本發(fā)明涉及一種人造血管的制備方法，特別是公開一種3D打印制造人造血管的方法。

背景技術(shù)：

心血管疾?。╟ardiovascular disease, CVD）具有非常強(qiáng)的隱蔽性和突發(fā)性，是如今世界發(fā)病率和死亡率最高的疾病。在中國，心血管疾病的發(fā)生還有年輕化的趨勢，故該類疾病的防治變得尤為重要，對此類疾病的研究也更應(yīng)該得到重視。

隨著發(fā)病率的提高，對各種人工血管的需求也與日俱增。人工血管可分為兩類，一類是臨床移植用人造血管，多采用人工高分子生物材料制作。另一類為研究用人造血管，現(xiàn)有制造技術(shù)包括浸模法，旋轉(zhuǎn)浸模法以及失蠟法，但是傳統(tǒng)制造人工血管的方法很難得到復(fù)雜的血管，比如真實血管具有的分叉角，曲率，多變的血管直徑與血管壁厚度等。

現(xiàn)有技術(shù)中，臨床移植用人造血管的制造方法為：1)通過3D掃描機(jī)及醫(yī)學(xué)成像技術(shù)或者通過三維建模獲取血管的幾何模型；2）結(jié)合快速成型技術(shù)制作實體人造血管模具；3）將模具浸入硅膠或者乳膠溶液中，重復(fù)多次讓溶液附著在模具表面并固化；4)去除模具，得到具有彈性的人造血管。

采用該方法得到的人造血管，其缺點(diǎn)是血管壁厚度不均勻，不連續(xù)，造價貴。

研究用人造血管所采用的浸模法，其缺點(diǎn)是：附著在模具表面的硅膠層厚度不均勻，導(dǎo)致最終的血管模型表面崎嶇不平。

采用的旋轉(zhuǎn)浸模法，其缺點(diǎn)是：附著在模具表面的血管壁厚度不連續(xù)。

失蠟法的缺點(diǎn)為：以蠟作為模具材料，在表面附著硅膠后使用化學(xué)或者加熱的方法去除蠟，但是蠟材非常貴，且打印精度不如固體材料，不適合制作復(fù)雜的以及精度要求高的血管。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種制得的人造血管壁厚度均勻、連續(xù)，成本低、精度高，人造血管不但有彈性而且其力學(xué)性能與真實血管非常接近的3D打印制造人造血管的方法。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種3D打印制造人造血管的方法，其特征在于：包括如下步驟：

1）、使用三維繪圖軟件建立血管模型，包括外模與內(nèi)核；或者使用圖像處理軟件獲取CT或MR影像中的真實血管的三維數(shù)據(jù)，再將獲得的三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入所述三維繪圖軟件進(jìn)行后處理，以導(dǎo)入的三維數(shù)據(jù)的血管的內(nèi)徑作為模型內(nèi)核的外徑，以導(dǎo)入的三維數(shù)據(jù)的血管的外徑作為模型外模的內(nèi)徑，建立血管模型；

2）、使用三維繪圖軟件將建立好的血管模型轉(zhuǎn)換成3D打印機(jī)可以識別的STL格式；

3）、將3D打印機(jī)可識別的STL格式文件導(dǎo)入3D打印機(jī)中；

4）、使用3D打印機(jī)將血管模型打印出來形成血管模具；其中所述3D打印機(jī)打印所述外膜與內(nèi)核的材料為聚丙烯或聚醋酸乙烯或聚氯乙烯，打印精度為0.01mm~0.03mm，內(nèi)核與外模之間的填充材料為蠟；

5）、將步驟4得到的血管模具放在70℃-80℃的烤箱中將蠟融化，然后使用70℃-80℃的熱水連續(xù)沖洗血管模具以去除殘余的蠟；

6）、拋光血管模具內(nèi)部，將70℃-80℃的熱水與微小固體顆?；旌蟿┩ㄟ^加壓泵連續(xù)流經(jīng)血管模具內(nèi)部，起到光滑內(nèi)部作用；所述微小固體顆?；旌蟿┰诹⒎降痤w粒、人造金剛石顆粒、白剛玉顆粒、碳化硅顆?；蜓趸X顆粒中任選一種；

