一种利于细胞长入的多孔结构及其制备方法与流程

本申请涉及生物医学，具体而言，涉及一种利于细胞长入的多孔结构及其制备方法。

背景技术：

1、3d打印作为一种新兴的材料制造技术，在医学再生领域已多有应用,如打印人体骨组织、心脏等。相比较已有的支架制造技术,3d打印既能控制支架形状,也能精细调整不同的孔隙大小和结构。

2、现有的3d打印技术主要是通过计算机在生物模型内部设置预设的拓扑结构以制造合适的多孔结构以供植体或组织培养使用，预设的孔隙结构的样式难以匹配组织内外部形态产生合适的孔隙分布，难以诱导细胞长入、生长。

3、针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种利于细胞长入的多孔结构及其制备方法，自适应生成匹配于目标假体的多孔结构，以促进细胞长入。

2、第一方面，本申请提供了一种利于细胞长入的多孔结构的制备方法，所述方法包括以下步骤：

3、获取目标假体的三维模型；

4、基于所述三维模型生成3d打印模型；

5、利用预调墨水材料根据所述3d打印模型进行3d打印以获取所述多孔结构；

6、其中，所述基于所述三维模型生成3d打印模型的步骤包括：

7、基于所述三维模型的质心随机生成自内向外密度渐减的三维散点图；

8、根据打印厚度对所述三维模型进行分层切片获取多个分割图层；

9、将所述三维散点图中的散点分别投影在与之距离最小的分割图层中；

10、根据每个所述分割图层中投影的散点生成对应的泰森多边形图，以所有泰森多边形图的边作为打印路径构成3d打印模型。

11、本申请的利于细胞长入的多孔结构的制备方法根据三维模型质心生成自内向外稀疏的三维散点图，并以此为基础建立3d打印模型，使得3d打印模型每个层面结构中具有形态不一的孔隙，从而使得3d打印制备而成的多孔结构具有形态不一且口径自内向外逐渐变大分布的孔隙，符合人体组织/骨骼内部的结构特征，有利于细胞长入。

12、所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其中，所述预调墨水材料包括框架墨水材料，所述框架墨水材料用于在所述3d打印的过程中制成所述多孔结构的框架；

13、所述框架墨水材料包括第一墨水材料、第二墨水材料；

14、所述第一墨水材料基于质量分数为50-60%的pcl、质量分数为0.1-2%的细胞生长因子、质量分数为0.1-0.4%的消炎止血药物与余量的去离子水混合获取；

15、所述第二墨水材料基于质量分数为50-60%的pga、1-5%的胶原蛋白与余量的去离子水混合获取。

16、本申请的方法利用第一墨水材料、第二墨水材料交替打印层面制备框架，使得多孔结构具有优异的生物学相容性、可生物降解性和生物活性，能有效满足体内可控降解特性以及需要具备为细胞生长供应营养和代谢通道的需求，不仅能促进细胞生长增殖，还能加速凝血。

17、所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其中，所述预调墨水材料还包括填充墨水材料，所述填充墨水材料用于在所述3d打印的过程中填充在所述框架内；

18、所述填充墨水材料包括琼脂糖水凝胶及均匀混合在所述琼脂糖水凝胶内的活性粉体。

19、所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其中，所述框架基于高温打印生成，所述填充墨水材料基于低温打印注入所述框架内。

20、所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其中，所述方法还包括以下步骤：

21、冷却所述多孔结构至-15℃以下，使所述多孔结构中的水分凝结成冰；

22、快速加热所述多孔结构至100℃以上，以去除水分。

23、所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其中，所述获取目标假体的三维模型的步骤包括：

24、基于目标假体的外形获取初步模型，所述初步模型基于三角面片构成；

25、基于预设的曲面库重构所述初步模型以获取重构模型；

26、对所述重构模型中的曲面交接处进行平滑化处理以生成所述三维模型。

27、所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其中，所述基于预设的曲面库重构所述初步模型以获取重构模型的步骤包括：

