的圆环管道的中心圆线直径不同，尺寸在10mm～30mm之间；每一个涡旋管道能够连接同一水平组合体1内的全部圆环管道，同一水平组合体1内的涡旋管道的中心涡旋线螺距相同，尺寸在15mm～55mm之间。所述的垂直支撑体2由一层以上由外到内的螺旋管道2-a构成，其层数是一个水平组合体1内圆环管道的个数减1，且螺旋管道中心螺旋线线径与一个水平组合体1内除最小圆环外的其余圆环管道中心线直径对应相等；不同层螺旋管道的中心螺旋线线径不同，尺寸在10mm～30mm之间；不同层螺旋管道的螺距相同，螺距在4mm～20mm之间；同一层的螺旋管道由起始角度不同其余参数均相同的两股螺旋管道构成，起始角度相差180°。所述的圆环管道、涡旋管道和螺旋管道均为中空管道，中空管道的外圆直径在2mm～6mm之间，内圆直径在0.5mm～4mm之间。所述的圆环管道、涡旋管道和螺旋管道表面开有直径在0.3mm～3mm的孔，通过孔向中空管道内部灌注有可降解聚合物，可降解聚合物为聚己内酯、聚乳酸或聚乳酸-聚羟基乙酸。所述的螺旋管道作为弹簧模型，整个螺旋管道弹性生物陶瓷支架简化为弹簧的串并联模型，一个弹簧模型的刚度系数由能量方程推导得出，弹簧所受外力做的功全部等于弹簧弹性势能的增长量，设作用在弹簧上的作用力为F,弹簧的变形量为λ，则有式中，G—陶瓷材料的剪切模量；n—陶瓷弹簧的有效圈数；D—陶瓷弹簧的中径；d2—陶瓷弹簧的管道外径；d1—陶瓷弹簧的管道内径。所述的螺旋管道弹性生物陶瓷支架的陶瓷根据所需刚度、强度和弹性能要求，材料为磷酸三钙、硅酸钙、羟基磷灰石、氧化锆、氧化镁、氧化铝、二氧化硅和二氧化钛的一种或几种的组合。一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架的制备工艺，包括以下步骤：1)模型建立与处理：根据生物陶瓷支架的植入需求，设计螺旋管道弹性生物陶瓷支架所有管道的外圆直径、内圆直径以及管道上小孔的直径，圆环管道组数、圆环管道中心圆线直径，涡旋管道组数、涡旋管道中心涡旋线螺距，螺旋管道组数、螺旋管道中心螺旋线线径和螺距；其中，圆环管道、涡旋管道和螺旋管道的外圆直径在2mm～6mm之间，内圆直径在0.5mm～4mm之间，小孔直径在0.3mm～3mm；同一水平组合体1内的圆环管道个数在两个以上，且内圆环管道的中心圆线直径不同，尺寸在10mm～30mm之间；同一水平组合体1内的涡旋管道个数在两个及上，且内涡旋管道的中心涡旋线螺距相同，尺寸在15mm～55mm之间；螺旋管道层数为一个水平组合体1内圆环管道的个数减1，且螺旋管道中心螺旋线线径与一个水平组合体1内除最小圆环外的其余圆环管道中心线直径对应相等，不同层螺旋管道的中心螺旋线线径不同，尺寸在10mm～30mm之间；不同层螺旋管道的螺距相同，螺距在4mm～20mm之间；同一层螺旋管道由起始角度不同其余参数均相同的两股螺旋管道构成，起始角度相差180°；2)光固化浆料制备：将陶瓷粉末与光固化树脂单体、光引发剂、分散剂、阻聚剂、流平剂和消泡剂混合，在球磨机中球磨20min至均匀悬浮液状态；所述的陶瓷粉末的体积份数为35～55份，陶瓷粉末的平均粒度为1～10μm；光固化树脂单体的体积份数为45～65份；以光固化树脂单体的质量计，光引发剂为光固化树脂单体的1％～10％；以陶瓷粉末的质量计，分散剂为陶瓷质量的2％～5％；以光引发剂的质量计，阻聚剂为光引发剂质量的15～20％；以光固化树脂单体的质量计，流平剂、消泡剂分别占光固化树脂单体的1～5％；3)光固化参数调节与打印：调节光固化工艺参数，工艺参数包括曝光强度、曝光时间、分层厚度，通过DLP面曝光技术对陶瓷浆料进行打印得到素坯；4)素坯脱脂烧结：将打印好的素坯放置于管式烧结炉中，以0.5℃～1℃/min的速率升温至500℃～700℃并保温1～3h，脱掉光固化树脂单体；再以3℃～5℃/min的速率升温至1050℃～1450℃并保温2～3h，之后在炉内自然冷却，完全烧结陶瓷制件。所述的光固化树脂单体为丙烯酸异癸酯、丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸四氢呋喃甲酯、丙烯酸苯氧基乙酯、三乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯系列、二丙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种；光引发剂为苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦，简称819；分散剂为迪高Dego润湿分散剂685、KH550、KH560、KH570或KOS110中的一种；阻聚剂为MQ，流平剂为DegoGlideB1484，消泡剂为DegoAirex900。所述的DLP面曝光技术的曝光强度在20～30mW/cm2之间，曝光时间在2～8s，分层厚度为10～60μm。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术螺旋管道弹性生物陶瓷支架的螺旋管道和涡旋管道使支架在纵向和横向上均具有了一定弹性，具有更大的变形量，解决了普通生物陶瓷支架不易变形，脆性大，易发生断裂的问题。2、本专利技术一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架的制备工艺，为螺旋管道弹性生物陶瓷支架的制备提供了更快速、有效的途径，可成型复杂结构、工艺简单。附图说明图1为本专利技术实施例螺旋管道弹性生物陶瓷支架两组水平组合体的示意图。图2为本专利技术实施例螺旋管道弹性生物陶瓷支架的模型尺寸示意图。图3为本专利技术实施例螺旋管道弹性生物陶瓷支架制备工艺的流程图。图4为本专利技术实施例螺旋管道弹性生物陶瓷支架四组水平组合体的示意图。具体实施方式为了更充分的理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合实施例与附图对本专利技术提供的技术方案作进一步介绍和说明。参照图1，一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架，包括按照垂直方向设置的两组水平组合体1，两组水平组合体1通过垂直支撑体2连接进行支撑。所述的水平组合体1包括三个圆环管道1-a，圆环管道1-a之间通过三个涡旋管道1-b连接；圆环管道1-a包括第一圆环管道1-a1、第二圆环管道1-a2、第三圆环管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架，其特征在于：包括按照垂直方向设置的两组以上的水平组合体(1)，相邻的两组水平组合体(1)通过垂直支撑体(2)连接进行支撑；/n所述的水平组合体(1)包括两个以上的圆环管道(1-a)，圆环管道(1-a)之间通过两个及以上的涡旋管道(1-b)连接；同一水平组合体(1)的圆环管道的中心圆线直径不同，尺寸在10mm～30mm之间；每一个涡旋管道能够连接同一水平组合体(1)内的全部圆环管道，同一水平组合体(1)内的涡旋管道的中心涡旋线螺距相同，尺寸在15mm～55mm之间；/n所述的垂直支撑体(2)由一层以上由外到内的螺旋管道(2-a)构成，其层数是一个水平组合体(1)内圆环管道的个数减1，且螺旋管道中心螺旋线线径与一个水平组合体(1)内除最小圆环外的其余圆环管道中心线直径对应相等；不同层螺旋管道的中心螺旋线线径不同，尺寸在10mm～30mm之间；不同层螺旋管道的螺距相同，螺距在4mm～20mm之间；同一层的螺旋管道由起始角度不同其余参数均相同的两股螺旋管道构成，起始角度相差180°。/n

