[发明专利]一种基于光固化3D打印陶瓷骨支架的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于光固化3D打印陶瓷骨支架的制备方法，其特征是：采用光固化(SLA)3D打印技术制备个性化ZTA多孔骨支架，将CSC与ZTA陶瓷骨支架填充复合，从而将CSC优良的骨引导、骨诱导性能与ZTA陶瓷骨支架优异的力学性能、生物相容性等有机的结合起来，有望作为有效的骨修复材料，为陶瓷骨支架的临床应用提供一种选择方法。实现步骤包括：陶瓷骨支架三维数字化模型的设计；陶瓷骨支架坯体的3D打印；陶瓷骨支架坯体的后处理；陶瓷骨支架坯体的排胶、预烧与烧结及复合陶瓷骨支架的制备等。陶瓷骨支架由于无金属离子溶出，不会导致过敏反应，已得到广泛研究。采用三维数字化技术制备的陶瓷骨支架能够为患者提供更好的解决方案。

技术领域

本发明属于生物陶瓷材料制备技术领域，具体涉及到一种基于光固化3D打印陶瓷骨支架的制备方法。

背景技术

因病理因素(如骨关节炎、骨肿瘤等)或创伤因素造成患者骨骼变形、缺损、疼痛等，在骨关节等外科手术中，常常需要植入人工骨支架来修复相应部位，现有技术的主要缺点是骨支架与手术部位的形态拟合性较差，手术过程中常需反复尝试各种型号的骨支架，加重局部创伤，延长手术时间。同时，由于骨支架自身选材问题，使得骨支架主要的力学支撑功能和生物功能长期稳定性较差，甚至引起患者的过敏反应，造成置换手术的失败。运用三维数字化制备技术，术前构建骨缺损部位的三维数字模型，可为患者“量身定制”高精度的植入骨支架制品及手术方案，从而提高手术成功率，使手术更精确、更安全。同时，三维数字化技术可以制造结构形状复杂、梯度性能一体化设计的非标、个体化的骨支架，满足不同患者的需求。

陶瓷骨支架由于无金属离子溶出，不会导致过敏反应，已得到广泛研究。目前，基于羟基磷灰石、β-磷酸三钙或与高分子复合的陶瓷基骨支架具有较好的生物相容性，但其力学性能及长期稳定性有待提高。ZrO₂增韧Al₂O₃陶瓷基材料(ZTA)具有稳定的物理化学性能和优异的力学、热学性能及生物相容性能等，应用ZTA陶瓷材料制备的第四代陶瓷髋关节，其使用寿命已达到15～20年以上。

本世纪初期，硅酸钙骨水泥(CSC)的研究表明，其具有磷酸钙骨水泥(CPC)的优点。前期研究发现，CSC不仅力学性能优于CPC且生物降解速度仅为CPC的30％-50％。前期体外实验表明CSC对成骨细胞(osteoblasts)并无明显毒性，从而证明CSC的生物相容性，CSC逐步获得临床上的认可。同时，CSC具备载药性，可以搭载多种无机或有机类药物，通过CSC体内降解，达到药物缓释与控释的目标。体内生物降解会使CSC缓慢释放硅酸根离子(SiO4^4-)，从而使CSC具有很强的骨引导与骨诱导性。

发明内容

鉴于此，本发明的目的就是采用光固化(SLA)3D打印技术制备个性化ZTA多孔骨支架，将CSC与ZTA陶瓷骨支架填充复合，从而将CSC优良的骨引导、骨诱导性能与ZTA陶瓷骨支架优异的力学性能、生物相容性等有机的结合起来，有望作为有效的骨修复材料，为陶瓷骨支架的临床应用提供一种选择方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于光固化3D打印陶瓷骨支架的制备方法，采用以下步骤：

(1)陶瓷骨支架三维数字化模型的设计：结合患者骨损伤CT图，应用UG、Solidworks等三维设计软件设计出陶瓷骨支架的三维数字化模型，转换为STL格式导入到Magics切片软件中，对陶瓷骨支架的三维数字化模型进行加支撑、切片处理，支撑设计厚度为3～5mm，切片厚度为80～125μm，将切片后的数字模型以STL格式导出备用；

(2)陶瓷骨支架坯体的3D打印制备：将ZTA光敏陶瓷浆料倒入光固化3D陶瓷打印机的料槽中，将切片处理后的数字化模型导入到执行软件中开始打印，调整优化工艺参数，打印制备出ZTA陶瓷骨支架坯体；