基于3D打印个性化膝关节局部组织分区塑形系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及基于3D打印个性化膝关节局部组织分区塑形系统及方法，属于3D打印模具技术领域，解决了现有技术中无法在组织工程支架周围形成特定区域凝胶并精准控制凝胶形态的问题。本发明专利技术包括梯度组织工程支架、外侧塑形装置和内侧塑形装置，所述梯度组织工程支架依次在所述外侧塑形装置和所述内侧塑形装置中成胶。本发明专利技术实现了梯度多孔组织工程支架的设计和制造，同时通过两组夹具和塑形模具并结合双组分混合成胶技术将含有两种不同生长因子的水凝胶分区塑形，最终形成完整的水凝胶包裹的支架结构，可以实现复杂形状多因子定向生长的组织工程重建；高度定制化方案，方案系统完善，操作简单，设计和制造的难度小、成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
基于3D打印个性化膝关节局部组织分区塑形系统及方法


[0001]本专利技术涉及3D打印模具
，尤其涉及一种基于3D打印个性化膝关节局部组织分区塑形系统及方法。

技术介绍

[0002]利用3D打印组织工程支架进行人体组织再生的技术在目前尚未形成规模化的市场应用，仍有许多关键技术有待解决，例如在半月板组织工程重建技术中，目前仍然很难实现干细胞的分区定向分化。
[0003]目前已有技术可以通过将两种组分4
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arm
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PEG
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NH2
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20K（4
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arm
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Poly(ethlene glycol) amine
‑
20K，4臂
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聚乙二醇
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氨基
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2万）和4
‑
arm
‑
PEG
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SC
‑
20 K（4
‑
arm
‑
Poly(ethlene glycol) succinimidyl ester
‑
20K，4臂
‑
聚乙二醇
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琥珀酰亚胺基碳酸酯
‑
2万）的溶液按照一定比例混合形成凝胶，在特定的凝胶区域注入不同的诱导因子（CTGF和TGF
‑
β3），诱导干细胞分化成不同的细胞。在这种技术背景下，由于液体组分混合前具有流动性，很难准确的控制混合区域的位置以及形状，因此无法通过常规方法对凝胶的过程和区域进行调整。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种基于3D打印个性化膝关节局部组织分区塑形系统及方法，用以解决现有技术无法在组织工程支架周围形成特定区域凝胶并精准控制凝胶形态的问题。
[0005]一方面，本专利技术提供了一种基于3D打印个性化膝关节局部组织分区塑形系统，包括梯度组织工程支架、外侧塑形装置和内侧塑形装置，所述梯度组织工程支架依次在所述外侧塑形装置和所述内侧塑形装置中成胶。
[0006]进一步地，所述外侧塑形装置包括塑形夹具和多工位塑形槽，所述梯度组织工程支架设于所述塑形夹具内，将所述塑形夹具设于所述多工位塑形槽内对所述梯度组织工程支架的外侧进行注胶。
[0007]进一步地，所述塑形夹具包括限位板和支架托盘，所述支架托盘上设有第一固定槽，所述限位板上设有第二固定槽，所述第一固定槽与所述第二固定槽相对设置且连通共同形成放置所述梯度组织工程支架的固定槽。
[0008]进一步地，所述塑形夹具设有第一注胶口和第二注胶口，所述第一注胶口和所述第二注胶口均设于所述限位板上，且与所述第二固定槽连通。
[0009]进一步地，所述多工位塑形槽包括基台，所述基台的顶部设有第一弧形槽，所述第一弧形槽的槽底为塑形面，所述塑形面与所述基台顶面的交界位置设有第一扩展槽和第二扩展槽。
[0010]进一步地，所述基台的顶部设有第二弧形槽，所述第二弧形槽的槽底为夹具限位面，所述第二弧形槽的一侧与所述第一弧形槽连通，另一侧贯穿所述基台的侧壁；所述支架
托盘的弧形面与所述夹具限位面配合。
[0011]进一步地，所述内侧塑形装置包括塑形盒体和塑形顶盖，所述塑形盒体和所述塑形顶盖可拆卸连接形成抽屉式结构；所述塑形盒体的盒体底面上设有用于对所述梯度组织工程支架限位的随形限位脊，所述塑形盒体的侧壁开口处为第一限位面。
[0012]进一步地，所述塑形盒体的槽体顶部设有第一溢液口和第二溢液口，所述塑形盒体的底部设有锁合凹槽，且与所述第一限位面连通。
[0013]进一步地，所述塑形顶盖包括盖板和遮挡板，所述盖板盖设在所述塑形盒体的盒体壁上，所述遮挡板与所述第一限位面贴合；所述盖板上设有第三注胶口和第四注胶口；所述遮挡板的第二限位面上设有凸缘，所述第二限位面与所述第一限位面配合，所述凸缘与所述锁合凹槽配合。
