一种利用激光技术进行软骨打孔的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用激光技术进行软骨打孔的新方法。对块状软骨组织进行骨髓清除、生理盐水浸泡、冷冻；采用图形设计软件进行微孔阵列结构设计，确定孔径、孔间距，生成文件；连接实验平台与控制软件，将处理好的软骨组织置于平台上，调节激光焦点于软骨组织表面；导入生成的文件，调节激光的扫描速度、扫描功率等参数，在软骨组织表面进行微孔加工。本发明专利技术可以加工出尺寸为250-300μm，孔间距400-500μm，孔深为1.3-2mm的微孔，对于软骨支架的制备以及软骨缺损的治疗具有较好的应用前景。

Method for cartilage drilling using laser technology

The invention discloses a new method for cartilage drilling by laser technology. Bone marrow removal, saline soaking, freezing on massive cartilage tissue; microporous array structure design using graphic design software, to determine the pore diameter, hole spacing, file; connect experiment platform and control software, will handle the cartilage on the platform, adjusting the laser focus on cartilage surfaces; import generated files the scanning speed, the laser scanning parameters such as power control, micro hole machining in cartilage surface. The invention can be used for processing the micropore with a dimension of 250-300 mu m, a hole spacing of 400-500 mu m and a hole depth of 1.3-2mm, which has a good application prospect for the preparation of the cartilage scaffold and the treatment of cartilage defects.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光打孔技术在医疗领域的应用，特别涉及一种利用激光在软骨上进行打孔制作微孔阵列的方法。有望用于骨缺损的治疗，并为体外软骨支架的制作提供新的思路和技术支持。
技术介绍
激光打孔技术在现代制造领域应用相当广泛，其基本原理是将高功率密度的激光束聚焦在工件表面，使材料汽化，或通过气体吹出熔化材料来形成孔洞。由于激光能量高、光斑小、方向性好等的优点，可在不同材料上加工任意形状、各种尺寸的微孔以及盲孔。例如激光打孔可应用在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层印刷线路板等行业的生产中。而激光打孔技术在医学领域也有应用，利用激光进行镫骨打孔实现对耳硬化症的治疗是这一技术在医学上的典型代表。激光技术与骨骼的关系可以通过骨骼支架来联系。运用激光技术进行骨骼支架的制作已有很多研究。如已进行过长脉冲激光与飞秒脉冲激光在材料可加工性与加工精度的研究；采用飞秒激光在热塑料聚酯聚合物材料制作的血管支架上加工尺寸为200μπι至500 μ m的孔洞，以用来增强特定部位的渗透性的研究，所打的孔既可能是通孔也可能是盲孔，这种孔洞产生过程避免了有机溶剂的使用。然而目前仍没有在软骨组织上直接进行打孔，尤其是应用激光进行打孔的相关报道。本专利技术采用激光打孔技术，在天然软骨组织上进行微孔加工，形成微孔阵列，实现孔间相通，同时保证微孔烧蚀轻微，表面光滑。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于利用激光打孔技术在软骨组织上加工孔间相通的微孔阵列。本专利技术目的通过如下措施来达到的，其具体工艺流程为:，其特征在于，步骤包括:( I)将软骨组织在打孔前进行清洁，冷冻处理。(2)利用图形设计软件进行微孔设计，制作所需要的微孔阵列图形文件。为加工出孔径为250 μ m-300 μ m,孔间距400-500 μ m,孔深为1.3_2mm的微孔阵列，微孔的图形设计孔径应为80-100 μ m,孔间隔为300-350 μ m,线宽为10 μ m,生成相应文件。(3)打开CO2激光器，将其与控制电脑相连。将处理好的软骨组织置于工作台，调整焦距于软骨组织表面，导入步骤(2)生成的文件。为加工出步骤(2)所要求的微孔，采用的激光功率为30-50W，打孔速率为linch/min-50inch/min。进一步，软骨组织首先要去除骨髓，然后在生理盐水中浸泡3_5h，最后在_20°C条件下冷冻4-6h，冷冻方式为冰箱冷冻。进一步，最佳参数选择为:功率为50W，扫描速率为25inch/min。进一步，该激光打孔的过程采用激光光斑在软骨组织表面按照圆孔轨迹扫描实现组织挥发的方式造成微孔实现，而非冲击打孔。