[发明专利]一种大尺寸个性化生物活性陶瓷植入体的制备方法

说明书

本发明公开了一种大尺寸个性化生物活性陶瓷植入体的制备方法。该制备方法包括如下步骤：(1)高固相含量、低有机添加剂生物活性陶瓷浆料的制备；(2)自主设计定制成型环境控制系统，进行成型‑固化匹配打印；(3)支架干燥和烧结，得大尺寸个性化生物活性陶瓷植入体。本发明通过采用高固相含量陶瓷浆料，结合定制的适用于无机陶瓷打印的成型环境控制系统进行挤出式打印。本发明解决了常温下挤出成型工艺对于高度大于10cm的大尺寸、不规则形状陶瓷支架难以成型的问题，而且可以实现100μm小孔结构的精确控制，得到高强度的生物活性陶瓷植入体。本发明对于推进3D打印陶瓷植入体的临床应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及陶瓷植入体领域，具体涉及一种大尺寸个性化生物活性陶瓷植入体的制备方法。

背景技术

3D打印技术可以为患者个性化订制采用传统加工方法无法实现的具有复杂结构设计的医疗器械。以前针对解剖学个体差异，主刀医生只能根据患处断层图像选择尺寸相近的植入体，植入体的外观尺度形状与替代部位存在误差，严重影响术后效果。另外，采用传统工艺制备的植入体，修复效果也不理想。个性化设计是3D打印技术最大的优势，它不仅体现在对于植入体外形的个性化，而且也可以实现内部结构的个性化设计。激光打印技术(激光烧结/激光熔融)相对比较成熟，所以目前在骨科临床上应用较成熟的主要是金属植入物，像脊椎植入物和髋臼杯已经被越来越多的医生应用于临床。

与金属材料相比，陶瓷材料具有极好的耐磨性和抗腐蚀性。磷酸三钙生物活性陶瓷材料不仅具有良好的生物活性，而且还具有促进骨组织再生和新生血管形成的作用。Vorndran等报道了一种以5wt％羟丙基甲基纤维素改性β-TCP为基体材料，以水为粘结剂制备多孔β-TCP支架的干粉粘结剂喷射方法，该方法最终制备的支架分辨率低、比表面积小、最大抗压强度为1.2±0.2Mpa(Vorndran E,Klarner M,Klammert U,et al.AdvancedEngineering Materials,2008,10(12):B67-B71；)。Tarafder等报道了微波烧结和孔尺寸对粘结剂喷射法制备的多孔β-TCP支架力学和生物学性能的影响，设计孔尺寸为500μm，孔隙率为27％，1250℃微波烧结后支架的体积密度为42.95±1.60％，最大抗压强度为10.95±1.28MPa(Tarafder S,Balla V K,Davies N M,et al.Journal of Tissue Engineeringand Regenerative Medicine,2013,7(8):631-641；)。Felzmann等报道了利用光固化技术打印β-TCP支架，它的浆料固相含量为45wt％，支架最终致密度为88％，强度为30MPa，内部孔尺寸在300μm左右(Felzmann R,Gruber S,Mitteramskogler G,et al.AdvancedEngineering Materials,2012,14(12):1052-1058；)。Yuan等利用robocasting技术制备了一种用于抗结核药物释放的多孔β-TCP支架(Yuan J,Zhen P,Zhao H,et al.Journal ofMaterials Science,2015,50(5):2138-2147；)。除此之外，间接3D打印方法也可用于制造复杂结构的TCP支架。Bose等报道了一种通过祛除FDM制备的聚合物模具最终得到多孔β-TCP支架的方法(Bose S,Darsell J,Kintner M,et al.Materials ScienceEngineeringC-Biomimetic and Supramolecular Systems,2003,23(4):479-486；)。利用类似的方法，Limpanuphap制备了孔尺寸为460μm的多孔TCP支架(Limpanuphap S,Derby B.Journal ofMaterials Science-Materials in Medicine,2002,13(12):1163-1166)。

采用这些3D打印技术可以实现具有定向结构的支架，但由于成型工艺的原因，目前的陶瓷打印依然存在以下几个问题：

1、纯陶瓷打印困难，支架机械强度低；