本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域及可降解形狀記憶聚合物成形領(lǐng)域，特別涉及機械工程、組織工程、生命科學(xué)及材料科學(xué)的交叉領(lǐng)域，尤指一種負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架增材制造方法。

背景技術(shù)：

血管支架植入是用于治療血管阻塞疾病的方法中應(yīng)用最為廣泛效果最好的技術(shù)，而再狹窄是血管支架植入的主要失效形式之一。目前最為常用的支架類型是球囊擴張型支架，是通過球囊導(dǎo)管將支架送至病變處，然后利用球囊的壓力擴張釋放支架，但球囊擴張容易引發(fā)血管壁彈性回縮以及血管壁損傷導(dǎo)致血管壁新生內(nèi)膜增生，平滑肌遷移增生導(dǎo)致再狹窄。藥物洗脫支架利用聚合物攜帶藥物，當(dāng)支架置入血管內(nèi)病變部位后，藥物逐漸洗脫出來，達到抗炎、抑制平滑肌遷移增殖、防止支架內(nèi)再狹窄的作用，但是由于支架無法完全降解產(chǎn)生排異反應(yīng)，藥物洗脫支架只是延遲了再狹窄的時間，并未從根本上解決再狹窄問題。因此，越來越多的焦點被投向生物可降解型支架，支架在完成一定時間的支撐后降解，可以避免由于支架的存在誘發(fā)排異反應(yīng)，并且隨著支架降解的深入，機械強度逐漸降低使擴張力平穩(wěn)過渡，同時還可以進行釋放藥物治療疾病。而采用自主逐漸擴張型支架則降低了由于球囊擴張引發(fā)血管壁彈性回縮以及血管壁損傷。生物可降解形狀記憶聚合物血管支架同時滿足自主逐漸擴張和生物可降解，將為解決血管支架再狹窄提供有效方法。

形狀記憶聚合物（Shape Memory Polymer，SMP）是一類在外界激勵（如熱、光、電、磁、聲等物理因素或者酸堿度等化學(xué)因素）下可發(fā)生較大變形且變形可回復(fù)的高分子材料。熱致感應(yīng)型SMP是最為常見的形狀記憶聚合物，這類SMP由記憶起始形狀的固定相和隨溫度變化能可逆地固化和軟化的可逆性組成，其形狀記憶過程可以分為高溫變形、降溫固定、高溫回復(fù)三個階段。SMP具有易賦形、電絕緣性好、保溫性好、可大變形、形狀回復(fù)溫度便于調(diào)整等優(yōu)勢，此外SMP價格低廉、材質(zhì)密度小，具有良好的生物相容性以及可控生物降解性能。基于SMP良好的性能，研究人員在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域進行了積極和探索并且取得豐碩的成果。在藥物釋放、血栓清除、手術(shù)縫合線、齒科矯形等領(lǐng)域，充分顯示了SMP的形狀記憶和生物降解的雙重優(yōu)越性。