这样的方式有利于控制微孔阵列的孔径和孔间隔。由于激光加工热影响的存在，选择的参数不同，所加工的微孔的质量有明显变化。在该专利技术中，选取的最佳参数为功率50W，扫描速率为25inch/min。(4)将加工好的软骨组织经灭菌等生物学处理，用于细胞培养试验。所述的软骨组织取自猪的关节软骨，结合功率参数及医学要求于光学显微镜下观察分析，采用50W功率，25inch/min的打孔速度所加工的微孔质量最佳。最佳加工微孔尺寸为 250-300 μ m,孔间距 400-500 μ m,孔深为 1.3_2臟。所述激光器为CO2激光器，也可以是Nd =YAG激光器。与加工之前的软骨相比:采用激光在软骨上加工微孔阵列，可以满足细胞长入以及营养物质流通的基本条件，同时软骨组织的韧性及强度较高。具有与其他生物组织相似的结构，良好的粘附、识别和诱导特性，以及无毒特性。可用来移植入生物体内进行骨缺损的治疗。采用激光打孔技术，在经过处理的软骨块状组织上进行孔径为200 μ m-400 μ m,孔间距为300 μ m-500 μ m (该尺寸的微孔适合于细胞的导入、生长以及营养物质的传输)的微孔阵列的加工(如示意1)。由于实验材料来源于生物体，其基本组成成分为水分、胶原纤维以及蛋白多糖，与动物、人的软骨组织成分相同，通过灭菌、_70°C深低温冷冻等医学处理之后移植回生物体内可降低甚至排除免疫反应；从XRD图谱(如示意图3a、图3b)、扫描电镜图片(如示意4、5)可以看出，未加工部分与加工部分的软骨组织成分没有发生变化，未加工部位的热影响小，故没有其他物质的产生，损伤也小，基于以上原因，我们得出加工后的骨组织具备了生物相容性好 、良好的材料/细胞界面以及无抗原等的性能要求；此外，经过加工之后的软骨组织韧性以及强度未发生明显改变，机械性能很高。附图说明图1:软骨支架模型示意图，11:微孔；12:软骨组织。图2:加工装置示意图，1:计算机；2:数据连接线；3:激光器；4:发射激光；5:振镜；6:待加工软骨材料；7:运动系统。图3a:未打孔部位的XRD图谱；图3b:打孔部位的XRD图谱。图4:扫描电镜下观察到的微孔照片，11:微孔；12:软骨组织。图5:扫描电镜下观察到的微孔照片，11:微孔；12:软骨组织。具体实施例方式首先有必要在此指出的是本实例所使用的图形设计尺寸及激光参数只用于对本专利技术进行进一步详细说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制。按照图2所示的加工装置示意图连接加工设备。计算机用数据连接线于激光器连接；通过激光器发射激光经由振镜直接作用于待加工软骨组织；通过运动系统，在软骨组织上加工出微孔阵列。实例1.取猪的关节软骨组织，脱脂灭菌，去除骨髓。2.将上述软骨组织在生理盐水中浸泡3h，然后在_20°C的条件下冰冻4h，取出融化，待用。3.运用图形设计软件进行微孔阵列的设计，设定微孔孔径为ΙΟΟμπι，孔间间隔为I謹,线宽为10 μ m。4.选取波长为10.06 μ m的CO2激光器，并将其与控制电脑相连。将待用软骨组织置于工作台，设置临时原点，调节工作台使焦点位于软骨组织表面。导入图形文件，设定激光功率50W，平台移动速度25inch/min，点击运行，待程序完成后，便在软骨组织表面完成微孔阵列的加工。附图4、5为加 工完成的微孔阵列的实际图形和用扫描电镜观察到的微孔形貌。权利要求1.，其特征在于，步骤包括: (1)将软骨组织在打孔前进行清洁，冷冻处理。(2)利用图形设计软件进行微孔设计，制作所需要的微孔阵列图形文件。为加工出孔径为250 μ m-300 μ m,孔间距400-500 μ m,孔深为1.3_2mm的微孔阵列，微孔的图形设计孔径应为80-100 μ m,孔间隔为300-350 μ m,线宽为10 μ m,生成相应文件。(3)打开CO2激光器，将其与控制电脑相连。将处理好的软骨组织置于工作台，调整焦距于软骨组织表面，导入步骤(2)生成的文件。为加工出步骤(2)所要求的微孔，采用的激光功率为 30-50W，打孔速率为 linch/min-50inch/min。2.按照权利要求1的方法，其特征在于，软骨组织首先要去除骨髓，然后在生理盐水中浸泡3-5h，最后在-20°C条件下冷冻4-6h，冷冻方式为冰箱冷冻。3.按照权利要求1的方法，其特征在于，功率为50W，扫描速率为25inch/min。4.按照权利要求1的方法，其特征在于，该激光打孔的过程采用激光光斑在软骨组织表面按照圆孔轨迹扫描 实现组织挥发的方式造成微孔实现，而非冲击打孔。全文摘要本专利技术公开了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用激光技术进行软骨打孔的方法，其特征在于，步骤包括：（1）将软骨组织在打孔前进行清洁，冷冻处理。（2）利用图形设计软件进行微孔设计，制作所需要的微孔阵列图形文件。为加工出孔径为250μm?300μm，孔间距400?500μm，孔深为1.3?2mm的微孔阵列，微孔的图形设计孔径应为80?100μm，孔间隔为300?350μm，线宽为10μm，生成相应文件。（3）打开CO2激光器，将其与控制电脑相连。将处理好的软骨组织置于工作台，调整焦距于软骨组织表面，导入步骤（2）生成的文件。为加工出步骤（2）所要求的微孔，采用的激光功率为30?50W，打孔速率为1inch/min?50inch/min。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘富荣，赵进炎，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：