【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物医用材料制备，具体地，涉及一种仿生梯度支架的制备方法及仿生梯度支架，尤其是一种仿生骨组织结构的梯度镁合金组织工程支架及其制备方法。
技术介绍
1、大段骨再生：大段骨缺损是骨缺损中的一种极端情况，可由创伤、疾病、发育畸形、翻修手术、肿瘤切除或骨髓炎等引起。临界大小的节段性骨缺损的经典定义是“特定骨骼和动物物种中最小的骨缺损，在动物的一生中不会自发愈合”或“在动物的一生中显示少于10％的骨再生”。研究发现，在大多数动物中，长度超过缺损骨直径的2～2.5倍可被认为是临界最小尺寸。这类缺损造成的骨不连，由于治疗时间长和术后费用高，严重影响患者的生活质量，也对骨科临床治疗技术提出了重大挑战。
2、在骨缺损的修复过程中，骨移植是最常用的方法之一。骨移植可以从患者自身身体其他部位的骨骼中获取骨组织，并将其移植到缺损部位进行修复。然而，对于骨移植而言，无论是自体还是异体，均会面临来源有限、成本过高、容易引入新创伤、可能引起免疫排斥反应、病毒/细菌感染等缺点。为了避免上述缺点，可人工制造、低成本、无免疫排斥反应、生物相容性良好的骨组织工程支架越来越引起了广泛的关注。
3、据文献报道，平均孔径大于300μm有利于骨形成和血管形成。理想的骨支架必须具有足够的机械强度，耐腐蚀性和生物相容性，以满足其承载的作用。此外，支架应具有相互连接的多孔网络，以传递营养物质并允许细胞迁移。虽然孔隙率是支架设计的重要参数，但高孔隙率的镁支架的力学性能较差，在生理溶液中降解严重。因此，设计一种具有最佳机械强度和合适降解速率的可降
4、梯度结构背景：梯度结构广泛存在于自然界中，如鸟喙、竹子、骨骼、牙齿等。人体的皮质骨和松质骨之间存在孔隙率和力学性能的梯度变化，且骨细胞能通过感知局部载荷对骨组织的梯度分布进行合理的调整，从而适应不同的载荷。
5、梯度结构支架优势：外密内疏松的梯度镁合金支架，在力学性能方面，由于外部较厚的壁厚能承受更大的载荷，因此相比均匀结构具有更好的力学性能。在联通性方面，由于中间的孔径较大，在植入前期有利于细胞的迁移，促进骨组织细胞和血管的长入，在植入后期由于中间壁厚较为薄弱能优先降解利于新骨优先形成，而外侧降解较慢依然能提供一定的力学支撑。
6、slm(激光粉末床融化技术)优势：随着增材制造技术的不断发展，根据患者骨骼缺损部位的形状和尺寸进行定制化制备的骨组织支架成为目前的最佳选择。定制化梯度支架可以根据重建的骨缺损部位的结构特点进行设计，能与缺损部位的弧度、尺寸、形状、孔隙率变化进行匹配，具有制备精度高、三维联通性好、孔径孔隙率可调节和孔隙形状精度高的特点，能促进骨组织和血管的长入并提供足够的力学支撑，并在新骨长入后逐步从内到外降解。由于slm工艺具有局部快速加热和快速冷却的特点，能抑制样品中的晶粒生长，获得细小的晶粒，具备更高的力学强度和腐蚀性能。此外，这一工艺可以实现更少的第二相析出和更均匀的相分布，降低腐蚀速率。
7、镁基体优势：一般来说，与天然骨相比，金属生物材料具有较高的杨氏模量，并且由于应力遮挡而导致骨吸收。然而，镁是一种轻质材料(1.74g/cm3)，其机械性能(杨氏模量45gpa)与天然骨非常相似，因此消除了应力遮挡现象。此外，镁是人体中含量第四丰富的阳离子，在成人体内约含24g，超过60％的镁存在于骨骼和牙齿中，是能量代谢、蛋白质和细胞核合成、维持甲状旁腺功能和维生素d代谢等多种酶促反应的辅助因子，能促进成骨细胞粘附和骨组织的再生。研究表明缺镁饮食会使大鼠全身骨密度降低，甚至出现骨质疏松症，而适量镁的摄入已被证明可以有效防止骨质疏松患者的骨密度降低，且镁离子很容易由肾脏通过尿液排出而避免对人体产生不利影响。
8、slm技术制备镁合金骨组织工程支架劣势：由于镁合金易燃、易氧化的特点，镁合金3d打印时会存在较大的安全风险，同时镁合金还具有低沸点和高蒸汽压的特性，导致其在3d打印过程中会出现严重的粉体蒸发和飞溅，同时由于熔点低、热导率高和表面张力低导致较大的熔池，支架表面和内部极容易粘附粉末，影响结构精度和表面粗糙度。加上3d打印的制备精度限制，小孔径下支架更容易堵塞，容易引起局部腐蚀进而加速降解。同时相比于杆状结构，三维联通的波浪状孔型比表面积更大，更容易黏附更多的粉末，降低孔隙率和流通性，影响细胞的长入。因此，需要优化打印工艺，降低支杆轮廓边缘的粉末粘附以制备小孔径支架，同时利用梯度结构的特点增加支架的流通性，利于营养物质和代谢废物的运输。
9、梯度支架设计与制备存在的困难：对于从内到外壁厚梯度变化的支架而言，在设计与制备方面存在许多困难。对于块体而言，制备过程更加关注致密度与组织，但对于多孔结构而言，除了关注致密度与组织之外，还需要关注结构精度复现性、内部和外部的粉末黏附、水平悬垂结构的挂渣缺陷、结构变化带来的热导率的变化等，因此多孔结构的成型工艺区间更窄，相比与块体需要更加精细的调控工艺。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种仿生梯度支架的制备方法及仿生梯度支架。