泊松比的概念是由法國科學(xué)家泊松最先發(fā)現(xiàn)和提出的，并將其定義為：單軸拉伸或壓縮時，橫向應(yīng)變和縱向應(yīng)變的比值，即。大多數(shù)工程材料在承受單軸拉伸時橫截面會收縮，橫向應(yīng)變?yōu)樨?，得到的泊松比為正值。而有些材料在承受單軸拉伸時橫截面會擴張，于是縱橫向的應(yīng)變都為正值，此時的泊松比具有負值。負泊松比材料獨特的拉伸膨脹行為示出良好的力學(xué)和物理特性，包括剪切模量、斷裂韌性、熱沖擊強度、壓痕阻力等。負泊松比材料的出現(xiàn)為發(fā)展具有特殊力學(xué)屬性材料與結(jié)構(gòu)提供了一個全新的方向和途徑，其在傳感器、生物醫(yī)學(xué)、航空航天及其他國防科技領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有血管支架的加工方法主要有絲纏繞、光化學(xué)刻燭、激光鏤空切割和注塑成形等，存在諸如難以加工復(fù)雜結(jié)構(gòu)、自動化程度低、工藝復(fù)雜等問題，尤其對于微小尺寸、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的聚合物材料血管支架激光刻蝕容易造成材料邊緣熔化，造成精度差。增材制造技術(shù)，又稱3D打印技術(shù)是通過CAD 設(shè)計數(shù)據(jù)采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的材料去除技術(shù)，是一種“自下而上”材料累加的制造方法。增材制造技術(shù)被認為是推動第三次工業(yè)革命的核心技術(shù)，擁有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、個性化、定制化等特點，是大批量制造模式向個性化制造模式發(fā)展的引領(lǐng)技術(shù)，可針對多種材料加工任意幾何形狀的零件，目前已被各國作為戰(zhàn)略化新興產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展，不僅越來越廣泛地應(yīng)用于航空航天、工業(yè)設(shè)計、納米傳感器、藝術(shù)等領(lǐng)域，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，在組織再生工程、口腔材料、藥物傳輸?shù)阮I(lǐng)域展現(xiàn)出光明前景。正是由于增材制造技術(shù)個性化、定制化的特點，在血管支架的制造上有很大優(yōu)勢，將為制造任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)并與人體特定病變位置血管形狀相適應(yīng)的個性化、定制化血管支架提供可靠的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架增材制造方法，解決了傳統(tǒng)血管支架造成的支架內(nèi)再狹窄問題。實現(xiàn)復(fù)雜負泊松比結(jié)構(gòu)血管支架數(shù)字化、定制化的制造，實現(xiàn)血管支架可通過外界激勵形狀記憶自主逐漸擴張和生物可降解。將負泊松比結(jié)構(gòu)應(yīng)用于血管支架，可以使血管支架在植入前壓縮，使軸向徑向尺寸同時同減小，有利于微創(chuàng)植入；并且負泊松比結(jié)構(gòu)在面外彎矩作用下呈現(xiàn)出拱形形狀，可以使膨脹過程中血管壁均勻受力有效避免損傷。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架增材制造方法，包括如下步驟：

步驟（1）：以具有負泊松比效應(yīng)的結(jié)構(gòu)單元為基礎(chǔ)，設(shè)計徑向及軸向具有負泊松比效應(yīng)的血管支架三維結(jié)構(gòu)模型，所述血管支架三維結(jié)構(gòu)模型為負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架，其壁厚為0.05mm-0.2mm，直徑為1.5mm-5mm；

步驟（2）：將所設(shè)計的血管支架三維結(jié)構(gòu)模型以STL格式輸入到增材制造系統(tǒng)中，系統(tǒng)控制軟件將三維結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)進行分層切片處理，并將每層的數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的運動軌跡代碼；

步驟（3）：采用微滴噴射增材制造技術(shù)，以生物可降解形狀記憶聚合物為材料，設(shè)定打印速度為30mm/s-60mm/s，層厚為0.05mm-0.2mm，噴頭溫度控制在可降解形狀記憶聚合物熔點±2℃范圍之內(nèi)，噴嘴直徑為0.015mm-0.2mm；

步驟（4）：采用微滴噴射增材制造系統(tǒng)進行血管支架的打印，采用閥控式噴頭、壓電式噴頭或微注射器式噴頭借助機械運動或壓縮空氣產(chǎn)生的壓力，使熔融狀態(tài)材料由噴嘴噴出，按掃描軌跡的方式完成第一層噴射打印后，噴頭上升一個打印層厚度，進行下一層打印，重復(fù)上述過程，直到最終完成負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架的成形；負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架的懸空部位底層可采用水溶性支撐材料進行打印，起到支撐的作用，以保證下一層順利成形；

步驟（5）：待打印室溫度冷卻到室溫，從打印室中取出負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架；

步驟（6）：將取出的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架放置于超聲波清洗機中用去離子水進行清洗，直至去除支撐材料，將去掉支撐的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架進行真空干燥；

步驟（7）：對成形后的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架進行性能測試，對負泊松比效應(yīng)、形狀記憶效應(yīng)、力學(xué)性能、生物相容性、生無可降解性進行測試，保證負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架滿足使用要求。

