[发明专利]基于快速成型的人工生物活性骨骼的复合制造方法

摘要

本发明公开了一种基于快速成型的人工生物活性骨骼的复合制造方法,它是用CT数据建立骨骼三维CAD内部微结构和外形模型;用快速成型技术制造出骨骼微结构和外形的负型;植入生物因子或细胞;加入钛纤维以增强力学性能;填充生物骨骼材料;制造出人工替代骨。该方法具有个体适配性强制造速度快;生物相溶性好;材料适用面宽;生物因子和生物细胞复合植入;骨骼植入后成活率;是工程化制造活性骨骼的有效途径。

主权项

1、一种基于快速成型的人工生物活性骨骼的复合制造方法，其特征在于：(1)人造骨的仿生CAD设计：a、骨骼外形CAD设计，通过CT特征断面测量或外表面测量，用特征数据点重构骨骼外形的三维CAD，并将其以STL数据格式表达；b、骨骼内部骨髓腔的三维CAD设计，若基于CT断面数据，可以用重构的方法构造骨髓腔CAD，若基于外表面的测量数据，可以利用外表面形状建立数学模型来构造骨髓腔的CAD；c、骨骼骨质组织的CAD设计，通过电子显微镜观察骨骼微孔的尺寸以及分布规律，建立骨质组织微结构数学模型，构造骨骼的三维CAD，保证微孔空间完全导通；d、通过以上三部分的仿生CAD建模设计，将外形CAD与内部CAD复合起来，构造出完整的骨骼CAD；(2)成型系统：a、以乳化糖作成型材料用熔融沉积的方法制造人工骨的反形(负型)；b、对三维CAD数据进行分层处理，用分层制造的方法快速成型出骨骼外形和内部微结构的负型(反形)；c、制作一个带有可控加热系统的加压容器，容器底部开一个0.2mm的材料压出孔，孔由电控开关控制开闭；d、将整个系统安装在X-Y工作台上，有一个可以在Z方向运动的成型平台，组成一个分层成型系统，将乳化糖装入加压容器实现分层制造；(3)成型工艺：将乳化糖装入加压容器中，将加压容器的温度控制在80-120℃、压力控制在0.8Pa-1Pa来控制乳化糖的流动性和塑性，乳化糖在加热后达到融化状态后由材料压出孔压出，研究乳化糖压出速度和X-Y运动速度与乳化糖成丝直径的关系，以便通过速度来控制不同导管的直径，骨外形和骨髓腔通过常规的逐层制造方法实现；(4)骨生长因子和成骨细胞的复合：将骨生长因子制成悬液，加入成骨细胞，制成生物活性剂，在无菌条件下将生物活性剂温度准确地控制在36℃～38℃，以保证成骨细胞的活性，将生物活性剂倒入成型好的骨型腔中培养，以便于骨生长因子和成骨细胞能够吸附到导管架上，然后，再将生物活性剂倒出来，使骨生长因子能保留在导管架上，成为植入人工骨的活性物质；(5)复合成骨制造工艺：为提高骨的强度，先在骨骼中插入钛纤维，作为加强筋复合在骨中间，以提高替代骨的整体强度，用自凝固羟基磷酸钙均匀后倒入经生物复合后的乳化糖骨负型腔中，逐步填实，待凝固后，用36℃～38℃的蒸馏水溶解掉外部的乳化糖成型材料，使羟基磷酸钙人工骨呈现出来。