利用牺牲材料打印多孔生物陶瓷骨组织工程支架的方法技术

本发明专利技术公开一种利用牺牲材料打印多孔生物陶瓷骨组织工程支架的方法，其包括以下步骤：S1：构建3D打印模型：通过3D打印技术获取带有不同孔隙结构的骨组织工程支架的3D打印模型，并规划打印路径；S2：按照规划路径打印骨组织工程支架：利用双喷头同步协调打印，其中一个喷头喷出丝状生物陶瓷材料，另一个喷头在相邻丝状生物陶瓷材料之间喷出支撑材料；S3：对打印出来的骨组织工程支架依次进行风干和烧结处理，去除支撑材料，形成带不同孔隙结构的生物陶瓷骨组织工程支架。本发明专利技术在打印过程中通过支撑材料解决生物陶瓷丝下垂引起的孔径变小的问题，从而保证上层材料的精确打印，进而能够打印不同孔隙结构生物陶瓷骨组织工程支架。支架。支架。

【技术实现步骤摘要】
利用牺牲材料打印多孔生物陶瓷骨组织工程支架的方法


[0001]本专利技术属于生物材料
，尤其涉及一种利用牺牲材料打印多孔生物陶瓷骨组织工程支架的方法。

技术介绍

[0002]大段骨缺损的修复是一个世界性的难题，目前，对于长度大于5cm的骨缺损，一般采用二次手术的方法，给患者带来极大的痛苦。组织工程支架的植入可以在缺损部位起到桥接的作用，引导新骨长入，并随之降解吸收。因此，需要支架具有良好的力学性能和骨诱导能力，具有与组织再生速率相近的降解速率以及具有足够高的孔隙率。
[0003]生物陶瓷(羟基磷灰石、磷酸三钙等)与自体骨的无机成分十分相近，具有良好的力学强度、生物相容性、降解性和骨传导性。而3D打印技术能够个性化制造不同宏观结构的支架，并且能精确控制支架内部的孔隙结构，常用于不同结构骨组织工程支架的制备。此外，3D打印可以构造和预留便于血管长入的通道，而血管的长入和血液的流通是骨再生的关键。
[0004]利用3D打印技术可以制造含多孔结构的生物陶瓷支架，该技术如中国专利CN108297396B公开的挤出沉积式3D打印制备三维骨组织工程支架的方法，包括：将明胶、海藻酸钠与水按一定比例混合均匀，然后加入纳米级羟基磷灰石，混合均匀后形成羟基磷灰石
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明胶
‑
海藻酸钠复合浆料；其中，水：明胶：海藻酸钠：羟基磷灰石的质量比为100：4～6：2～4：30～55；将复合浆料加入3D打印机中，打印出组织工程支架；对打印出的组织工程支架进行第一冷冻干燥处理、固化处理、清洗及第二冷冻干燥，获得最终的骨组织工程支架。
[0005]然而，采用传统的3D打印制备三维骨组织工程支架的方法时，孔的大小和形状受到限制。虽然通过丝与丝的间距可以制作小孔，但是配制的生物陶瓷浆料必须具有一定的流动性，才能够进行打印，这就会导致打印后丝的下垂，使得横向的侧孔变小甚至完全封闭，这会影响血管在支架中的长入，以及营养物质、氧气和细胞代谢废物的运输。同时，虽然可以通过结构的设计制作宏观层面的大孔，但很难在预留的空间上进行悬空打印，一旦丝与丝的间距过大，就会发生丝下垂甚至断裂，影响最后的成型效果，甚至使打印任务不能完成。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种利用牺牲材料打印多孔生物陶瓷骨组织工程支架的方法，以解决传统3D打印制备骨组织工程支架时因打印后丝的下垂而导致的侧孔变小甚至完全封闭的问题。
[0007]为了达到目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0008]本专利技术涉及一种利用牺牲材料打印多孔生物陶瓷骨组织工程支架的方法，其包括以下步骤：
[0009]S1：构建3D打印模型：通过3D打印技术获取带有不同孔隙结构的骨组织工程支架
的3D打印模型，并根据3D打印模型规划打印路径；
[0010]S2：按照打印路径打印骨组织工程支架：利用双喷头同步协调打印，其中一个喷头喷出丝状生物陶瓷材料，另一个喷头在相邻丝状生物陶瓷材料之间喷出支撑材料；
[0011]S3：对打印出来的骨组织工程支架依次进行风干和烧结处理，烧结过程中使丝状生物陶瓷材料变硬并去除了支撑材料，形成带不同孔隙结构的生物陶瓷骨组织工程支架。
[0012]优选地，所述的支撑材料是由两亲性嵌段共聚物制备而成的3D打印墨水。
[0013]优选地，所述的两亲性嵌段共聚物为普朗尼克F127。
[0014]优选地，所述的支撑材料的制备过程为：
[0015]将普朗尼克F127溶解于冰水中，形成支撑材料，储存备用。
[0016]优选地，所述的普朗尼克F127的浓度为30％，形成支撑材料后储存在4℃的环境温度下。
[0017]优选地，所述的生物陶瓷材料采用羟基磷灰石墨水。
[0018]优选地，所述的羟基磷灰石墨水的制备方法包括：
[0019]A1：在4～5ml离子水中加入0.2～0.3g海藻酸钠，并进行搅拌；