所述的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架的可降解形狀記憶聚合物為聚左旋乳酸、乳酸與己內(nèi)酯共聚物、多嵌段聚（酯-氨酯）、聚氨酯/聚己內(nèi)酯混合物、外消旋聚乳酸與羥基磷灰石混合物或可降解聚氨酯。

所述的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架以負泊松比結(jié)構(gòu)單元為基礎(chǔ)，負泊松比結(jié)構(gòu)可使血管支架在徑向及軸向方向擁有負泊松比效應(yīng)，并具有負泊松比結(jié)構(gòu)特殊的力學(xué)性能，即在植入時血管支架徑向、軸向尺寸同時縮小，實現(xiàn)微創(chuàng)植入，植入后血管支架徑向、軸向尺寸同時擴張，避免了軸向收縮，有利于血管支架的定位避免支架遷移，并且血管支架在面外彎矩作用下呈現(xiàn)出拱形形狀，可以使膨脹過程中血管壁均勻受力有效避免損傷。

所述的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架具有形狀記憶效應(yīng)，利用形狀記憶聚合物可高溫變形、降溫固定、高溫回復(fù)的特點，植入前保持在壓縮狀態(tài)，植入體內(nèi)到達病患處后，在外界激勵下可逐漸自主擴張，回復(fù)原有記憶形狀。

所述的外界激勵為熱激勵、電磁激勵或超聲激勵。

所述的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架為具有負泊松比效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)四邊形結(jié)構(gòu)單元、內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)單元、星形結(jié)構(gòu)單元、雙箭頭結(jié)構(gòu)單元。

所述的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架的材料具有生物可降解性，治療完成后可在體內(nèi)降解消失，避免植入人體后的長期異物影響。

步驟（4）所述的微滴噴射增材制造系統(tǒng)采用閥控式噴射、壓電式噴射、微注射器式噴射自由成形系統(tǒng)。

步驟（4）所述的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架的增材制造成形也可采用熔融沉積增材制造技術(shù)進行加工成形，使用的聚合物為絲狀材料。

進一步地，對負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架表面進行改性，使其搭載藥物，隨著支架的降解釋放藥物，達到抵抗增殖，防止平滑肌遷移等治療目的，避免血管再狹窄。

本發(fā)明的有益效果在于：

（1）本發(fā)明血管支架結(jié)構(gòu)采用負泊松比結(jié)構(gòu)，植入時血管支架徑向、軸向尺寸同時縮小，實現(xiàn)微創(chuàng)植入，植入后血管支架徑向、軸向尺寸同時擴張，避免了軸向收縮，有利于血管支架的定位避免支架遷移，并且血管支架在面外彎矩作用下呈現(xiàn)出拱形形狀，可以使膨脹過程中血管壁均勻受力有效避免損傷。

（2）本發(fā)明血管支架材料使用生物可降解形狀記憶聚合物，植入前血管支架保持在小體積壓縮狀態(tài)，植入體內(nèi)到達病患處后，在外界激勵下可逐漸自主擴張，回復(fù)原有膨脹狀態(tài)，并且在支撐一段時間后可在體內(nèi)降解，有效解決了血管支架內(nèi)再狹窄問題。

（3）使用3D打印制造技術(shù)，克服原有絲纏繞、光化學(xué)刻燭、激光鏤空切割和注塑成形等制造技術(shù)難以加工復(fù)雜結(jié)構(gòu)、自動化程度低、工藝復(fù)雜、精度差等問題。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明的具有旋轉(zhuǎn)四邊形結(jié)構(gòu)血管支架植入前結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的具有旋轉(zhuǎn)四邊形結(jié)構(gòu)血管支架植入擴張后結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的具有旋轉(zhuǎn)四邊形結(jié)構(gòu)血管支架植入前結(jié)構(gòu)展開示意圖；

圖4為本發(fā)明的具有旋轉(zhuǎn)四邊形結(jié)構(gòu)血管支架植入擴張后結(jié)構(gòu)展開示意圖；

圖5為本發(fā)明的具有內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)血管支架結(jié)構(gòu)展開平面圖；

