[发明专利]一种具有仿生结构的生物复合材料、挤出装置及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有仿生结构的生物复合材料、挤出装置及制备方法，生物复合材料包括复合材料预制体，复合材料预制体表面开设有若干凹槽，凹槽中填充有浆料；其中，复合材料预制体由纤维增强HA基复合材料制成，浆料为能够提高生物相容性的材料。通过对复合材料表面进行处理，即先制备凹槽结构以增加植入体与人体细胞的接触面积，再选择更有利于人体细胞生长的浆料涂敷于凹槽底面，这样既能保留原有复合材料的优良力学性能，又能提高植入体的生物相容性。

技术领域

本发明属于构筑材料表面仿生结构的制备技术领域，具体涉及一种基于3D打印技术的一种具有仿生结构的生物复合材料、挤出装置及制备方法。

背景技术

人体骨骼是一种天然具有生物活性而结构复杂的复合材料，其中主要无机矿物成分是羟基磷灰石(HA)，是人体“工程化”的生物陶瓷材料。其中纤维增强HA基复合材料作为永久性材料植入人体后，其表面最先与人体组织接触，所以表面对细胞的生长起着至关重要的作用，不仅可以调节细胞形状、延展的程度、生物相容性，也会影响细胞生长、分化和功能表达。3D打印技术就是根据计算机辅助设计与3D打印机精确控制下，快速、准确地制造出表面及边缘结构的三维实体。

目前，纤维增强HA基复合材料在人体骨替代方面应用越来越多，通过热压或常压烧结后的纤维增强HA基复合材料在弯曲强度和断裂韧性方面都得到了很大的提高，而生物相容性要求也越来越备受关注。由于骨骼富于生物活性，具有极强的自我修复和再生功能，新生骨会沿涂层表面生长，使类骨样基质直接沉积在植入体表面，从而形成良好的骨结合界面，所以制备复合材料表面仿生结构是提高植入体与人体组织结合强度及生物相容性的有效方法。对于复合材料表面仿生结构的制备，目前常见的制备方法有化学氧化蚀刻技术、等离子体放电、辐射和紫外接枝氧化法等。其中，由于基体材料物理化学性质的特殊性，上述方法在制备复合材料表面结构时具有一定的局限性并且操作复杂。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种具有仿生结构的生物复合材料、挤出装置及制备方法，为进一步提高复合材料的生物学性能，又不影响材料的力学性能，以克服现有技术存在的缺陷。

为达到上述目的，本发明构筑具有仿生结构的生物复合材料的挤出装置包括复合材料预制体，复合材料预制体表面开设有若干凹槽，凹槽中填充有浆料；其中，复合材料预制体由纤维增强HA基复合材料制成，浆料为能够提高生物相容性的材料。

进一步的，凹槽在复合材料预制体表面均匀设置。

进一步的，凹槽的宽度为所选纤维直径的2～3倍，且凹槽的深度与其宽度相等，浆料的厚度为凹槽深度的1/2～1/3。

一种用于制备具有仿生结构的生物复合材料的挤出装置，包括依次固定连接的雕刻尖头、尖套和料筒，料筒中设置有阻挡层，料筒被密封盖密封，密封盖上连接有进料筒，进料筒一端和阻挡层连通，另一端与封帽螺纹连接；密封盖上开设有加压孔，加压孔与加压系统连接，用以控制阻挡层内的压强；阻挡层包括用于容置浆料的密封筒，密封桶一端设置有若干相互接触的扇形橡胶垫，在无压状态下，所有橡胶垫形成一个圆形，确保在无压状态下为停止出料；当橡胶垫在受到气体压强后，扇形橡胶垫向气体流通方向打开，使阻挡层的第一端则呈开启状态，使密封桶内的浆料溢出。

进一步的，雕刻尖头和尖套通过夹持器连接，夹持器与雕刻尖头紧配合。

进一步的，雕刻尖头外周面上设置有刻度。

进一步的，阻挡层两端均设置有台阶，阻挡层的第一端的台阶面与料筒的出口端的端面紧密接触，阻挡层第二端的台阶面与垫片的内壁接触配合，密封盖包括密封板和固定在密封板上的凸模，密封盖的凸模外壁与阻挡层的内壁接触配合。

一种基于上述的挤出装置的具有仿生结构的生物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将挤出装置与3D打印设备的电机和控制系统连接；