[0020]A2：先后加入1～3ml甘油和2～4g羟基磷灰石粉末，并进行搅拌；
[0021]A3：再次加入3～5g羟基磷灰石粉末，并进行搅拌，得到羟基磷灰石墨水。
[0022]优选地，所述步骤A1中搅拌时间为5min；步骤A2中搅拌时间为5min；步骤A3中搅拌时间为8min。
[0023]优选地，所述的步骤S2中，打印温度为室温，即20～30℃；所述的步骤S3中，风干天数为2～3天。
[0024]优选地，所述的步骤S3中，烧结过程在马弗炉中进行，烧结过程中升温速率为5℃/min，烧结温度为1150℃，烧结时间为3小时。
[0025]采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0026]本专利技术涉及的利用牺牲材料打印多孔生物陶瓷骨组织工程支架的方法采用双喷头协调打印，在相邻丝状生物陶瓷材料之间喷出支撑材料，支撑材料喷出后对生物陶瓷材料形成支撑作用，避免生物陶瓷丝下垂引起的孔径变小的问题，从而保证上层骨组织工程支架材料的精确打印；后续的烧结过程中，控制烧结温度使支撑材料融化而去除，留下的结构即为所要打印的不同孔隙结构的骨组织工程支架。综上所述，利用本专利技术可以根据骨组织中血管的分布，打印出含不同直径血管结构的、高度仿生的骨组织工程支架。
附图说明
[0027]图1为实施例一中未经过烧结的不同孔隙结构的骨组织工程支架的结构示意图；
[0028]图2为实施例二中未经过烧结的不同孔隙结构的骨组织工程支架的结构示意图；
[0029]示意图中的标注说明：1
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生物陶瓷材料；2
‑
支撑材料；3
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侧向小孔；4
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竖向侧孔；5
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侧向大孔；6
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横向侧孔。
具体实施方式
[0030]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通
技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]实施例一
[0032]本实施例涉及一种利用牺牲材料打印多孔生物陶瓷骨组织工程支架的方法，其包括以下步骤：
[0033]S1：构建3D打印模型：通过3D打印技术获取带有不同孔隙结构的骨组织工程支架的3D打印模型，并根据3D打印模型规划打印路径；
[0034]S2：在室温下(20～30℃)，按照打印路径分层打印骨组织工程支架：利用双喷头同步协调打印，其中一个喷头喷出丝状生物陶瓷材料1，另一个喷头在相邻丝状生物陶瓷材料1之间喷出支撑材料2；
[0035]所述的支撑材料2是由两亲性嵌段共聚物制备而成的3D打印墨水，两亲性嵌段共聚物为普朗尼克F127，支撑材料的制备过程为：将浓度为30％的普朗尼克F127溶解于冰水中，形成支撑材料，储存在4℃的环境温度下备用；
[0036]所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用牺牲材料打印多孔生物陶瓷骨组织工程支架的方法，其特征在于：其包括以下步骤：S1：构建3D打印模型：通过3D打印技术获取带有不同孔隙结构的骨组织工程支架的3D打印模型，并根据3D打印模型规划打印路径；S2：按照打印路径打印骨组织工程支架：利用双喷头同步协调打印，其中一个喷头喷出丝状生物陶瓷材料，另一个喷头在相邻丝状生物陶瓷材料之间喷出支撑材料；S3：对打印出来的骨组织工程支架依次进行风干和烧结处理，烧结过程中使丝状生物陶瓷材料变硬并去除了支撑材料，形成带不同孔隙结构的生物陶瓷骨组织工程支架。2.根据权利要求1所述的利用牺牲材料打印多孔生物陶瓷骨组织工程支架的方法，其特征在于：所述的支撑材料是由两亲性嵌段共聚物制备而成的3D打印墨水。3.根据权利要求2所述的利用牺牲材料打印多孔生物陶瓷骨组织工程支架的方法，其特征在于：所述的两亲性嵌段共聚物为普朗尼克F127。4.根据权利要求3所述的利用牺牲材料打印多孔生物陶瓷骨组织工程支架的方法，其特征在于：所述的支撑材料的制备过程为：将普朗尼克F127溶解于冰水中，形成支撑材料，储存备用。5.根据权利要求4所述的利用牺牲材料打印多孔生物陶瓷骨组织工程支架的方法，其特征在于：所述的普朗尼克F127的浓度为3...

【专利技术属性】
技术研发人员：索海瑞，杨翰，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：