圖6為本發(fā)明的具有星形結(jié)構(gòu)血管支架結(jié)構(gòu)展開平面圖；

圖7為本發(fā)明的具有雙箭頭結(jié)構(gòu)血管支架結(jié)構(gòu)展開平面圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的詳細內(nèi)容及其具體實施方式。

參見圖1至圖7所示，本發(fā)明的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架增材制造方法，首先，以負泊松比結(jié)構(gòu)單元為基礎(chǔ)，設(shè)計徑向及軸向具有負泊松比效應(yīng)的血管支架初始構(gòu)型并建立所需血管支架三維模型；然后，采用微滴噴射增材制造技術(shù)，進行負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架的增材制造；最后，測試血管支架的負泊松比效應(yīng)、形狀記憶效應(yīng)、力學(xué)性能、生物相容性、可降解性等性能。本發(fā)明實現(xiàn)負泊松比復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)血管支架的增材制造，有效提高血管支架控形控性能力；利用負泊松比效應(yīng)，實現(xiàn)血管支架的微創(chuàng)植入，實現(xiàn)支架膨脹過程中血管壁均勻受力有效避免損傷和沒有軸向收縮避免支架遷移；同時滿足可降解形狀記憶聚合物血管支架在外界激勵下形狀記憶自主逐漸擴張和生物可降解，有效避免傳統(tǒng)血管支架造成的支架內(nèi)再狹窄和植入后再取出困難等問題。具體步驟如下：

步驟（1）：以具有負泊松比效應(yīng)的結(jié)構(gòu)單元為基礎(chǔ)，設(shè)計徑向及軸向具有負泊松比效應(yīng)的血管支架三維結(jié)構(gòu)模型，所述血管支架三維結(jié)構(gòu)模型為負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架，其壁厚為0.05mm-0.2mm，直徑為1.5mm-5mm；

步驟（2）：將所設(shè)計的血管支架三維結(jié)構(gòu)模型以STL格式輸入到增材制造系統(tǒng)中，系統(tǒng)控制軟件將三維結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)進行分層切片處理，并將每層的數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的運動軌跡代碼；

步驟（3）：采用微滴噴射增材制造技術(shù)，以生物可降解形狀記憶聚合物為材料，設(shè)定打印速度為30mm/s-60mm/s，層厚為0.05mm-0.2mm，噴頭溫度控制在可降解形狀記憶聚合物熔點±2℃范圍之內(nèi)，噴嘴直徑為0.015mm-0.2mm；

步驟（4）：采用微滴噴射增材制造系統(tǒng)進行血管支架的打印，采用閥控式噴頭、壓電式噴頭或微注射器式噴頭借助機械運動或壓縮空氣產(chǎn)生的壓力，使熔融狀態(tài)材料由噴嘴噴出，按掃描軌跡的方式完成第一層噴射打印后，噴頭上升一個打印層厚度，進行下一層打印，重復(fù)上述過程，直到最終完成負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架的成形；負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架的懸空部位底層可采用水溶性支撐材料進行打印，起到支撐的作用，以保證下一層順利成形；

步驟（5）：待打印室溫度冷卻到室溫，從打印室中取出負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架；

步驟（6）：將取出的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架放置于超聲波清洗機中用去離子水進行清洗，直至去除支撐材料，將去掉支撐的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架進行真空干燥；

步驟（7）：對成形后的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架進行性能測試，對負泊松比效應(yīng)、形狀記憶效應(yīng)、力學(xué)性能、生物相容性、生無可降解性等性能進行測試，保證負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架滿足使用要求。

所述的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架的可降解形狀記憶聚合物為聚左旋乳酸、乳酸與己內(nèi)酯共聚物、多嵌段聚（酯-氨酯）、聚氨酯/聚己內(nèi)酯混合物、外消旋聚乳酸與羥基磷灰石混合物或可降解聚氨酯等。聚合物可為顆粒狀材料或細小片狀材料。

