一种仿丝瓜瓤内络骨支架的制备方法

1.本发明属于骨组织工程技术领域，具体涉及一种仿丝瓜瓤内络骨支架的制备方法。


背景技术：

2.通过植入骨支架可以修复大段骨缺损的形貌，且起到机械支持和保护的作用，甚至可以实现运动部位的基本功能,但缺损部位代谢功能的修复仍然是一个巨大的挑战。代谢功能修复的前提是骨支架植入缺损部位后能迅速促进血管和骨骼重建。然而，不同的材料类型、相容性、孔隙率和孔径等因素会导致不同的成骨性能。因此，具有良好成骨能力的多孔结构对修复骨缺损具有重要意义，但是骨支架的多孔结构受到其制备方法和技术的限制。
3.现有技术中大多使用传统方法，如有机泡沫浸渍法、发泡法等，制作的多孔骨修复支架大多不规则，孔径的形状难以控制，多为多孔海绵或泡沫状。另外，传统方法制备的骨支架的孔径和孔隙率可以控制在一定范围内，但无法进行精确控制。同时，由于传统成形原理的影响，即使采用相同的工艺，也很难在复制出同一多孔结构的骨支架。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
5.一种仿丝瓜瓤内络骨支架的制备方法，包括以下步骤：
6.s10、通过micro
‑
ct扫描获取自然界中丝瓜瓤内络几何结构的原始数据；
7.s20、对扫描得到的原始数据进行去噪处理，并重构出与丝瓜瓤内络结构等比例的三维模型；
8.s30、将所述三维模型通过magics软件设计参数化，构建具有复杂多孔结构且适于光固化立体成形工艺的三维骨支架模型；
9.s40、利用光固化立体成形原理，以生物陶瓷为原料制备出仿丝瓜瓤内络骨支架实物；
10.s50、通过脱脂、烧结两步后处理，获得孔隙率和孔径均在适合细胞长入范围内的复杂多孔仿生骨支架。
11.进一步地，步骤s30中通过magics软件构建三维骨支架模型的具体步骤如下：
12.s31、将所述三维模型进行缩小，缩小比例为2:7，得到初始模型；
13.s32、使用切割工具提取所述初始模型中的丝瓜瓤内络外壁处多孔网状结构的扇形柱；
14.s33、运用布尔运算构建不同孔隙率的扇形柱；
15.s34、通过镜像功能将多孔网状结构的扇形柱拼接成整圆；
16.s35、使用壳体标记功能标记并删除多孔网状结构中孤立的细丝；
17.s36、通过偏移功能控制结构中细丝的直径，获得仿丝瓜瓤内络的三维骨支架模
型；
18.在步骤s32
‑
s34中，所述扇形柱的圆心角为45
°
。
19.进一步地，步骤s33中，仿丝瓜瓤内络骨支架的丝间距和孔隙率根据布尔运算的次数进行控制。
20.更进一步地，所述丝间距为105～1110μm。
21.进一步地，步骤s36中，丝直径、孔隙率通过调整偏移量的大小进行控制。
22.更进一步地，所述丝直径为110～548μm。
23.进一步地，步骤s40的操作步骤如下：
24.s41.将stl文件导入magics软件创建的新平台中，放置在打印区域合适的位置并根据试件成形方向做出校正，导出平台数据；
25.s42.在打印机配置的计算机内输入所有导出的平台数据，利用dmc软件进行参数设置，然后进行分层编译处理；
26.s43.以羟基磷灰石膏料为加工材料，由计算机控制紫外光照射，按照dmc软件编译后每层截面生成的激光路径，将膏料固化成形，即得仿丝瓜瓤内络骨支架实物。
27.进一步地，步骤s40中，所述生物陶瓷为羟基磷灰石、磷酸三钙或双相磷酸钙中的一种。
28.有益效果：
29.(1)本发明提供的仿丝瓜瓤内络骨支架与自然界中的丝瓜瓤和非承重部位的松质骨结构高度相似，其中，自然界中的丝瓜瓤具有网状多孔结构，丝瓜瓤外壁的结构类似于低承重部位的松质结构，均为杆状网状结构，而该骨支架也具有复杂的微孔结构等特征，孔径和孔隙率均在适合细胞长入的范围，有利于促进骨重建；本发明的提供的丝瓜瓤内络的孔隙率在79％～93％之间，满足多孔骨修复支架对细胞在其中生长的要求；此外，丝瓜瓤内络的表面积大，有利于细胞的附着、增殖、分化和迁移。
30.(2)本发明提出了一种仿丝瓜瓤内络骨支架的制备方法，利用光固化立体成形原理制备出生物陶瓷骨支架实物，骨支架具有复杂可控丝间距和孔隙率，在脱脂烧结处理后，得到致密化生物陶瓷件，对提高陶瓷零件力学性能具有重要意义；
