[发明专利]一种构建多重连续梯度功能骨支架的增材制造方法

说明书

本发明公开了一种构建多重连续梯度功能骨支架的增材制造方法，解决了现有技术中存在打印的骨支架没有考虑骨组织细胞的长入、机械强度欠缺的问题，具有高孔隙率以便细胞粘附的同时保留高强度的机械性能的有益效果，具体方案如下：一种构建多重连续梯度功能骨支架的增材制造方法，包括泡沫墨水A，装入料筒A中；制备泡沫凝胶B，搅拌并加入空心球颗粒使泡沫乳液凝胶化，并装入料筒B中；将料筒A和料筒B分别装入3D打印机，3D打印机在打印过程中将泡沫墨水A、泡沫凝胶B进行在线混合并调整泡沫墨水A和泡沫凝胶B的组分比例，将变组分细丝搭建成预期的骨支架形态，形成打印坯体；形成多重连续梯度功能骨支架。

技术领域

本发明涉及功能梯度材料领域，尤其是一种构建多重连续梯度功能骨支架的增材制造方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

创伤、肿瘤、感染和发育畸形等导致的骨缺损严重影响患者的生活质量，是亟待解决的主要临床问题之一。如今骨科矫形技术和生物材料的快速发展以及我们对骨生物学和结构的更好的理解，为设计更复杂的骨组织工程材料以治疗骨缺损提供了新机遇。具有灵活设计和快速成型能力的增材制造(AM)技术极大地推动了生物医学和组织工程的发展。具有智能制造能力的AM能够利用受控的工艺参数和功能性生物复合材料构建功能梯度骨支架，实现了多功能组合的同时而不损害每个组件材料的功能。但是，增材制造受制于制造精度以及清理小孔隙内原材料残余等问题，很难制备微米级骨小梁网状结构。

AM与其他陶瓷加工技术(冷冻干燥法、空心球法以及直接发泡法)相结合制造分级多孔泡沫陶瓷的新技术被探索出来，其成形具有超轻质、可调孔径、孔隙均匀、比强度高且不需去除多余膏料的优点。这种利用泡沫墨水进行直接书写成形的方法也拓展了增材制造在微观连通孔隙结构构建能力。然而，目前这种方法只用于制备均质的宏微观孔隙结构，通过多种材料复合制备出孔隙率、连通率以及孔径尺度连续变化的梯度功能骨支架尚未见报道。

发明人发现，现有单纯的传统制泡工艺无法满足骨支架轮廓以及内部结构的个性化定制需求，严重影响泡沫材料在生物医学领域的应用推广；而且现有技术没有考虑到骨组织细胞的长入以及新陈代谢的物质运输，没有考虑到强度从而在体内不具有相应的承载能力，从而无法保证植入人体后的运动需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种构建多重连续梯度功能骨支架的增材制造方法，保证了骨支架的机械性能和连通孔隙结构，能够构建多重连续梯度功能骨支架。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种构建多重连续梯度功能骨支架的增材制造方法，包括如下内容：

制备固含量为50-60wt％的泡沫墨水A，装入料筒A中；

制备固含量为20-30wt％的泡沫凝胶B，搅拌并加入空心球颗粒使泡沫乳液凝胶化，并装入料筒B中；

将料筒A和料筒B分别装入3D打印机，3D打印机在打印过程中将泡沫墨水A、泡沫凝胶B进行在线混合并调整泡沫墨水A和泡沫凝胶B的组分比例，根据功能梯度切片的沉积路径将变组分细丝搭建成预期的外密内疏的骨支架形态，形成打印坯体；

将打印坯体干燥设定时间后，在设定温度下进行烧结，形成多重连续梯度功能骨支架。

如上所述的增材制造方法，泡沫墨水A具有高固含量，其发泡后孔隙率低，可以保证功能骨支架具有足够的机械强度，低固含量的泡沫凝胶B发泡后孔隙率高，用于提高功能骨支架的比表面积，通过空心球的加入以及挤出细丝搭建网状结构，能够保证功能骨支架烧结后具有较好的孔隙连通率，便于细胞进入孔隙生长；整体能够使同一功能骨支架具有高孔隙率以便细胞粘附的同时保留高强度的机械性能。