所述的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架以負泊松比結(jié)構(gòu)單元為基礎(chǔ)，負泊松比結(jié)構(gòu)可使血管支架在徑向及軸向方向擁有負泊松比效應(yīng)，并具有負泊松比結(jié)構(gòu)特殊的力學(xué)性能，即在植入時血管支架徑向、軸向尺寸同時縮小，實現(xiàn)微創(chuàng)植入，植入后血管支架徑向、軸向尺寸同時擴張，避免了軸向收縮，有利于血管支架的定位避免支架遷移，并且血管支架在面外彎矩作用下呈現(xiàn)出拱形形狀，可以使膨脹過程中血管壁均勻受力有效避免損傷。

所述的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架具有形狀記憶效應(yīng)，利用形狀記憶聚合物可高溫變形、降溫固定、高溫回復(fù)的特點，植入前保持在壓縮狀態(tài)，植入體內(nèi)到達病患處后，在外界激勵下可逐漸自主擴張，回復(fù)原有記憶形狀；避免了傳統(tǒng)球囊擴張型支架在球囊擴張過程中對血管壁造成損傷。

所述的外界激勵為熱激勵、電磁激勵或超聲激勵等。

所述的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架為具有負泊松比效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)四邊形結(jié)構(gòu)單元、內(nèi)凹六邊形結(jié)構(gòu)單元、星形結(jié)構(gòu)單元、雙箭頭結(jié)構(gòu)單元等結(jié)構(gòu)。

所述的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架的材料具有生物可降解性，治療完成后可在體內(nèi)降解消失，避免植入人體后的長期異物影響。

步驟（4）所述的微滴噴射增材制造系統(tǒng)采用閥控式噴射、壓電式噴射、微注射器式噴射自由成形系統(tǒng)。

步驟（4）所述的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架的增材制造成形，也可采用熔融沉積增材制造技術(shù)進行加工成形，使用的聚合物可為絲狀材料。

進一步地，對負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架表面進行改性，使其搭載藥物（如雷帕霉素等），隨著支架的降解釋放藥物，達到抵抗增殖，防止平滑肌遷移等治療目的，避免血管再狹窄。

實施例：

一種負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架增材制造方法，包括如下步驟：

（1）以具有負泊松比效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)四邊形結(jié)構(gòu)單元為基礎(chǔ)，設(shè)計徑向及軸向具有負泊松比效應(yīng)的血管支架三維結(jié)構(gòu)模型，設(shè)計的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架壁厚為0.2mm，直徑為4mm；

（2）將所設(shè)計的旋轉(zhuǎn)四邊形結(jié)構(gòu)血管支架三維模型以STL格式輸入到增材制造系統(tǒng)中，系統(tǒng)控制軟件將三維模型數(shù)據(jù)進行分層切片處理，并將每層的數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的運動軌跡代碼；

（3）采用微注射器式微滴噴射自由成形技術(shù)，以生物可降解形狀記憶聚合物聚左旋乳酸（PLLA）為材料，選擇顆粒狀聚左旋乳酸（PLLA），設(shè)定打印速度為40mm/s，層厚為0.1mm，噴頭溫度設(shè)定為182℃，選擇噴嘴直徑為0.10mm的噴頭；

（4）采用微注射器式微滴噴射自由成形原理進行血管支架的打印，采用微注射器式噴頭借助壓縮空氣產(chǎn)生的壓力，使注射器中的熔融狀態(tài)材料由噴嘴噴出，按掃描軌跡的方式完成第一層噴射打印后，噴頭上升一個打印層厚度，進行下一層打印，重述上述過程，直到最終完成負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架的成形。血管支架結(jié)構(gòu)的懸空部位底層需采用水溶性支撐材料進行打印，起到支撐的作用，以保證下一層順利成形；

（5）待打印室溫度冷卻到室溫，從打印室中取出形狀記憶聚合物血管支架；

（6）將取出的血管支架放置于超聲波清洗機中用去離子水進行清洗，直至去除支撐材料，將去掉支撐的血管支架進行真空干燥24小時；

（7）對成形后的負泊松比可降解形狀記憶聚合物血管支架進行性能測試，對負泊松比效應(yīng)、形狀記憶效應(yīng)、力學(xué)性能、生物相容性、生無可降解性等性能進行測試，保證血管支架的滿足使用要求。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡對本發(fā)明所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。