7）、脫氣，在500mmgh-600mmgh真空壓下進(jìn)行血管模具的脫氣，有氣泡從表面出現(xiàn)直至消失，脫氣的過程需要重復(fù)3~5次；

8）、脫氣完成后將硅橡膠與催化劑的混合液注入血管模具的內(nèi)核與外膜之間，將其靜置固定并固化24小時~48小時，保持室溫在20℃-25℃和濕度在45%-55%；其中，所述硅橡膠與催化劑的體積比為10:1；

9）、待硅橡膠與催化劑的混合液固化后形成硅膠層，將內(nèi)核與外膜破裂，取出硅膠層形成的人造血管。

步驟1中，所述三維繪圖軟件在UG、SolidWorks或CATIA中任選一種。

步驟1中，所述圖像處理軟件為Mimics。

步驟4中，所述3D打印機(jī)的打印方式為MJP多噴頭打印方式或SLM選擇性激光熔化成型打印方式。

步驟8中，所述硅橡膠在苯撐和苯醚撐硅橡膠、二甲基硅橡膠、甲基乙烯基硅橡膠、甲基苯基乙烯基硅橡膠或腈硅橡膠中任選一種，所述催化劑在正硅酸乙酯或二丁基二月桂酸錫中任選一種。

本發(fā)明的有益效果是：1）精度高，通過控制內(nèi)外殼之間的空間可以精確控制血管壁的厚度；2.質(zhì)量高，通過使用70℃-80℃熱水與微小固體顆粒連續(xù)流經(jīng)模具內(nèi)部起到打磨的作用；3.成品率高，工藝流程的每一步都可以精確控制，所以相比傳統(tǒng)方法有較高的成品率。

具體實施方式

本發(fā)明一種3D打印制造人造血管的方法，包括如下步驟：

1）、使用三維繪圖軟件建立血管模型，包括外模與內(nèi)核；或者使用圖像處理軟件獲取CT或MR影像中的真實血管的三維數(shù)據(jù)，再將獲得的三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入所述三維繪圖軟件進(jìn)行后處理，以導(dǎo)入的三維數(shù)據(jù)的血管的內(nèi)徑作為模型內(nèi)核的外徑，以導(dǎo)入的三維數(shù)據(jù)的血管的外徑作為模型外模的內(nèi)徑，建立血管模型；其中，所述三維繪圖軟件在UG、SolidWorks或CATIA中任選一種；所述圖像處理軟件為Mimics。

2）、使用三維繪圖軟件將建立好的血管模型轉(zhuǎn)換成3D打印機(jī)可以識別的STL格式。

3）、將3D打印機(jī)可識別的STL格式文件導(dǎo)入3D打印機(jī)中。

4）、使用3D打印機(jī)將血管模型打印出來形成血管模具；其中所述3D打印機(jī)打印所述外膜與內(nèi)核的材料為聚丙烯或聚醋酸乙烯或聚氯乙烯，打印精度為0.01mm~0.03mm，內(nèi)核與外模之間的填充材料為蠟；所述3D打印機(jī)的打印方式為MJP多噴頭打印方式或SLM選擇性激光熔化成型打印方式。

5）、將步驟4得到的血管模具放在70℃-80℃的烤箱中將蠟融化，然后使用70℃-80℃的熱水連續(xù)沖洗血管模具以去除殘余的蠟。

6）、拋光血管模具內(nèi)部，將70℃-80℃的熱水與微小固體顆粒混合劑通過加壓泵連續(xù)流經(jīng)模具內(nèi)部，起到光滑內(nèi)部作用；所述微小固體顆?；旌蟿┰诹⒎降痤w粒、人造金剛石顆粒、白剛玉顆粒、碳化硅顆?；蜓趸X顆粒中任選一種。

