[发明专利]一种基于光固化3D打印技术个体化定制型的二氧化锆多孔生物骨修复支架及其制备方法

说明书

本发明涉及生物陶瓷支架材料的制备方法。一种基于光固化3D打印技术个体化定制型的二氧化锆多孔生物骨修复支架的制备方法，该方法包括以下的步骤：（1）利用CT二、三维成像技术建立骨骼未受损时的健康状态图，再结合等待植入的缺损骨骼状态图，分离出需植入的骨骼形态图；（2）利用专用数据软件把CT数据转化为3D打印数据；（3）利用光固化3D打印技术个体化制备二氧化锆多孔生物骨修复支架。该方法的骨修复生物陶瓷材料符合个体化治疗原则，制造工艺时间短，效率高，所制得的材料孔隙率较为精准，误差小，抗压、抗弯强度大，生物相容性好。

技术领域

本发明涉及生物陶瓷支架材料的制备方法。

背景技术

随着创伤骨折及骨肿瘤发生率的逐年增长，创伤及肿瘤造成的骨缺损病患越来越多，但治疗上特别是大段骨缺损的治疗一直是骨科领域的难题之一。大段骨缺损不但需要的植骨量大，还对术后的力学性能有很高的要求。目前临床上治疗骨缺损运用最广泛的方法有骨移植术、人工替代物置换、牵拉成骨技术等，但都有各自的局限性。如自体取骨其本身就是对患者的再次损伤，极大增加了患者的痛苦，而且供体骨量有限；异体骨和异种骨又存在来源有限且价格不菲，潜在转播疾病及免疫排斥反应等一系列问题。

近年来，以生物材料为基础的骨组织工程的发展为治疗骨缺损提供了新的途径。骨组织工程包括种子细胞、生长因子和支架材料三个要素。其基本原则是在生长因子和营养液的支持下，种子细胞在特殊材料制成的支架中生长和扩张，最终形成支架引导的三维组织，移植到患者体内，完成缺损组织的重建，并最终替代病变组织的功能。其中三维空间支架可以为细胞的生长提供粘附位点、营养输送和代谢废物的排放场所。为了满足组织的再生和重建，支架的结构必须满足多孔性、连通性、良好的力学性能以及空隙率要求。另一方面，为了重塑缺损部位的外形，组织支架还必须具有与缺损组织一致的外部形状和内部构造，特别是对于不规则骨缺损的情况下，需要与病人缺损骨骼数据一致的个体化支架材料。因此，理想的支架是由具有个体化外形和内部呈一定规律分布的微结构组成的复杂三维结构，传统的制造方法无法解决支架的制造问题。

随着先进制造技术的不断发展, 出现了基于计算机辅助设计和制作的快速原型技术(RP)，为临床个体化治疗骨缺损提出了一种可能性。三维打印成形技术(3DP)是一项新型的快速成型技术，其原理是根据计算机辅助设计（CAD）模型，打印头在薄层粉末上喷射粘结剂形成二维平面, 并逐层堆积成型。将三维打印成形技术于CT、MRI 扫描数据的三维重构技术相结合，通过反求技术，从外形仿生可以实现患者缺损部位假体填充的个性化制造（Guk Bae Kim,et al. 2016）。近年来，研究较多的是利用快速成型技术打印三维支架材料，采用该方法在制造仿生骨骼大体外形和微细结构方面，有着其它传统工艺不可比拟的优势，可以制造出适合细胞生长的孔隙结构，并可实现孔隙之间完全贯通及孔隙梯度结构的成形，因此可以直接制造出骨骼内部的仿生微结构（Butscher A, et al. 2011）（SeitzH, et al. 2005）。

目前在医学范围应用较多的三维打印技术主要包括光固化立体成型(SLA)、熔融沉积成型（FDM）、选择性激光烧结（SLS） 和三维喷印（3DP）等（Soman P, et al. 2012）。其中SLA是基于微滴喷射技术，使用液态光敏树脂成形制件，用紫外光进行固化的一种工艺。SLA工作原理是打印槽形成一平面，打印喷头沿设定方向以规定速度来回移动，同时喷射实体材料和支撑材料，并用紫外光照射固化。一层平面打好以后，打印槽下降一平面，重复该过程，层层堆积，最后得到一个三维立体材料（Liu Haitao, et al. 2009）。

SLA因其能自动运行，工作稳定，材料利用率高，同时又能定向选择性地控制打印的面积，精确地改变复合材料的孔隙及孔径大小，成型精度高，在制作多孔植入体及支架方面尤其独特的优势，使其成为近年来生物材料的研究重点，有逐渐替代传统材料制作方法的趋势（Mazzoli A. 2013）。