[0014]另一方面，本专利技术提供了一种基于3D打印个性化膝关节局部组织分区塑形方法，采用上述基于3D打印个性化膝关节局部组织分区塑形系统，步骤包括：步骤1：获取患者受损部位图像信息，通过医学图像软件提取受损部位三维结构，并在建模软件中修复受损部位形状，输出修复后的三维图形；步骤2：依据实际需要，将修复后的局部组织的三维图形分割，并将分割后的不同部分输入3D打印设备中，赋予各分割部位不同的打印参数以实现不同的空隙结构；步骤3：将打印出的梯度组织工程支架按照第一塑形工位至第N塑形工位放置在外侧塑形装置内进行外侧成胶；每次注胶应沿两侧注胶口和/或扩展槽同时同步分别注入凝胶的两个组分；步骤4：外侧成胶完成后，将含外侧凝胶的梯度组织工程支架取出并放入内侧塑形装置内同时同步分别注入凝胶的两个组分进行内侧成胶，完成内侧成胶后取出包含内外侧不同凝胶成分的梯度组织工程支架。
[0015]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：（1）本专利技术实现梯度多孔组织工程支架的设计和制造，同时通过两组采用3D打印的金属夹具和塑形模具并结合双组分混合成胶技术将含有两种不同生长因子的水凝胶分区塑形，最终形成完整的水凝胶包裹的支架结构，可以实现复杂形状多因子定向生长的组织工程重建。高度定制化方案，方案系统完善，操作简单，设计和制造的难度小、成本低。
[0016]（2）本专利技术同时同步注入凝胶的两个组分是为了确保两种组分能够按照1：1的比例充分混合；注射过程是由上至下，凝固过程是由下至上，这样能保证充分浸润梯度组织工程支架的同时又很好的控制液面高度。
[0017]（3）本专利技术多工位塑形槽设有溢流槽，通过间隙肉眼观察水凝胶溶液的液面高度，当水凝胶溶液的液面高度达到与溢流槽槽底齐平位置时即可停止注胶，不用等水凝胶溶液溢出再停止，这样更节省材料；溢流槽的功能还在于限制水凝胶溶液的液面高度至梯度组织工程支架的预设分割面，精准控制梯度组织工程支架的分区位置。
[0018]（4）本专利技术在塑形工位下，横向限位挡块插入限位槽用于限制塑形夹具的横向位移，横向限位挡块的一侧与挡板贴合，另一侧与支架托盘支架存在间隙，便于成胶过程结束后塑形夹具沿横向移动一段距离，使凝胶顺利从槽壁的壁面剥离，随后竖向移出塑形夹具使凝胶顺利从塑形面剥离。
[0019]本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
[0020]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0021]图1为具体实施例的梯度组织工程支架结构示意图；图2为具体实施例的外侧塑形装置与梯度组织工程支架安装示意图；图3为具体实施例的内侧塑形装置与梯度组织工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印个性化膝关节局部组织分区塑形系统，其特征在于，包括梯度组织工程支架（100）、外侧塑形装置（200）和内侧塑形装置（300），所述梯度组织工程支架（100）依次在所述外侧塑形装置（200）和所述内侧塑形装置（300）中成胶。2.根据权利要求1所述的基于3D打印个性化膝关节局部组织分区塑形系统，其特征在于，所述外侧塑形装置（200）包括塑形夹具（210）和多工位塑形槽（220），所述梯度组织工程支架（100）设于所述塑形夹具（210）内，将所述塑形夹具（210）设于所述多工位塑形槽（220）内对所述梯度组织工程支架（100）的外侧进行注胶。3.根据权利要求2所述的基于3D打印个性化膝关节局部组织分区塑形系统，其特征在于，所述塑形夹具（210）包括限位板（211）和支架托盘（212），所述支架托盘（212）上设有第一固定槽（216），所述限位板（211）上设有第二固定槽（217），所述第一固定槽（216）与所述第二固定槽（217）相对设置且连通共同形成放置所述梯度组织工程支架（100）的固定槽。4.根据权利要求3所述的基于3D打印个性化膝关节局部组织分区塑形系统，其特征在于，所述塑形夹具（210）设有第一注胶口（215
‑
1）和第二注胶口（215
‑
2），所述第一注胶口（215
‑
1）和所述第二注胶口（215
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2）均设于所述限位板（211）上，且与所述第二固定槽（217）连通。5.根据权利要求3所述的基于3D打印个性化膝关节局部组织分区塑形系统，其特征在于，所述多工位塑形槽（220）包括基台（221），所述基台（221）的顶部设有第一弧形槽，所述第一弧形槽的槽底为塑形面（224），所述塑形面（224）与所述基台（221）顶面的交界位置设有第一扩展槽（225
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1）和第二扩展槽（225
‑
2）。6.根据权利要求5所述的基于3D打印个性化膝关节局部组织分区塑形系统，其特征在于，所述基台（221）的顶部设有第二弧形槽，所述第二弧形槽的槽底为夹具限位面（226），所述第二弧形槽的一侧与所述第一弧形槽连通，另一侧贯穿所述基台（221）的侧壁；所述支架托盘（212）的弧形面（218）与所述夹具限位面（226）配合。7.根据权利要求1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：余家阔，许冰冰，王星，叶景，
申请(专利权)人：北京大学第三医院北京大学第三临床医学院，
类型：发明
国别省市：