【技术特征摘要】
1.一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架，其特征在于：包括按照垂直方向设置的两组以上的水平组合体(1)，相邻的两组水平组合体(1)通过垂直支撑体(2)连接进行支撑；
所述的水平组合体(1)包括两个以上的圆环管道(1-a)，圆环管道(1-a)之间通过两个及以上的涡旋管道(1-b)连接；同一水平组合体(1)的圆环管道的中心圆线直径不同，尺寸在10mm～30mm之间；每一个涡旋管道能够连接同一水平组合体(1)内的全部圆环管道，同一水平组合体(1)内的涡旋管道的中心涡旋线螺距相同，尺寸在15mm～55mm之间；
所述的垂直支撑体(2)由一层以上由外到内的螺旋管道(2-a)构成，其层数是一个水平组合体(1)内圆环管道的个数减1，且螺旋管道中心螺旋线线径与一个水平组合体(1)内除最小圆环外的其余圆环管道中心线直径对应相等；不同层螺旋管道的中心螺旋线线径不同，尺寸在10mm～30mm之间；不同层螺旋管道的螺距相同，螺距在4mm～20mm之间；同一层的螺旋管道由起始角度不同其余参数均相同的两股螺旋管道构成，起始角度相差180°。


2.根据权利要求1所述的一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架，其特征在于：所述的圆环管道、涡旋管道和螺旋管道均为中空管道，中空管道的外圆直径在2mm～6mm之间，内圆直径在0.5mm～4mm之间。


3.根据权利要求1所述的一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架，其特征在于：所述的圆环管道、涡旋管道和螺旋管道表面开有直径在0.3mm～3mm的孔，通过孔向中空管道内部灌注有可降解聚合物，可降解聚合物为聚己内酯、聚乳酸或聚乳酸-聚羟基乙酸。


4.根据权利要求1所述的一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架，其特征在于：所述的螺旋管道作为弹簧模型，整个螺旋管道弹性生物陶瓷支架简化为弹簧的串并联模型，一个弹簧模型的刚度系数由能量方程推导得出，弹簧所受外力做的功全部等于弹簧弹性势能的增长量，设作用在弹簧上的作用力为F,弹簧的变形量为λ，则有式中，G—陶瓷材料的剪切模量；n—陶瓷弹簧的有效圈数；D—陶瓷弹簧的中径；d2—陶瓷弹簧的管道外径；d1—陶瓷弹簧的管道内径。


5.根据权利要求1所述的一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架，其特征在于：所述的螺旋管道弹性生物陶瓷支架的陶瓷根据所需刚度、强度和弹性能要求，材料为磷酸三钙、硅酸钙、羟基磷灰石、氧化锆、氧化镁、氧化铝、二氧化硅和二氧化钛的一种或几种的组合。


6.根据权利要求1所述的一种螺旋管道弹性生物陶瓷支架的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)模型建立与处理：
根据生物陶瓷支架的植入需求，设计螺旋管道弹性生物陶瓷支架所有管道的外圆直径、内圆直径以及管道上小孔的直径，圆环管道组数、圆环管道中心圆线直径，涡旋管道组数、涡旋管道中心涡旋线螺距，螺旋管道组数、螺旋管道中心螺旋线线径和螺距；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚雄，李腾飞，周昱，伍言龙，陈旭，张玉琪，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61