具有无源无线压力监测的可降解椎间融合器及其制备方法技术

本申请涉及具有无源无线压力监测的可降解椎间融合器及其制备方法，涉及3D打印组织工程支架领域，具有无源无线压力监测的可降解椎间融合器由无源无线压力传感器和可降解椎间融合器组成。所述压力传感器包括电感线圈、柔性基底以及连接电感线圈与柔性基底的导线；所述电感线圈放置在椎间融合器侧面，与电感线圈相连的导线在椎间融合器内部。本申请的无源无线压力监测的可降解椎间融合器可调控力学性能，具有生物可降解性，可以实施监控和进行检测等众多优点。测等众多优点。测等众多优点。

【技术实现步骤摘要】
具有无源无线压力监测的可降解椎间融合器及其制备方法


[0001]本申请涉及3D打印组织工程支架领域，具体的涉及具有无源无线压力监测的可降解椎间融合器及其制备方法。

技术介绍

[0002]在全球老龄化的加剧下，以脊柱支撑功能下降为主要症状的脊柱退行性病变已经成为脊柱外科最常见的疾病之一。脊柱融合术是目前治疗脊柱退行性疾病的最有效方法。随着科学技术和材料学的迅速发展，各种椎间融合器已广泛应用于临床。其中主要包括金属类和非金属类。金属融合器包括钽金属融合器、钛网融合器等；非金属类融合器较多，主要有生物型自体骨融合器、复合材料型，如碳纤维、聚醚醚酮、同种异体骨、可吸收性融合器等。
[0003]然而，现有融合器还存在诸多问题，例如同种异体骨椎间融合器存在异体骨资源短缺；成型材料多为尸体新鲜冷冻松质骨组织，存在一定排斥反应；成本价格高等缺点；聚醚醚酮PEEK融合器弹性模量和骨不匹配，只起支撑作用，不促骨生成；金属椎间融合器价格昂贵；弹性模量与骨相差较大。因此，现在尚无可降解椎间融合器。此外，更为重要的是，对于融合器的术后效果及病人恢复情况，目前仅能通过CT等手段来进行阶段性检测，尚无有效的实时监控手段。
[0004]本
技术介绍
所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请
技术介绍
的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