7）、脫氣，在500mmgh-600mmgh真空壓下進(jìn)行血管模具的脫氣，有氣泡從表面出現(xiàn)直至消失，脫氣的過程需要重復(fù)3~5次。

8）、脫氣完成后將硅橡膠與催化劑的混合液注入血管模具的內(nèi)核與外膜之間，將其靜置固定并固化24小時~48小時，保持室溫在20℃-25℃和濕度在45%-55%；其中，所述硅橡膠與催化劑的體積比為10:1；所述硅橡膠在苯撐和苯醚撐硅橡膠、二甲基硅橡膠、甲基乙烯基硅橡膠、甲基苯基乙烯基硅橡膠或腈硅橡膠中任選一種，所述催化劑在正硅酸乙酯或二丁基二月桂酸錫中任選一種。

9）、待硅橡膠與催化劑的混合液固化后形成硅膠層，將內(nèi)核與外膜破裂，取出硅膠層形成的人造血管。

下面通過具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述：

實施例一：

本實施例包括如下步驟：

1）、使用三維繪圖軟件SolidWorks建立血管模型，包括外模與內(nèi)核；

2）、使用三維繪圖軟件SolidWorks將步驟1建立的血管模型轉(zhuǎn)換成3D打印機(jī)可以識別的STL格式。

3）、將3D打印機(jī)可識別的STL格式文件導(dǎo)入3D打印機(jī)中。

4）、使用3D打印機(jī)將血管模型打印出來形成血管模具；其中所述3D打印機(jī)打印所述外膜與內(nèi)核的材料為聚丙烯，打印精度為0.01mm，內(nèi)核與外模之間的填充材料為蠟；所述3D打印機(jī)的打印方式為MJP多噴頭打印方式。

5）、將步驟4得到的血管模具放在70℃的烤箱中將蠟融化，然后使用70℃的熱水連續(xù)沖洗血管模具以去除殘余的蠟。

6）、拋光血管模具內(nèi)部，將70℃的熱水與微小固體顆?；旌蟿┩ㄟ^加壓泵連續(xù)流經(jīng)血管模具內(nèi)部，起到光滑內(nèi)部作用；所述微小固體顆?；旌蟿┎捎昧⒎降痤w粒。

7）、脫氣，在500mmgh真空壓下進(jìn)行血管模具的脫氣，有氣泡從表面出現(xiàn)直至消失，脫氣的過程需要重復(fù)3次。

8）、脫氣完成后將硅橡膠與催化劑的混合液注入血管模具的內(nèi)核與外膜之間，將其靜置固定并固化24小時，保持室溫在20℃和濕度在45%。其中，所述硅橡膠與催化劑的體積比為10:1；所述硅橡膠采用苯撐和苯醚撐硅橡膠，所述催化劑采用正硅酸乙酯。

9）、待硅橡膠與催化劑的混合液固化后形成硅膠層，將內(nèi)核與外膜破裂，取出硅膠層形成的人造血管。

本實施例的優(yōu)點(diǎn)是：1.精度高，通過控制外模與內(nèi)核之間的空間可以精確控制血管壁的厚度；2.血管表面粗糙度低，通過使用70℃熱水與微小固體顆粒連續(xù)流經(jīng)血管模具內(nèi)部起到打磨的作用；3.成品率高，工藝流程的每一步都可以精確控制，所以相比傳統(tǒng)方法有較高的成品率；4. 人造血管的耐高溫性優(yōu)良；5. 人造血管的防潮防霉耐水蒸氣性好；6. 人造血管的抗輻射性能與介電性能佳；7.血管彈性模量接近人體真實值。

實施例二：

本實施例包括如下步驟：

1）、使用圖像處理軟件Mimics獲取CT影像中的真實血管的三維數(shù)據(jù)，再將獲得的三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入所述三維繪圖軟件進(jìn)行后處理，以導(dǎo)入的三維數(shù)據(jù)的血管的內(nèi)徑作為模型內(nèi)核的外徑，以導(dǎo)入的三維數(shù)據(jù)的血管的外徑作為模型外模的內(nèi)徑，建立血管模型；其中，所述三維繪圖軟件在UG、SolidWorks或CATIA中任選一種；所述圖像處理軟件為Mimics。

