[发明专利]基于光固化成型的可控孔结构多孔仿生人骨及其制备方法

说明书

本发明公开了基于光固化成型的可控孔结构多孔仿生人骨及其制备方法，涉及陶瓷仿生人骨技术领域。所述方法包括预先配制造孔剂不同种类及含量的陶瓷浆料；通过光固化成型后进行脱脂、烧结，制得陶瓷件，测量各陶瓷件的孔隙率，获知造孔剂的种类及含量与孔隙率和孔隙形貌结构的关系，可以通过控制所添加的造孔剂类型及含量，从而控制所制备的多孔仿生骨每层的孔隙率和孔隙形貌与结构，使其达到接近人骨的结构，且拥有较好的生物相容性，实现孔隙形貌结构与孔隙率均可控的技术效果。

技术领域

本发明涉及陶瓷仿生人骨技术领域，尤其涉及基于光固化成型的可控孔结构多孔仿生人骨及其制备方法。

背景技术

在拍射X线片时，金属植入物会吸收大量的X射线，从而在感光底片上留下植入物的影子，影响医生对结果的判断，此外，金属制品的密度很高，会在计算机重建的X射线投影图像上留下以金属植入物为核心的大片图像，称为金属伪影。且金属植入物会在人体内溶解，产生金属离子，导致细胞毒性产生。因此，人们在探究更适合用作人体植入物的材料。

氮化硅(Si₃N₄)陶瓷是一种高性能的结构陶瓷，具有高强度、高硬度、良好的化学稳定性和减摩耐磨性。已被广泛应用于航空航天、机械电子、化工冶金等高端技术领域。研究发现Si₃N₄具有良好的生物相容性，无细胞毒性，且具有部分射线可穿透性。

Si₃N₄具有优异的生物惰性，在人体内不会产生降解等问题，相对于金属植入物，其更有利于长期存在于人体内并发挥作用。因此Si₃N₄陶瓷被视为一种可以取代金属合金的新型生物医用材料，在骨缺损的修复或替换领域具有重大应用潜能。

光固化快速成型技术具有快速且无模具成型的特点，能够根据患者所需定制化的需求来制备特定的复杂结构，在造孔剂的辅助下，可以制备复合孔隙率要求与孔隙形貌结构的陶瓷，从而为多孔仿生人骨的制备提供了可行的方法。数字光处理(DLP)技术，具有成型精度高，相对于模具成型更快，且自动化程度高，可以制备复杂的结构的优点，其缺点是打印后零件强度不高，容易断裂。针对仿生骨结构复杂，具有独一性的特点，运用数字光处理成型技术可以满足在临床实验上的患者定制化的要求。

由于人体骨骼具有多层结构，且每一层具有不同孔隙形貌结构与孔隙率的复杂结构从而使得每层的力学性能不同。传统的生物陶瓷人体骨骼技术通常采用单一粉体制备，因此难以对孔隙结构进行有效的调控。虽然使用合适的造孔剂能够制备出所需的孔隙形貌与结构，进一步结合光固化成型技术能够有效地控制仿生骨的孔隙率与孔隙形貌及结构，但目前存在的问题是：由于添加不同的造孔剂，在脱脂工序、烧结工序中，孔形貌与孔隙率均会发生改变，难以有效控制各层的收缩率和孔隙形貌与结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是传统的生物陶瓷人体骨骼的孔形貌与孔隙率难以控制。

为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：

本发明提供基于光固化成型的可控孔结构多孔仿生人骨的制备方法，包括以下步骤：

S1、分别配制不同种类或不同含量造孔剂的光固化陶瓷浆料：按重量份计，将氮化硅粉体90～95份、烧结助剂5～10份及造孔剂10～40份进行球磨混匀，得到陶瓷粉体；将所述陶瓷粉体40～85份、光敏树脂10～50份、分散剂0.5～3份、光引发剂0.1～3份高速均质搅拌均匀，得到光固化陶瓷浆料；

S2、设计模型并进行光固化成型，制备各不同种类造孔剂的多孔坯体，分别测量各多孔坯体的单层光固化深度；

S3、对所述多孔坯体进行脱脂、烧结，制得陶瓷件，测量各陶瓷件的孔隙率，通过扫描电子显微镜观测各陶瓷件的孔隙形貌结构；

S4、根据仿生人骨的多层不同孔隙结构模型、步骤S2及步骤S3的测量数据调整造孔剂的种类及含量，重新配制光固化陶瓷浆料；