一种个性化陶瓷颅骨再生修复体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种个性化陶瓷颅骨再生修复体的制备方法，步骤如下：S1、首先重建患者颅骨三维模型，然后利用颅骨的对称性通过镜像和布尔运算重建颅骨缺损模型，并且设计宏观孔结构单元，使用该单元重建缺损模型；S2、将上述模型输出为打印文件，以陶瓷浆料为原料，通过3D打印得到修复体胚体；S3、将打印出的胚体进行清洗、烘干、烧结，得到磷酸钙陶瓷修复体；S4、将磷酸钙陶瓷修复体加入硝酸溶液或磷酸三钠水溶液中进行水热反应处理，得到具有原位晶须的个性化陶瓷颅骨再生修复体。修复体具有的宏观孔结构、烧结产生的微孔结构和水热处理生成的原位晶须结构，可满足患者个性化需求，具有良好的骨诱导性和机械强度，对解决临床中颅骨缺损再生修复难题具有重大意义。损再生修复难题具有重大意义。损再生修复难题具有重大意义。

【技术实现步骤摘要】
一种个性化陶瓷颅骨再生修复体的制备方法


[0001]本专利技术涉及生物医学材料
，尤其是一种个性化颅骨再生修复体的制备方法。

技术介绍

[0002]先天颅骨畸形和后天外部创伤常会导致颅骨缺损，较小尺寸的颅骨缺损可以自行愈合，但是较大尺寸特别是超过了临界尺寸的颅骨缺损难以实现自行愈合。颅骨缺损可能导致颅骨畸形、颅骨缺损综合征等严重问题。临床中常使用颅骨成形术进行颅骨缺损的治疗。
[0003]颅骨成形术指使用自体或异体，天然或人造材料作为植入体植入缺损部位实现缺损修复的手术。颅骨成形术使用的材料主要包括自体骨、金属材料、医用高分子材料以及生物活性陶瓷等几种。自体骨移植是颅骨缺损修复的常用手段，其不会产生免疫排斥反应，且骨修复效果较好，但是自体骨来源受限，特别是在修复大尺寸的骨缺损时想要获取具有足够尺寸的自体骨是十分困难的。人工合成的金属材料和医用高分子材料(如聚芳醚酮类材料)具有较好的力学性能，但是其是生物惰性的，无法生物降解、不能诱导骨再生，需要患者长期植入，易对患者生活造成不良影响，且存在长期植入发生松动的风险。
[0004]磷酸钙陶瓷的成分与天然骨成分相近，具有良好的生物相容性和骨诱导性，并且材料可以随着新骨的逐渐长入而缓慢降解，可实现骨缺损的再生修复。随着临床当中对骨修复材料要求的不断提高，需要创新磷酸钙陶瓷制备方法，开发出既能满足临床对个性化精准治疗的不断追求，又能够精确调控孔结构加速骨再生，并兼具良好力学性能的磷酸钙陶瓷是迫切需要解决的问题。3D打印技术具有较高的精度，可制备复杂结构的形状，具有开发周期较短、成型过程中不需要使用模具以及易于操作等优点。近些年来，围绕3D打印磷酸钙陶瓷的骨诱导性开展了一定的研究，但3D打印制备的磷酸钙陶瓷存在骨诱导性能不足的缺点。
[0005]因此，如何在保证磷酸钙陶瓷3D打印个性化制备的前提下，保证其优异的骨诱导性，提高其力学性能，满足个性化颅骨缺损再生修复的要求，成为了现阶段亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术提供一种个性化陶瓷颅骨再生修复体的制备方法，以实现颅骨修复体的个性化制备、提高磷酸钙陶瓷颅骨修复体的骨诱导性能并解决现有磷酸钙陶瓷颅骨修复体力学性能较差的问题。
[0007]本专利技术提供的个性化陶瓷颅骨再生修复体的制备方法，步骤如下：
[0008]S1、首先重建患者颅骨三维模型，然后利用颅骨的对称性通过镜像和布尔运算重建颅骨缺损模型，并且设计宏观孔结构单元，使用该单元重建缺损模型；
[0009]所述宏观孔结构选自可变孔径孔隙率的三周期极小曲面结构、仿骨小梁结构、仿
六方最密堆积结构、金刚石结构中的一种或多种结构的组合；
[0010]S2、将上述模型输出为打印文件，以陶瓷浆料为原料，通过3D打印得到修复体胚体；
[0011]S3、将打印出的修复体胚体使用无水乙醇进行超声清洗，然后置于60℃烘箱中烘干至少4h，然后进行烧结，得到磷酸钙陶瓷修复体；其中，所述烧结过程为：将烘干的胚体放入马弗炉或真空烧结炉中进行烧结，首先进行脱脂烧结，温度300℃～600℃，达到最大温度后保温1～4h；然后进行陶瓷烧结，烧结温度为900℃～1200℃，烧结保温1～4h。
[0012]S4、将烧结后的磷酸钙陶瓷修复体加入硝酸溶液或磷酸三钠水溶液中进行水热反应处理，得到具有原位晶须的个性化陶瓷颅骨再生修复体。若使用磷酸三钠水溶液，水热反应温度为180℃，反应时间为24h；若使用硝酸溶液，水热反应温度为200℃，反应时间为12h。水热反应处理用于形成原位晶须以提升修复体的骨诱导性能和力学强度。
[0013]优选的是，步骤S2中，陶瓷浆料由磷酸钙粉体、光敏树脂、表面改性剂、分散剂、打印助剂等原料制成。具体制备方法是：首先将磷酸钙粉体与表面改性剂和无水乙醇混合后球磨、球磨时间为8～12小时，然后烘干、过筛得到改性的磷酸钙粉体。然后将改性的磷酸钙粉体、光敏树脂、分散剂、打印助剂混合进行球磨，优选的球磨时间为4～8小时，得到陶瓷浆料。
[0014]其中，磷酸钙粉体选自羟基磷灰石、磷酸三钙中一种或两者的复合。优选的，磷酸钙粉体选择羟基磷灰石和磷酸三钙的复合粉体。
[0015]光敏树脂由乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1,6
‑
己二醇二丙烯酸酯这两种树脂中的一种或两种与光引发剂Omnirad819混合而成。优选地，光敏树脂由光引发剂Omnirad819、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1,6
