[发明专利]一种锌或锌合金或其复合材料组织工程支架的制备方法

说明书

一种锌或锌合金或其复合材料组织工程支架的制备方法。本发明结合3D打印技术、翻模铸造、空气压缩渗流法设计制备多孔锌或锌合金或其复合材料组织工程支架。该方法解决了目前3D打印无法直接制备锌或锌合金或其复合材料多孔支架的问题，间接实现锌及锌合金等低熔点、低沸点、高温挥发性强合金的3D打印制造。具体步骤如下：1)P函数设计孔隙参数，UG建模得到STL数据。2)导入3D打印机对应软件，打印得到聚乳酸支架。3)灌注配制好的石膏、盐复合浆料,干燥烧结，得到翻模体。4)贯通翻模体孔径，修整表面。5)采用空气压缩渗流法在翻模体中渗流熔融金属液。6)超声清洗掉盐、石膏翻模。得到多孔锌或锌合金或其复合材料组织工程支架。

技术领域

本发明属于医用材料制备技术领域，涉及一种骨组织工程支架的制备方法，特别是一种可设计孔隙结构和孔径尺寸的可降解锌或锌合金或其复合材料组织工程支架的制备方法。

背景技术

近年来，随着医学骨组织工程的快速发展，在生理环境中可生物降解的多孔金属支架在骨组织工程应用中引起了相当大的关注。可降解金属支架不仅具有优良的力学性能，而且能够为人体组织细胞提供良好的生长繁殖空间。其适宜的腐蚀降解速率和良好的生物安全性，让可降解金属支架能够在满足服役要求的同时逐渐在体内降解，并最终被人体吸收代谢，这也是相比于高分子和生物陶瓷支架最大优势所在。锌和锌合金作为可降解医用材料中的一种，其自腐蚀电位(-0.736V/SCE)介于镁(-2.34V/SCE)和铁(-0.037V/SCE)之间。相比于镁和铁，锌及锌合金在体液中具有更加适宜的腐蚀降解速率。同时锌及锌合金的生物安全性高，而且锌还是人体必需的营养元素，参与人体多种重要生理活动。三维多孔的锌及锌合金不但满足组织工程支架的要求，还有利于降低其弹性模量，减少应力遮挡效应。目前多孔金属的制备方法主要有粉末冶金法、渗流铸造法、沉积法和固-气共晶凝固法，以及近几年来新兴的金属3D打印法。而金属3D打印法作为可设计孔结构的制备方法优势明显。现阶段金属3D打印主要集中于铝合金、钛合金、模具钢、钴铬合金、不锈钢、铁镍合金和铜合金等，而对于锌合金、镁合金这类低熔点、低沸点金属来说，要实现直接金属3D打印仍然要面临诸多挑战。比如锌合金、镁合金的适用于金属3D打印粉体原料难以制备，同时在制备保存过程中安全系数要求比较高，易发生危险。在打印过程中锌合金的高温粘滞性，会使挥发的合金粉末附着于支架内壁及孔结构表面，导致最终的打印结构失真。同时高昂的金属3D打印成本也限制了其制备工艺的推广。

发明内容

本发明目的旨在解决金属3D打印制备锌或锌合金或其复合材料组织工程支架所面临的上述困境。为可设计孔结构和孔径尺寸的锌或锌合金组织工程支架提供一种低成本、易实施、安全系数高的制备方法。本发明综合运用FDM低温3D打印、翻模铸造、渗流铸造三种制备方法的优势。通过优化各环节工艺参数，在前期设计、中间翻模体的制备、后期渗流工艺参数的探索改进，以便能够制备出结构合理，孔隙均匀贯通，孔径尺寸和孔隙率可控的三维多孔状的锌或锌合金或其复合材料组织工程支架。

本发明的技术方案

一种锌或锌合金或其复合材料组织工程支架的制备方法，所述组织工程支架制备方法是利用3D打印技术制备聚乳酸模型，灌注石膏、盐浆料制备翻模体，结合空气压缩流法将熔融的锌或锌合金或其复合材料浇铸进入翻模体，清洗后得到多孔锌或锌合金或其复合材料组织工程支架，该制备工艺能够间接实现锌或锌合金低熔点、低沸点、高挥发性合金的3D打印制造，同时支架孔结构单体为p函数模拟计算得到的光滑表面单元，通过改变P函数：A＝cos(x)+cos(y)+cos(z)+C中参数C的取值进而来控制锌或锌合金或其复合材料组织工程支架体的孔隙率范围在35％～64％，孔径尺寸范围在240um～1174um。

具体制备步骤如下：