一种纳米钻石烯3d打印骨及制作方法_2

文档序号:9716805阅读:来源:国知局
患者体内能够承受较大的载荷,长期使用时,磨损量极小,有 效延长了人工骨的使用寿命。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明实施例1的结构示意图; 图2是纳米钻石締的邸的普图; 图3是纳米钻石締的TEM分析图; 图4是纳米钻石締的MS-NMR谱图; 图5是纳米钻石締的原子轨道示意图; 图6是纳米钻石締的Raman光谱。
【具体实施方式】
[0014] -种纳米钻石締3D打印骨,打印骨的外形为基于人体骨骼的真实扫描形状制成的 形状;打印骨包括骨本体,骨本体由钻石締粘结剂和纳米钻石締粉末制成,其中钻石締粘结 剂和纳米钻石締粉末的质量比为2:3-3:2;骨本体表面固接有若干层复合层,任一复合层由 钻石締粘结剂层和纳米钻石締粉末层组成;纳米钻石締为层片状单晶结构,同一片层的碳 原子之间为sp3轨道杂化碳键连接,层与层之间的碳原子之间为sp2杂化碳键连接;纳米钻 石締的晶格间距为〇.21nm;纳米钻石締的平均粒径为R,;纳米钻石締的C含量为99~100%。
[0015] 纳米钻石締的平均粒径为R,20 < R < 300nm。
[0016] 钻石締粘结剂由改性环氧树脂、表面功能化钻石締、聚氨基甲酸醋和硅烷偶联剂 组成,其中各组分质量比例为:环氧树脂40-50%、表面功能化钻石締30-40%、聚氨基甲酸醋 5-15%、硅烷偶联剂5%。钻石締的表面功能化处理方法如下:将钻石締加入到强酸溶液中,从 而在其表面引入簇酸基团,然后进行加热和超声波处理,最后在烘箱干燥后得到表面功能 化钻石締。
[0017] 纳米钻石締3D打印骨的制作方法,包括W下步骤, 1) 对本体骨骼进行CT扫描,获取打印骨的=维外形数据; 2) 对=维外形数据进行分层,并根据每一层的轮廓信息进行数控编程,将编程的数据 导入到3D打印机中; 3) 控制3D打印机在打印平台上用钻石締粘结剂和纳米钻石締粉末打印出骨本体,固 化; 4) 控制3D打印机在骨本体表面上依次打印上钻石締粘结剂层和纳米钻石締粉末层,钻 石締粘结剂和纳米钻石締结合后快速固化形成固化层; 5) 重复进行步骤4)直至打印完成; 6) 取出打印完成的3D打印骨,吹掉周围松散的粉末,经过表面处理后得到成品; 7) 收集被吹掉的粉末进行回收利用。
[001引实施例1 人工关节包括关节头和关节窝,W关节窝为例,先对本体关节窝进行CT扫描,获取打印 关节窝的=维外形数据,对=维外形数据进行分层,并根据每一层的轮廓信息进行数控编 程,将编程后的数据导入到3D打印机中,选用打印截面的厚度为4化m的3D打印机,控制选用 的3D打印机在打印平台上用钻石締粘结剂和纳米钻石締粉末打印出关节窝骨本体,其中钻 石締粘结剂和纳米钻石締粉末的质量比为2:3,固化,其中钻石締粘结剂由改性环氧树脂、 表面功能化钻石締、聚氨基甲酸醋和硅烷偶联剂组成,再控制3D打印机在关节窝的骨本体 表面上依次打印上钻石締粘结剂层和纳米钻石締层,其中纳米钻石締的平均粒径为200nm, 纳米钻石締层覆盖在钻石締粘结剂层的外表面上,钻石締粘结剂和纳米钻石締粉末结合后 快速固化形成固化层,重复进行钻石締粘结剂层和纳米钻石締层的打印,最终打印成设定 好的纳米钻石締3D打印关节窝形状,打印完毕后,从打印平台上取下关节窝,用喷枪吹掉周 围松散的粉末,将被吹掉的粉末收集并循环利用,打印好的关节窝经过表面处理,如利用超 声波法对其表面进行处理,得到患者所需如图1所示的关节窝。