28、基于预设大小的立方体分割所述初步模型获取多个包含所述初步模型局部表面的分割块；

29、基于特征匹配调用所述曲面库中的曲面替换每个所述分割块上的所述局部表面，并基于替换处理后的分割块组合生成所述重构模型。

30、所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其中，所述获取目标假体的三维模型的步骤还包括：

31、基于所述三维模型与初步模型的交并比验证所述三维模型。

32、所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其中，所述基于所述三维模型生成3d打印模型的步骤还包括：

33、根据所述打印路径和打印针直径获取所述3d打印模型的孔隙大小区间；

34、在所述孔隙大小区间超出预设范围时，调节所述三维散点图的分散变化梯度、起始分散密度以将所述孔隙大小区间调节至所述预设范围内。

35、第二方面，本申请还提供了一种利于细胞长入的多孔结构，该多孔结构基于如第一方面提供的利于细胞长入的多孔结构的制备方法制备而成。

36、本申请的利于细胞长入的多孔结构为根据三维模型质心生成自内向外稀疏的三维散点图，并以该三维散点图为基础建立3d打印模型进行3d打印而制成的，使得该多孔结构具有形态不一且口径自内向外逐渐变大分布的孔隙，符合人体组织/骨骼内部的结构特征，有利于细胞长入。

37、由上可知，本申请提供了一种利于细胞长入的多孔结构及其制备方法，其中，该制备方法根据三维模型质心生成自内向外稀疏的三维散点图，并以此为基础建立3d打印模型，使得3d打印模型每个层面结构中具有形态不一的孔隙，从而使得3d打印制备而成的多孔结构具有形态不一且口径自内向外逐渐变大分布的孔隙，符合人体组织/骨骼内部的结构特征，有利于细胞长入。

技术特征：

1.一种利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其特征在于，所述预调墨水材料包括框架墨水材料，所述框架墨水材料用于在所述3d打印的过程中制成所述多孔结构的框架；

3.根据权利要求2所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其特征在于，所述预调墨水材料还包括填充墨水材料，所述填充墨水材料用于在所述3d打印的过程中填充在所述框架内；

4.根据权利要求3所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其特征在于，所述框架基于高温打印生成，所述填充墨水材料基于低温打印注入所述框架内。

5.根据权利要求3所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其特征在于，所述获取目标假体的三维模型的步骤包括：

7.根据权利要求6所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其特征在于，所述基于预设的曲面库重构所述初步模型以获取重构模型的步骤包括：

8.根据权利要求6所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其特征在于，所述获取目标假体的三维模型的步骤还包括：

9.根据权利要求1所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法，其特征在于，所述基于所述三维模型生成3d打印模型的步骤还包括：

10.一种利于细胞长入的多孔结构，其特征在于，基于如权利要求1-9任一项所述的利于细胞长入的多孔结构的制备方法制备而成。

技术总结
本发明涉及生物医学技术领域，具体公开了一种利于细胞长入的多孔结构及其制备方法，其中，制备方法包括以下步骤：获取三维模型；基于三维模型生成3D打印模型；根据3D打印模型进行3D打印以获取多孔结构；其中，基于三维模型生成3D打印模型的步骤包括：基于三维模型的质心随机生成自内向外密度渐减的三维散点图；分层切片获取多个分割图层；将散点分别投影在与之距离最小的分割图层中；根据每个分割图层中投影的散点生成对应的泰森多边形图，以所有泰森多边形图的边作为打印路径构成3D打印模型；该制备方法制备而成的多孔结构具有形态不一且口径自内向外逐渐变大分布的孔隙，符合人体组织/骨骼内部的结构特征，有利于细胞长入。

技术研发人员：王文浩,王小龙,袁慧萍,陈芝威
受保护的技术使用者：广东瑞程医学科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13