[发明专利]植入物的连续数字光处理添加制造

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年8月20日提交的美国临时专利申请第61/373,353号和2011年5月29日提交的61/491,194的权益，其以引用方式合并于此。

联邦资助声明

本发明是利用以国家卫生研究院(NIH)授予的R01-DE013740号资金项下的联邦政府资助完成的。政府拥有本发明的某些权利。

背景技术

植入物可设计为与患者组织中的缺损相匹配。植入物的形状可通过首先测量患者体内的缺陷面积或体积来确定。然后可通过例如计算机辅助设计(CAD)按照测量的缺陷面积或体积来设计植入物。然后可以制造植入物。

设计和制造植入物时考虑的因素包括适当的几何形状以提供在患者体内的适当配合，以及在组织工程支架的情况下，促进宿主组织生长和血管渗透。

支架的功能性几何特征可设计为影响细胞附着、增殖或成熟。直接与细胞相互作用的表面特征包括支架粗糙度和多孔性。大致上，多孔结构可以促进细胞负载、新组织(neotissue)生长和宿主组织向内生长。设计者可以操作多孔性几何形状来控制整个植入物的机械性能以及孔隙空间的多孔性、曲折度、渗透性和总孔隙体积。许多组织工程支架可能要求200-1600微米范围的孔隙，其中表面特征，例如孔隙开口的形状，约为50-500微米。通常，如果有的话，这些特征可通过将颗粒例如磷酸三钙结晶加入制造所述支架的树脂中来获得。然而，可能关注的是所述结晶在宿主机体中的可再吸收性。

另一个重要的几何特征可以是用于使宿主组织不遇到支架中的壁或屏障的多孔结构的倾斜定向，宿主组织遇到支架中的壁或屏障的情况在当孔隙结构为正交构建时比当孔隙或通道朝向宿主组织时更有可能。植入物设计者可能想要使在支架内的孔隙通道定位以使得它们朝向宿主组织开放，从而促进新组织生长到植入物中以及植入物积极地结合到宿主组织中。

具有这些机械和几何特征的植入物或支架的添加制造(additive manufacturing)需要相对高的精确度。例如，精确的实现(rendering)使得更有可能可以产生复杂的内部孔隙结构，例如上述那些及其他。

当设计和制造植入物或支架时考虑的附加因素是处理和传递机械应力的部件的充分强度和硬度。在一些情况下，强度和硬度必须针对植入物或支架在宿主机体中可再吸收或能够降解的需要进行权衡。聚合物分子量的操控通常相对于植入物的强度调节植入物的再吸收水平，其中较高分子量通常强度更大而较低分子量通常更可再吸收。然而，低分子量支架或植入物的固化后操作可能有问题，且因此理想的实现方法将最小化任何固化后操作的必要性。

尽管已经阐明了植入物和支架的立体平版印刷实现，但可商购装置的局限性导致相对低的精确度。

例如，常规的立体平版印刷实现装置的精确性和分辨率可能不允许所述装置产生支架或植入物表面特征，例如处于最佳几何尺寸范围的下限的孔隙和孔隙开口。尽管常规的立体平版印刷实现装置也许能在植入物和支架中产生正交定向的孔隙结构，但它们对于产生倾斜定向的孔隙提供的分辨率可能不够。

此外，立体平版印刷实现在制造植入物或支架的情况中也可能具有各种其他局限性。

例如，常规的立体平版印刷装置采用激光聚合多个层。激光向下指向液体聚合物缸(vat)的顶部。升降器坐落于缸内并随着所述部件逐层地实现而将部件向下拉。绘制速度通常不够快以同时绘制所述层中的所有像素(pixels)，这可能使得在植入物或支架实现时难以控制过固化或层之间的联接(stitching)。

常规的立体平版印刷装置也不能提供相对于层内的一个点调节另一个点的能量值的方式，例如用来控制聚合深度和过固化的水平或强度。

此外，常规的立体平版印刷装置可能需要使用刮片来使各层之间的树脂光滑从而提供平坦表面。高度粘性的聚合物对于这种平整工具可能存在可靠性的问题。

另外，采用低分子量聚合物的可再吸收聚合物支架的立体平版印刷聚合存在挑战。常规的立体平版印刷实现装置通常要求实现后处理以完成支架或植入物的固化，这可能非常困难的且可能导致低分子量聚合物支架或植入物的变形或破坏。

附图说明