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原文传递一种3D打印仿生多孔生物陶瓷人工骨及其制备方法

专利名称：	一种3D打印仿生多孔生物陶瓷人工骨及其制备方法
摘要：	本发明公开了一种3D打印仿生多孔生物陶瓷人工骨及其制备方法，采用TPMS联合CSG的方法设计出多孔生物陶瓷人工骨模型，采用生物陶瓷粉末和粘结剂制备出可打印浆料，并结合3D无丝打印的工艺，制备出的多孔生物陶瓷人工骨内部分布有宏孔和微孔，微孔孔径小于100μm，宏孔的孔径200～800μm；总的孔隙率为20～80％，宏孔之间的连通率不低于99％，实现了对人工骨中的孔隙率、连通性和均匀性的精确设计，同时保证良好的孔隙连通性；所采用的原材料具有良好的生物相容性，宏孔提供细胞和组织液进入的通道，微孔更好地吸附附近组织液供细胞生长，微孔与宏孔结合，能提升细胞生长和新骨生成的速度，有助于多孔生物陶瓷人工骨在人体大段骨缺损修复临床治疗中的应用。
专利类型：	发明专利
申请人：	西安点云生物科技有限公司
发明人：	曾庆丰;李建宾;魏静;杨彦召;杨智宇;益明星
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN201911358387.7
公开号：	CN111070376A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	马贵香
分类号：	B28B1/00;A61F2/28;B33Y10/00;B33Y50/02;B33Y80/00;B;A;B28;A61;B33;B28B;A61F;B33Y;B28B1;A61F2;B33Y10;B33Y50;B33Y80;B28B1/00;A61F2/28;B33Y10/00;B33Y50/02;B33Y80/00
申请人地址：	710000 陕西省西安市高新区丈八五路2号现代企业中心东区1栋3层10301室
主权项：	1.一种采用TPMS联合CSG设计仿生多孔生物陶瓷人工骨模型的方法，其特征在于，包括以下步骤： S11，获取骨缺损实体模型：(1)采用CAD软件直接建模获得标准件实体模型，保存为STL格式文件；(2)利用医学影像技术获得患者骨骼缺损部位的断层DICOM数据，对所述断层DICOM数据进行三维重构，通过设计获得形态匹配的骨缺损实体模型，保存为STL格式文件； S12，利用TPMS方法或CAD软件建模设计出单元构型，定义孔隙率为20％～80％，以OBJ格式导出曲面单元构型文件，其中曲面单元构型包括G曲面单元构型、P曲面单元构型以及R曲面单元构型； S13，对S12得到的OBJ格式的曲面单元构型文件调整面法向和封闭等值面的边界，根据S11骨缺损实体模型的尺寸参数，将S12所述曲面单元构型模型等比例缩放至设计尺寸，得到目标尺寸的曲面单元构型； S14，将S13中得到的曲面单元构型进行阵列并组合，得到组合体，使得组合体尺寸大于骨缺损实体模型尺寸，将骨缺损实体模型完全包绕； S15，将S11获得的骨缺损实体模型与S14所得到的组合体进行配准，调整S11获得的骨缺损实体模型与S14获得的组合体位置，并将两者做求交运算，获得以曲面单元构型为基本单元的多孔生物陶瓷人工骨模型，将其以STL格式文件导出。 2.根据权利要求1所述的采用TPMS联合CSG设计仿生多孔生物陶瓷人工骨模型的方法，其特征在于，S12中，多孔生物陶瓷人工骨模型采用均匀多孔或仿生骨的梯度多孔结构。 3.一种仿生多孔生物陶瓷人工骨，其特征在于，采用TPMS联合CSG设计得到以曲面单元构型为基本单元的多孔生物陶瓷人工骨模型，采用3D无丝打印工艺制备；多孔生物陶瓷人工骨内部分布有宏孔和微孔，微孔孔径小于100μm，宏孔的孔径为200～800μm；总的孔隙率为20～80％，宏孔之间的连通率不低于95％。 4.根据权利要求3所述的仿生多孔生物陶瓷人工骨，其特征在于，多孔生物陶瓷人工骨为均匀多孔或仿生骨的梯度多孔结构。 5.一种仿生多孔生物陶瓷人工骨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤， S21，配制粘结剂； S22，按质量分数计，将生物陶瓷粉末和S21所得粘结剂混合均匀得到浆料，将所述浆料装入点胶针筒中，再进行脱泡得到均匀的可打印浆料；生物陶瓷粉末包括羟基磷灰石、β-磷酸三钙、硅酸钙和生物玻璃中的一种或多种材料的混合物； S23，向生物陶瓷3D打印机中载入多孔生物陶瓷人工骨模型文件，将均匀的可打印浆料装于生物陶瓷打印机进料口；设置打印参数；开启生物陶瓷3D打印机进行打印，层层堆叠成型，得到孔径＞200μm的多孔生物陶瓷人工骨初坯； S24，将S23所得多孔生物陶瓷人工骨初坯冷冻干燥去除水分，得到具有孔隙率为20％-80％，微孔孔径小于100μm，宏孔孔径为200μm-800μm的多孔生物陶瓷人工骨； S25，包装并灭菌后得到仿生多孔生物陶瓷人工骨产品。 6.根据权利要求5所述的仿生多孔生物陶瓷人工骨的制备方法，其特征在于，粘结剂采用聚乙烯醇、聚乙烯毗咯烷酮、壳聚糖以及胶原蛋白中的一种或多种。 7.根据权利要求6所述的仿生多孔生物陶瓷人工骨的制备方法，其特征在于，S21中粘结剂所采用的PVA经重结晶提纯，其纯度和醇解度不低于99.5％。 8.根据权利要求5所述的仿生多孔生物陶瓷人工骨的制备方法，其特征在于，S22所得可打印浆料中，按质量分数计：生物陶瓷粉末占比30％～90％，粘结剂占比2％～8％，其余为水。 9.根据权利要求5所述的仿生多孔生物陶瓷人工骨的制备方法，其特征在于，在冻干的多孔生物陶瓷人工骨外表面气相沉积有可降解膜，可降解膜的厚度从边缘向中心逐渐增厚，厚度从50μm均匀增厚到300μm，可降解膜的原料采用壳聚糖。 10.根据权利要求5所述的仿生多孔生物陶瓷人工骨的制备方法，其特征在于，对多孔生物陶瓷人工骨初坯或冷冻干燥后的多孔生物陶瓷人工骨进行交联处理。
所属类别：	发明专利