2、根据本专利技术提供的一种仿生梯度支架的制备方法，包括如下步骤：
3、步骤1：对大段骨缺损部位进行扫描，获取缺损区域数据，将所获取的数据导入建模软件中重构形成骨缺损三维模型；
4、步骤2：基于所重构的骨缺损三维模型，确定骨缺损部位的相关参数，在建模软件中模拟植入位点及虚拟骨尺寸，利用建模软件生成能够覆盖骨缺损部位的梯度支架的三维结构模型；
5、步骤3：将梯度支架的三维结构模型导入建模软件进行切片，切片后数据导入3d打印设备，打印生成梯度支架；
6、步骤4：对打印生成的梯度支架进行冷却，完成冷却后从打印设备中取出，除去支撑结构，对梯度支架的表面进行抛光处理，得到抛光后的梯度支架。
7、优选的，所述步骤1中，对大段骨缺损部位进行的扫描为ct扫描；
8、所述步骤2中，所述骨缺损部位的相关参数包括骨缺损部位的弧度、尺寸、形状、内外孔隙率差异；
9、所述步骤3中，将梯度支架的三维结构模型导入materialise mimics软件进行切片；依据梯度支架的形状确定支撑结构，依据壁厚变化确定工艺参数，利用激光粉末床熔化工艺在粉末床上逐层打印生成梯度支架；
10、所述步骤4中，将梯度支架冷却至室温后从打印设备中取出；对梯度支架的表面进行动态电化学抛光处理。
11、优选的，所述步骤3中，打印前进行预热处理，成型缸预热温度为200～250℃，粉末床的预热温度为110～130℃。
12、优选的，所述步骤3中，采用镁粉进行打印；
13、打印参数取决于镁粉粒径s和梯度支架壁厚t，打印参数与镁粉粒径分布s和梯度支架壁厚t之间的关系式为：
14、
15、其中，γ为2.7～7.9e-7，为镁粉表面能相关系数；为壁厚相关的能量密度缩放系数，为支架中心点往径向延长的距离，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种仿生梯度支架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的仿生梯度支架的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，对大段骨缺损部位进行的扫描为CT扫描；
3.根据权利要求2所述的仿生梯度支架的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，打印前进行预热处理，成型缸预热温度为200～250℃，粉末床的预热温度为110～130℃。
4.根据权利要求2所述的仿生梯度支架的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，采用镁粉进行打印；
5.根据权利要求4所述的仿生梯度支架的制备方法，其特征在于，激光功率P为60～120W，扫描速度V为200～800mm/s，激光光斑直径SZ为40～100μm，扫描线宽HS为40～160μm，扫描层厚LT为10～50μm；
6.根据权利要求2所述的仿生梯度支架的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，所述梯度支架抛光结束后在无水乙醇溶液中超声清洗5～30min；
7.一种仿生梯度支架，其特征在于，采用权利要求1至6任一项所述的仿生梯度支架的制备方法制备得到。
8.根据权利要求
9.根据权利要求8所述的仿生梯度支架，其特征在于，所述梯度支架具有三维联通的波浪状结构；
10.根据权利要求7所述的仿生梯度支架，其特征在于，所述梯度支架的材质为纯镁或镁合金；所述纯镁为纯度大于等于99.99％的高纯镁；所述镁合金为如下任意一种：Mg-Zn基合金、Mg-Ca基合金、镁合金WE43、镁合金EK30。
...【技术特征摘要】
1.一种仿生梯度支架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的仿生梯度支架的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，对大段骨缺损部位进行的扫描为ct扫描；
3.根据权利要求2所述的仿生梯度支架的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，打印前进行预热处理，成型缸预热温度为200～250℃，粉末床的预热温度为110～130℃。
4.根据权利要求2所述的仿生梯度支架的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，采用镁粉进行打印；
5.根据权利要求4所述的仿生梯度支架的制备方法，其特征在于，激光功率p为60～120w，扫描速度v为200～800mm/s，激光光斑直径sz为40～100μm，扫描线宽hs为40～160μm，扫描层厚lt为10～50μm；
6.根据权利要求2所述的仿生...
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