[0019] 实施例2 人工关节包括关节头和关节窝,W关节窝为例,先对患者所需关节窝进行CT扫描,获取 打印关节窝的=维外形数据,对=维外形数据进行分层,并根据每一层的轮廓信息进行数 控编程,将编程后的数据导入到3D打印机中,选用打印截面的厚度为2化m的3D打印机,控制 选用的3D打印机在打印平台上用钻石締粘结剂和纳米钻石締粉末打印出关节窝骨本体,其 中钻石締粘结剂和纳米钻石締粉末的质量比为3:2,固化,其中钻石締粘结剂由改性环氧树 月旨、表面功能化钻石締、聚氨基甲酸醋和硅烷偶联剂组成,再控制3D打印机在关节窝的骨本 体表面上依次打印上钻石締粘结剂层和纳米钻石締层,其中纳米钻石締的平均粒径为 300nm,纳米钻石締层覆盖在钻石締粘结剂层的外表面上,钻石締粘结剂和纳米钻石締粉末 结合后快速固化形成固化层,重复进行钻石締粘结剂层和纳米钻石締层的打印,最终打印 成设定好的纳米钻石締3D打印关节窝形状,打印完毕后,从打印平台上取下关节窝,用喷枪 吹掉周围松散的粉末,将被吹掉的粉末收集并循环利用,打印好的关节窝经过表面处理,如 利用超声波法对其表面进行处理,得到患者所需关节窝,其形状与实施例1形状一致。
[0020] 纳米钻石締的性能测试如下: 1.纳米钻石締材料的摩擦磨损实验 采用结构简单、操作方便、试验干扰因素少的医用植入材料专用型摩擦磨损试验机 (BiotriboPOD Type Zero)对钻石締材料进行摩擦试验,试验条件与参数为:Fn : 1.0- 1. IMPa,运动频率:mz,摩擦副形式:面-面接触,运动形式:环转,磨痕半径:8mm,试验溫度: 20-30°C,旋转次数:1000000-2000000次。经过100万周次到200万周次测试后,钻石締材料 的摩损因数为:1.078*10-21 mm3/N.m,远低于合金的磨损因数:3.76*10-5 mm3/N.m与超高 分子聚乙締的磨损因数:1.945*10-6mm3/N.m。可见钻石締3D打印骨植入人体后,使用寿命 将大大延长;通过扫描电镜发现:试验产生的极少磨屑为粒径尺寸小于800纳米的片状磨 屑,磨屑表面光滑、200纳米到500纳米的磨屑居多,占45-60%。运些磨屑产生后,会被巨隧细 胞所吞隧,激发巨隧细胞消除炎症。
[0021 ].纳米钻石締的生物相容性试验 将钻石締材料植入试验小白鼠体内,小白鼠2-3小时苏醒,慢慢开始活动。3天后取材, 周围无异分泌物,肌肉等组织无变形坏死现象,无纤维包膜形成;2周后,无异常分泌物,与 周围组织有粘连现象,有纤维结缔组织包膜形成;5周后,镜下未见炎性反应,可见完整且致 密的纤维结缔组织包膜形成,慢性肉芽组织增生。钻石締材料不但具有超出铁合金和聚乙 締几十倍的生物相容性,而且可W激发周围细胞,消除炎症,快速愈合。
[0022] .钻石締粘结剂的性能测试 粘结强度是指粘结界面在单位面积上所承受最大力的大小,依据受力方式,分为拉伸、 剪切和扭转强度等。剪切力直接将力作用于粘结界面,得到的剪切强度可W很好的反映粘 结强度。
[0023] 为了测试钻石締粘结剂的粘结强度,选用健康、无離动物的口齿,去除表面附着 物,清水冲洗,用金刚砂片切除一侧邻面牙釉质,完全暴露牙本质界面,切除深度控制为 2.5-3.5mm,此面为粘结试面。用金刚砂片片切牙体其余S面,制成2.5mm*3.的牙本 质试件块。将制备好的牙本质块外侧面向上,依次用200目、600目的碳化娃水砂纸在流水冲 洗下将粘结面打磨成平面作为粘结面,之后用自凝塑料将牙本质块固定于自制的包埋圈 中,超声清洗后,用全酸蚀粘结剂Single Bond2、自酸蚀粘结剂XENO虹、自酸蚀粘结剂G-Bond和钻石締粘结剂四种粘结剂分别将粘结面进行粘结。然后在包埋圈上固定自制配套中 空铜柱,填入复合树脂,光照固化5min,形成3.5mm*2mm的圆柱形管,置于35°C水中,恒溫24h 后打开固定铜柱,露出圆柱管。最后将4种试件固定在剪切力测试仪,剪切力与圆柱管方向 垂直,设置加载速度恒定为1mm/min,计算机记录圆柱管脱落时最大力即剪切力。根据化=F/ S,计算粘结面的剪切强度如下表: 试件剪切力数值表
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