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己二醇二丙烯酸酯混合而成。其中，乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和1,6
‑
己二醇二丙烯酸酯质量比1:1，光引发剂添加量为树脂总质量的3％。
[0016]打印助剂选自碳粉、石墨、石墨烯中至少一种。添加量为磷酸钙粉体质量的1％～5％。优选地，打印助剂选择碳粉，添加量为磷酸钙粉体质量的1％。
[0017]表面改性剂为硬脂酸、油酸、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯(MAEP)中的一种。表面改性剂添加量为磷酸钙粉体质量的1％～6％。优选地，表面改性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯(MAEP)，添加量为磷酸钙粉体质量的6％。
[0018]分散剂为选用BYK
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111或BYK
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333。添加量为磷酸钙粉体质量的3％～10％。优选地，分散剂为选用BYK
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111，添加量为磷酸钙粉体质量的5％。
[0019]优选的是，步骤S4中，使用浓度为0.2mol/L磷酸三钠水溶液进行水热处理；水热反应温度为180℃，反应时间为24h。
[0020]优选的是，步骤S1中，使用Mimics软件重建患者颅骨三维模型，并对其进行平滑处理；然后使用Magics、Rhino、C4D、3dsMax软件中的一种，利用颅骨的对称性重建颅骨缺损模型；使用Solidworks、C4D、3dsMax软件中的一种设计宏观孔结构单元，并用该单元重建缺损模型。
[0021]步骤S1中，所述宏观孔结构优选仿六方最密堆积结构，结构中存在球型孔和贯通孔两种宏观孔；球型孔按照六方最密堆积分布，圆柱形贯通孔连接相邻的球型孔；球形孔孔径为100～1000μm，贯通孔的孔径为球型孔的1/2～1/10，修复体的孔隙率为30％～70％。
[0022]所述3D打印方式可以采用直接墨水书写技术DIW、熔融沉积成型FDM、激光粉末床熔融技术和光固化面成型DLP技术。优选地，3D打印方式为光固化面成型DLP技术。切片层厚为50μm，光源波长为405nm，光源功率为6.20mJ/cm2，单层曝光时间为2s。
[0023]制备得到的个性化颅骨再生修复体具有多层级结构特点。所述多层级结构包括微观孔结构、宏观孔结构和原位晶须结构。所述宏观孔结构由模型设计以及打印过程产生；所述微观孔结构由烧结过程产生；所述原位晶须结构由水热反应产生。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：
[0025](1)本专利技术的个性化颅骨再生修复体轮廓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种个性化陶瓷颅骨再生修复体的制备方法，其特征在于，步骤如下：S1、首先重建患者颅骨三维模型，然后利用颅骨的对称性通过镜像和布尔运算重建颅骨缺损模型，并且设计宏观孔结构单元，使用该单元重建颅骨缺损模型；所述宏观孔结构选自可变孔径孔隙率的三周期极小曲面结构、仿骨小梁结构、仿六方最密堆积结构、金刚石结构中的一种或多种结构的组合；S2、将上述模型输出为打印文件，以陶瓷浆料为原料，通过3D打印得到修复体胚体；S3、将打印出的胚体进行清洗、烘干、烧结，得到磷酸钙陶瓷修复体；其中，所述烧结过程首先进行脱脂烧结，温度300℃～600℃，达到最大温度后保温1～4h；然后进行陶瓷烧结，烧结温度为900℃～1200℃，烧结保温1～4h；S4、将烧结后的磷酸钙陶瓷修复体加入硝酸溶液或磷酸三钠水溶液中进行水热反应处理，得到具有原位晶须的个性化陶瓷颅骨再生修复体。2.如权利要求1所述的个性化陶瓷颅骨再生修复体的制备方法，其特征在于，步骤S2中，陶瓷浆料由磷酸钙粉体、光敏树脂、表面改性剂、分散剂、打印助剂五种原料制成；其中，磷酸钙粉体选自羟基磷灰石、磷酸三钙中一种或两者的复合；光敏树脂由乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1,6
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己二醇二丙烯酸酯这两种树脂中的一种或两种与光引发剂Omnirad819混合而成；表面改性剂为硬脂酸、油酸、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯中的一种；分散剂选自BYK
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111或BYK
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333；打印助剂选自碳粉、石墨、石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：李向锋，刘莆莘，曹全乐，朱向东，张兴栋，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：