技术实现思路

[0005]基于上述问题，本申请提出的具有无源无线压力监测的可降解椎间融合器及其制备方法，由无源无线压力传感器和可降解椎间融合器组成。所述压力传感器包括电感线圈、柔性基底以及连接电感线圈与柔性基底的导线；所述电感线圈放置在椎间融合器侧面，与电感线圈相连的导线在椎间融合器内部。
[0006]在本申请的一些实施例中，具有无源无线压力监测的可降解椎间融合器的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)结构设计：根据人体脊椎尺寸设计椎间融合器，以及设计无线无源压力传感器，所述无线无源压力传感器包括电感线圈、柔性基底以及连接电感线圈与柔性基底的导线；通过软件绘制出模型，将模型文件转化为打印路径文件，并将路径文件导入打印软件中，为打印做好准备；
[0008](2)选取椎间融合器的打印基底，对基底进行预处理，备用；
[0009](3)选取生物可降解热塑性高分子聚合物作为打印材料，采用电场驱动喷射沉积3D打印，在预处理后的基底上进行打印，具体为在喷嘴处施加电压，打印材料在喷嘴出口处形成泰勒锥，产生锥射流，打印材料在电场的作用下从喷嘴向下喷射，在基底上打印出预设模型的椎间融合器；
[0010](4)用导电材料打印电感线圈以及柔性基底，再将导电浆料注入到打印出的椎间融合器的内孔中，凝固后形成无源无线压力传感器的导线；打印可降解的第一柔性薄膜和第二柔性薄膜，将电感线圈贴合于第一柔性薄膜上，使用第二柔性薄膜包裹柔性基底；将贴合第一柔性薄膜的电感线圈设置在椎间融合器外侧，椎间融合器内孔的导线与电感线圈相连，将第二柔性薄膜包裹的柔性基底与椎间融合器内孔中的导线在椎间融合器上侧相连，导线、柔性基底、电感线圈组成了无线无源压力传感器。
[0011]在本申请的一些实施例中，步骤(4)，所述导电浆料为PEDOT:PSS材料。
[0012]在本申请的一些实施例中，所述第一柔性薄膜和第二柔性薄膜材料为TPE材料，所述TPE具有柔韧性高、绝缘性能好、回弹性能好、重量轻的机械强度高等特点，使压力传感器具有优异的柔性。
[0013]在申请的一些实施例中，对打印基底进行预处理具体为：将打印基底采用酒精擦洗干净，再将其放入超声波清洗机中，用去离子水超声波清洗15分钟，最后再将清洗后的打印基底烘干，并放在打印机平台上。
[0014]在申请的一些实施例中，所述步骤(2)中，选取打印材料后，将打印材料放入烧杯中，并将烧杯放入干燥箱中干燥2
‑
3小时，以去除材料中的水分，避免材料的粘度受到影响；然后将打印材料放入料桶中进行加热到设定温度值，使材料完全融化；在基底上打印预设图案。
[0015]在本申请的一些实施例中，采用电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术，施加电场，使打印材料在电场力的作用下，在喷嘴出口处形成泰勒锥射流，材料以锥射流的形式在基材上沉积出线宽远小于喷嘴内径的细丝，基底不接地电极。
[0016]在本申请的一些实施例中，所述步骤(3)中，通过多层打印叠加的方法，获得具有一定高度的3D结构的椎间融合器。
[0017]在本申请的一些实施例中，通过调整打印过程中的工艺参数，如电压、气压、喷嘴温度、料桶温度、打印速度、喷嘴与基底之间的距离等，调控所打印模型的线宽、周期和高度，以此来得到所需尺寸的模型；
[0018]在本申请的一些实施例中，打印速度为4～20mm/s、气压50～300kPa、打印电压为1000
‑
2000V、喷嘴与基底之间的距离为100～240μm。
[0019]在申请的一些实施例中，打印椎间融合器的材料为PLA、PCL、PLLA和羟基磷灰石的复合材料中的至少一种。
[0020]在申请的一些实施例中，柔性基底的结构为TPE薄膜包裹PEDOT:PSS导电材料，其主要功能是将其所受到的垂直方向的压力以电阻值变化的形式输出，PEDOT:PSS的含量达到渗透阈值时，能够形成导电通路，使整个材料部分的电阻骤减；压力传感器连入电路，当压力传感器受到压力作用时，导电通路的长度会被压缩，压力传感器表现出的电阻值与压力形变之间呈负相关，即压力增大电阻变小。
[0021]在申请的一些实施例中，柔性基底的形状为长方体块状结构。
[0022]在申请的一些实施例中，柔性基底的尺寸b
×
h
×
l＝2
×
0.4
×
2mm，b为宽，h为高，l为长。
[0023]在申请的一些实施例中，所述电感线圈的形状为正方形平面状。
[0024]在申请的一些实施例中，电感线圈的外径为4
‑
4.5mm，线圈厚度5
‑
10um，电感间距
为0.2mm，圈数为9
‑
12，电感线宽10
‑
20um。
[0025]在申请的一些实施例中，打印导线线宽10
‑
200μm，线长4
‑
6mm。
[0026]在本申请的又一实施例中，还提出一种具有无源无线压力监测的可降解椎间融合器，其由上述制备方法制备而成。
[0027]在本申请的另一实施例中，还提出无源无线压力传感系统，包括上述制备方法制备得到的具有无源无线压力监测的可降解椎间融合器，矢量网络分析仪以及读出线圈。
[0028]在本申请的一些实施例中，所述读出线圈由以下步骤打印制得：
[0029](1)选取绝缘硬质材料作为基底，对基底进行预处理，备用；
[0030](2)读出线圈打印：选取导电料浆作为打印材料，采用电场驱动喷射沉积微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有无源无线压力监测的可降解椎间融合器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)结构设计：根据人体脊椎尺寸设计椎间融合器，以及设计无线无源压力传感器，所述无线无源压力传感器包括电感线圈、柔性基底以及连接电感线圈与柔性基底的导线；通过软件绘制出模型，将模型文件转化为打印路径文件，并将路径文件导入打印软件中，为打印做好准备；(2)选取椎间融合器的打印基底，对基底进行预处理，备用；(3)选取生物可降解热塑性高分子聚合物作为打印材料，采用电场驱动喷射沉积3D打印，在预处理后的基底上进行打印，具体为在喷嘴处施加电压，打印材料在喷嘴出口处形成泰勒锥，产生锥射流，打印材料在电场的作用下从喷嘴向下喷射，在基底上打印出预设模型的椎间融合器；(4)用导电材料打印电感线圈以及柔性基底，再将导电浆料注入到打印出的椎间融合器的内孔中，凝固后形成无源无线压力传感器的导线；打印可降解的第一柔性薄膜和第二柔性薄膜，将电感线圈贴合于第一柔性薄膜上，使用第二柔性薄膜包裹柔性基底；将贴合第一柔性薄膜的电感线圈设置在椎间融合器外侧，椎间融合器内孔的导线与电感线圈相连，将第二柔性薄膜包裹的柔性基底与椎间融合器内孔中的导线在椎间融合器上侧相连，导线、柔性基底、电感线圈组成了无线无源压力传感器。2.根据权利要求1所述的一种具有无源无线压力监测的可降解椎间融合器的制备方法，其特征在于，步骤(4)，所述导电材料为PEDOT:PSS；优选步骤(4)中的导电浆料也为PEDOT:PSS；优选地，所述第一柔性薄膜和第二柔性薄膜材料为TPE材料。3.根据权利要求1所述的一种具有无源无线压力监测的可降解椎间融合器的制备方法，其特征在于，采用电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术，施加电场，使打印材料在电场力的作用下，在喷嘴出口处形成泰勒锥射流，材料以锥射流的形式在基材上沉积出线宽远小于喷嘴内径的细丝，基底不接地电极。4.根据权利要求1所述的一种具有无源无线压力监测的可降解椎间融合器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，通过多层打印叠加的方法，获得具有一定高度的3D结构的椎间融合器。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广明，付志国，郭辰旭，兰红波，周伟，西永明，朱晓阳，王飞，彭子龙，
申请(专利权)人：青岛大学附属医院，
类型：发明
国别省市：