[发明专利]一种低成本制备高复合孔隙率骨组织支架材料的方法

说明书

本发明提供了一种3D打印制备高复合孔隙率骨支架材料的方法，属于增材制造(3D打印)领域。本发明基于3D凝胶技术和造孔剂法，首先将廉价的造孔剂和陶瓷粉混合均匀，结合凝胶体系配置出适合打印的低粘度、高固含量的料浆，利用3D凝胶打印制备出具有宏观可见孔隙的胚体，再通过干燥、脱脂、烧结，造孔剂分解、氧化排入空气，形成微观的孔隙，最后制备得到高孔隙率的骨支架复合材料。本发明可以精确控制宏观孔隙的大小、形状和分布，实现了低成本高复合孔隙率骨组织支架材料的制备，工艺简单，成本较低。

技术领域

本发明涉及一种3D打印制备高复合孔隙率骨组织支架材料的方法，属于增材制造(3D打印)领域。

背景技术

3D打印也称为增材制造(AM)，是通过逐层添加材料来完成打印，这大大减少了原材料的浪费，并且可以实现复杂形状的近净成型。因此，3D打印已经引起了研究人员的广泛关注。3D打印主要涉及使用3D软件建立模型，将模型导入切片软件，使用3D打印机打印模型。3D打印技术主要分为以下几类：选择性激光烧结(SLS)，选择性激光熔化(SLM)，熔融沉积成型(FDM)，[17]，立体光刻(SLA)，3D打印(3DP)和直接喷墨打印(DIP)。3D凝胶打印技术是一种新型的打印技术，打印用的“墨水”是利用凝胶体系制备的低粘度、高固含量的料浆，通过控制凝胶反应时间，一层一层打印得到需要的胚体，再通过脱脂和烧结改善胚体的性能。

近年来，寻找理想的材料制备生物骨组织工程支架是临床上的研究热点。目前常用的骨支架制备材料主要人工合成支架材料和天然支架材料，其中硅酸钙、磷酸钙这类生物活性陶瓷具有良好的生物降解性、组织相容性、细胞相容性和成骨诱导作用；磷酸三钙和羟基磷灰石的钙磷比与人骨的钙磷比相似，都是第三代生物材料很重要的一类。

目前，三维多孔骨修复材料的制备方法有很多，包括气体发泡法，粒子沥滤法，造孔剂法，泡沫浸渍法，相分离法等，但这些方法无法制备孔隙连贯的孔，孔道尺寸无法精确控制，孔隙不连贯直接影响营养物质和氧气的运输，不利于新骨的生长和组织的生长。3D打印技术利用3D建模的数据，设置打印参数可以对孔隙的结构、大小、孔隙率进行精确控制。同时具有微观和宏观孔隙率的多尺度多孔材料比单一的宏观多孔材料具有更好的性能。因此制备高复合孔隙率的骨支架更有应用前景。

发明内容

为了克服传统方法制备的三维多孔骨修复材料孔隙单一不连贯，孔道尺寸无法精确控制，以及费用高的缺点，本发明提供了一种低成本制备高复合孔隙率骨组织支架材料的方法。

本发明的原理如下：首先将造孔剂与陶瓷粉通过球磨的方式混合均匀，这是制备均匀的微观孔隙的关键。然后将混合后的粉按照一定的比例加入到预混液中，先利用高速搅拌，再利用低速搅拌有利于排除料浆里面的气泡，同时使料浆混合均匀，可以得到低粘度、高固含量的“墨水”。之后将“墨水”装入3D凝胶打印机中进行打印，通过控制底板的温度调节凝胶反应的时间，再调节针头直径、打印速度、挤出速度等参数，获得具有宏观可见孔隙的胚体；然后再经过脱脂和烧结工艺，改善性能，同时造孔剂分解、高温氧化成水和二氧化碳排入空气中，形成微观的孔隙。最终得到低成本的具有高孔隙率复合孔径的制品。

基于以上原理，本发明的工序包括：混粉，料浆的制备，3D打印，打印坯体干燥、脱脂和烧结。本发明提供的一种低成本制备高复合孔隙率骨组织支架材料的方法，包括步骤如下：

(1)将造孔剂与陶瓷粉以质量比1：(20～40)混合，加入0.2～1.0wt.％的分散剂和30～50wt.％的去离子水，在球磨机上混料0.5～5h，球料比为1：(1～5)，混料后再真空干燥箱中30～50℃干燥60-180min；