[发明专利]一种多材料仿生结构气管支架及其制备方法

权利要求书

1.一种多材料仿生结构气管支架，其特征在于：包括由内到外依次层叠的TPU力学超材料结构层(1)、水凝胶载细胞层(2)、硅酮网状主体层(3)和TPU软骨环层(4)，TPU力学超材料结构层(1)、水凝胶载细胞层(2)和硅酮网状主体层(3)均为管状，TPU软骨环层(4)包括若干TPU软骨环，各个TPU软骨环沿气管支架的管长方向依次均匀间隔固定在硅酮网状主体层(3)的外侧面，各个TPU软骨环的中心轴线在气管支架的的中心轴线上。

2.根据权利要求1所述的一种多材料仿生结构气管支架，其特征在于：所述的TPU力学超材料结构层(1)采用手性、内凹或正弦力学超材料结构。

3.根据权利要求1所述的一种多材料仿生结构气管支架，其特征在于：所述的TPU力学超材料结构层(1)采用医用硅橡胶材料邵氏A硬度为30°-50°；TPU力学超材料结构层(1)的层厚小于等于0.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种多材料仿生结构气管支架，其特征在于：所述的水凝胶载细胞层(2)采用多孔甲基丙烯酰化明胶GelMA材料；水凝胶载细胞层(2)的层厚小于等于0.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种多材料仿生结构气管支架，其特征在于：所述的硅酮网状主体层(3)采用医用硅橡胶材料，邵氏A硬度为20°-40°；硅酮网状主体层(3)的层厚小于等于0.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种多材料仿生结构气管支架，其特征在于：所述的TPU软骨环层(4)的每个TPU软骨环具体采用医用聚氨酯TPU材料，TPU软骨环的邵氏A硬度大于等于95°，邵氏D硬度小于等于65°；每个TPU软骨环的层厚为1.5-2.5mm。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种多材料仿生结构气管支架的制备方法，其特征在于：方法包括如下步骤：

1)将医用硅橡胶材料加装到熔融沉积四轴打印平台的熔融沉积喷头中，将外部的旋转轴(10)加热至恒温，然后熔融沉积喷头将医用硅橡胶材料使用熔融沉积四轴打印方式打印在外部的旋转轴(10)的外侧周面上形成管状的TPU力学超材料结构层(1)；

2)将外部的旋转轴(10)冷却至常温，将多孔甲基丙烯酰化明胶GelMA材料加装到墨水直写四轴打印平台的墨水直写喷头中，然后墨水直写喷头将多孔甲基丙烯酰化明胶GelMA材料使用墨水直写四轴打印方式气压挤出或者压杆挤出打印在TPU力学超材料结构层(1)的外侧周面上形成管状的水凝胶载细胞层(2)；

3)将医用硅橡胶材料加装到墨水直写四轴打印平台的墨水直写喷头中，然后墨水直写喷头将医用硅橡胶材料使用墨水直写四轴打印方式气压挤出或者压杆挤出打印在水凝胶载细胞层(2)的外侧周面上形成管状的硅酮网状主体层(3)，打印完成后将外部的旋转轴(10)加热至恒温；

4)将医用聚氨酯TPU材料加装到熔融沉积四轴打印平台的熔融沉积喷头中，然后熔融沉积喷头将医用聚氨酯TPU材料使用熔融沉积四轴打印方式打印在硅酮网状主体层(3)的外侧周面上，形成若干沿气管支架的管长方向均匀间隔的若干TPU软骨环，各个TPU软骨环构成TPU软骨环层(4)；打印完成后将外部的旋转轴(10)冷却至常温，然后将最终的气管支架从外部的旋转轴(10)上取下，得到最终的气管支架。

8.根据权利要求7所述的一种多材料仿生结构气管支架的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中，医用硅橡胶材料具体为医用聚氨酯TPU颗粒制备成的TPU丝材(5)；所述的步骤3)中，医用硅橡胶材料具体为硅酮与纳米二氧化硅的最终混合材料。

9.根据权利要求8所述的一种多材料仿生结构气管支架的制备方法，其特征在于：所述的硅酮与纳米二氧化硅的最终混合材料具体如下：

将质量分数比例为5-30％的纳米二氧化硅和硅酮混合为第一混合材料，将质量分数比例为5-30％的纳米二氧化硅和硅酮混合为第二混合材料，将第一混合材料和第二混合材料进行混合后获得最终混合材料；第一混合材料和第二混合材料中的硅酮的质量分数比例为1：1或10：1。

10.根据权利要求7所述的一种多材料仿生结构气管支架的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中，将外部的旋转轴(10)加热至恒温为加热至50℃-80℃的恒温；所述的步骤3)中，将外部的旋转轴(10)加热至恒温为加热至60℃-100℃的恒温。