31.(3)本发明制备的仿丝瓜瓤内络骨支架可用于兔顶骨临界骨缺损植入，可以起到支撑和保护骨缺损的作用，随着植入时间的增加，骨细胞可长入多孔支架内部。
附图说明
32.图1是丝瓜瓤内络micro
‑
ct扫描数据的三维重建模型；
33.图2是实施例1中构建的仿丝瓜瓤内络骨支架三维模型图；
34.图3是实施例1中构建的仿丝瓜瓤内络骨支架三维模型局部放大图；
35.图4是实施例1制备出的仿丝瓜瓤内络骨支架；
36.图5是实施例2中构建的仿丝瓜瓤内络骨支架三维模型图；
37.图6是实施例2中构建出的仿丝瓜瓤内络骨支架三维模型局部放大图；
38.图7是实施例2制备出的仿丝瓜瓤内络骨支架。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例来详细说明本发明。需要说明的是，以下实施例选用的生物陶瓷为羟基磷灰石，打印的原材料为羟基磷灰石光敏树脂膏料(法国，3d ceram)。
40.为使细丝能够顺利打印成形，打印时为分层高度设置为50μm，激光功率选为66mw。
41.脱脂的最高温度为1050℃，烧结的最高温度为1250℃。
42.实施例1
43.一种仿丝瓜瓤内络骨支架的制备方法主要步骤如下：
44.通过micro
‑
ct获取自然界中丝瓜瓤内络的几何结构的原始数据，将扫描数据进行去噪处理，并重构出与自然界中丝瓜瓤内络结构等比例的三维模型，如图1，模型保存为stl格式。
45.利用magics软件对重构出的、与自然界中丝瓜瓤内络结构等比例的三维模型按进行缩小，缩小比例为2:7，得到初始模型。
46.使用切割工具提取初始模型的丝瓜瓤内络外壁处圆心角为45
°
的扇形柱，其半径为9mm，厚度为2.4mm。
47.在本实施例中，外壁是指丝瓜瓤中包覆着所有子房的外层。
48.运用两次布尔运算构建孔隙率为72％的扇形柱；通过镜像功能将多孔网状结构的扇形柱拼接成整圆。
49.在本实施例中，扇形柱均指圆心角为45
°
的扇形柱。
50.壳体标记功能标记并删除多孔网状结构中孤立的细丝；为使细丝的直径满足3d打印设备的工艺最小极限尺寸，将细丝向外偏移0.08mm，控制细丝的直径在105～839μm，获得仿丝瓜瓤内络的骨支架三维模型，如图2和图3所示。
51.利用光固化立体成形原理，羟基磷灰石膏料经紫外光固化后制成仿丝瓜瓤内络骨支架实物。
52.通过脱脂、烧结两步后处理，获得孔隙率和孔径均在适合细胞长入范围内的，细丝分布较致密，细丝直径较小的多孔仿丝瓜瓤内络骨支架，如图4。
53.实施例2
54.一种仿丝瓜瓤内络骨支架的制备方法主要步骤如下：
55.通过micro
‑
ct获取自然界中丝瓜瓤内络的几何结构的原始数据，将扫描数据进行去噪处理，并重构出与自然界中丝瓜瓤内络结构等比例的三维模型，如图1，模型保存为stl格式；
56.利用magics软件对重构出的与自然界中丝瓜瓤内络结构等比例的三维模型按进行缩小，缩小比例为2:7，得到初始模型；
57.切割工具提取初始模型中丝瓜瓤内络外壁处的圆心角为45
°
的扇形柱，其半径为9mm，厚度为2.4mm；
58.在本实施例中，外壁是指丝瓜瓤中包覆着所有子房的外层。
59.运用三次布尔运算构建孔隙率为66％的扇形柱；通过镜像功能将多孔网状结构的扇形柱拼接成整圆。
60.在本实施例中，扇形柱均指圆心角为45
°
的扇形柱。
61.壳体标记功能标记并删除多孔网状结构中孤立的细丝；为使细丝的直径满足3d打
印设备的工艺最小极限尺寸，将细丝向外偏移0.1mm，控制细丝的直径在148～1110μm，获得仿丝瓜瓤内络骨支架三维模型，如图5和图6所示。
62.利用光固化立体成形原理，羟基磷灰石膏料经紫外光固化后制成仿丝瓜瓤内络骨支架实物。
63.通过脱脂、烧结两步后处理，获得孔隙率和孔径均在适合细胞长入范围内的，细丝分布较疏松，细丝直径较大的多孔仿丝瓜瓤内络骨支架，如图7。
64.以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。