[发明专利]基于3D打印的可控多孔生物陶瓷骨修复材料制备工艺

说明书

本发明公开了一种基于3D打印的可控多孔生物陶瓷骨修复材料制备工艺，包括以下步骤：S1，模型设计，S2，原料选择，S3，生物陶瓷浆料的制备，S4，生物陶瓷浆料经过球磨按所述模型打印制作生产出生物陶瓷支架生坯，经后期脱脂、烧结后成为生物陶瓷人造骨支架。本发明提供的基于3D打印的可控多孔生物陶瓷骨修复材料制备工艺。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种基于3D打印的可控多孔生物陶瓷骨修复材料制备工艺。

背景技术

生物陶瓷已有八十多年的历史。早在1920年Albee医生就使用了磷酸三钙进行动物实验，结果显示骨组织与材料有良好的相容性。但由于当时在材料的制作工艺，生物相容性评价等诸多方面存在有一定的欠缺，所以在相当长的一段时间内未被人们所重视。直至七十年代初，Hench博士发现了生物陶瓷的良好相容性在医学领域中的利用价值，该领域的研究才日益活跃起来。

多孔生物陶瓷的微结构主要包括孔、孔的内连接和气孔率等，这些结构参数不同，引起的生物效应也有所不同。研究表明微孔(＜10μm)直接影响材料的降解，而孔、孔的内连接和气孔率则直接影响组织的生长。孔的形状和气孔率的多少，对材料的力学强度有直接相关性。较多的研究结果表明：含气孔率50％为佳，孔径为100-1000μm适合于骨组织的形成。但是诸多研究结果显示差异很大，其主要原因是忽视了孔内连接的作用。

目前多孔生物陶瓷的制作常用的有四种方法：(1)利用天然多孔微结构材料(如珊瑚石等)，经高压环境下化学处理和/或烧结而成多孔陶瓷。(2)用陶瓷粉末配制浆液，加入发泡剂(如双氧水等)使浆液发泡，经干燥成形和烧结而成多孔陶瓷。(3)用陶瓷粉末与填充支架物(糖、石蜡、樟脑等颗粒)按一定的比列相混合，使其加压成形。经加温气化消除支架物，然后在高温下烧结而成多孔陶瓷。(4)用陶瓷粉末配制成浆液，灌注到塑料泡沫海绵内，使其干燥成形。经加温气化消除支架物，然后在高温下烧结而成多孔陶瓷。

增材制造技术(AM)是近年来快速发展的一种新型成型工艺，该工艺利用计算机CAD软件设计构件，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、组织细胞等特殊材料进行逐层堆积粘结，最终叠加成型，制造出实体产品。该工艺与传统成型方法相比，具有以下特点：(1)可以制备形状复杂的制品；(2)成型过程中无需任何模具或模型参与，使过程更加集成化，制造周期缩短，生产效率高；(3)成型体几何形状及尺寸可通过计算机软件处理系统随时改变，无需等待模具的设计制造，大大缩短新产品开发时间；(4)可制备结构微小的陶瓷制品等优点。因此，近年来快速成型技术受到广泛的关注。增材制造技术通过材料的堆积而将计算机中的三维实体逐层“打印”出来，因此也常被形象的称为3D打印技术。现有的3D打印技术主要有立体光刻成型(SLA)、叠层实体制造(LOM)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成型(FDM)等。

目前已经有很多的技术用于生产多孔生物陶瓷。例如以下专利文献所报道：

公开号为CN112441842A、专利名称为一种孔隙率可控的多孔生物陶瓷涂层制备方法的发明专利采用造孔剂法形成多孔，通过光固化3D打印法制备的多孔生物陶瓷涂层；

公开号为CN105770988A、专利名称为基于3D打印的骨修复生物陶瓷材料及制备方法的发明专利发明了一种3D打印常温挤出成型的骨修复生物陶瓷材料。

公开号为CN110272273A、专利名称为3D打印的可控多孔羟基磷灰石生物陶瓷支架及制备方法的发明专利是通过常用三维建模软件设计出TPMS多孔结构，再用光固化3D打印法制备多孔羟基磷灰石生物陶瓷支架。

公开号为CN102499794A、专利名称为孔隙率可控的人工骨支架制备方法的发明专利是先制作生物速溶小球和生物陶瓷小球的混合球，再用3D打印法喷洒生物胶黏剂粘接混合求，最后通过水溶去除速溶小球的方法获得多孔人工骨支架。