2）、使用三維繪圖軟件將建立好的血管模型轉(zhuǎn)換成3D打印機(jī)可以識別的STL格式。

3）、將3D打印機(jī)可識別的格式文件導(dǎo)入3D打印機(jī)中。

4）、使用3D打印機(jī)將血管模型打印出來形成血管模具；其中所述3D打印機(jī)打印所述外膜與內(nèi)核的材料為聚醋酸乙烯，打印精度為0.03mm，內(nèi)核與外模之間的填充材料為蠟；所述3D打印機(jī)的打印方式為SLM選擇性激光熔化成型打印方式。

5）、將步驟4得到的血管模具放在75℃的烤箱中將蠟融化，然后使用75℃的熱水連續(xù)沖洗血管模具以去除殘余的蠟。

6）、拋光血管模具內(nèi)部，將80℃的熱水與微小固體顆?；旌蟿┩ㄟ^加壓泵連續(xù)流經(jīng)模具內(nèi)部，起到光滑內(nèi)部作用；所述微小固體顆粒混合劑為人造金剛石顆粒。

7）、脫氣，在600mmgh真空壓下進(jìn)行血管模具的脫氣，有氣泡從表面出現(xiàn)直至消失，脫氣的過程需要重復(fù)5次。

8）、脫氣完成后將硅橡膠與催化劑的混合液注入血管模具的內(nèi)核與外膜之間，將其靜置固定并固化36小時，保持室溫在25℃和濕度在55%；其中，所述硅橡膠與催化劑的體積比為10:1；所述硅橡膠采用甲基乙烯基硅橡膠，所述催化劑為二丁基二月桂酸錫。

9）、待硅橡膠與催化劑的混合液固化后形成硅膠層，將內(nèi)核與外膜破裂，取出硅膠層形成的人造血管。

本實施例的優(yōu)點(diǎn)是：1.精度高，通過控制內(nèi)外殼之間的空間可以精確控制血管壁的厚度；2.血管表面粗糙度低，通過使用80℃熱水與微小固體顆粒連續(xù)流經(jīng)血管模具內(nèi)部起到打磨的作用；3.成品率高，工藝流程的每一步都可以精確控制，所以相比傳統(tǒng)方法有較高的成品率；4.血管彈性模量接近人體真實值；5.人造血管的耐高溫與低溫性好；6. 人造血管的耐老化與耐臭氧性佳。

實施例三：

本實施例包括如下步驟：

1）、使用圖像處理軟件Mimics獲取MR影像中的真實血管的三維數(shù)據(jù)，再將獲得的三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入所述三維繪圖軟件UG進(jìn)行后處理，以導(dǎo)入的三維數(shù)據(jù)的血管的內(nèi)徑作為模型內(nèi)核的外徑，以導(dǎo)入的三維數(shù)據(jù)的血管的外徑作為模型外模的內(nèi)徑，建立血管模型。

2）、使用三維繪圖軟件UG將建立好的血管模型轉(zhuǎn)換成3D打印機(jī)可以識別的STL格式。

3）、將3D打印機(jī)可識別的STL格式文件導(dǎo)入3D打印機(jī)中。

4）、使用3D打印機(jī)將血管模型打印出來形成血管模具；其中所述3D打印機(jī)打印所述外膜與內(nèi)核的材料為聚氯乙烯，打印精度為0.02mm，內(nèi)核與外模之間的填充材料為蠟；所述3D打印機(jī)的打印方式為MJP多噴頭打印方式。

5）、將步驟4得到的血管模具放在80℃的烤箱中將蠟融化，然后使用80℃的熱水連續(xù)沖洗血管模具以去除殘余的蠟。

6）、拋光血管模具內(nèi)部，將75℃的熱水與微小固體顆?；旌蟿┩ㄟ^加壓泵連續(xù)流經(jīng)模具內(nèi)部，起到光滑內(nèi)部作用；所述微小固體顆?；旌蟿樘蓟桀w粒。

7）、脫氣，在550mmgh真空壓下進(jìn)行血管模具的脫氣，有氣泡從表面出現(xiàn)直至消失，脫氣的過程需要重復(fù)4次。

8）、脫氣完成后將硅橡膠與催化劑的混合液注入血管模具的內(nèi)核與外膜之間，將其靜置固定并固化48小時，保持室溫在23℃和濕度在50%；其中，所述硅橡膠與催化劑的體積比為10:1；所述硅橡膠采用腈硅橡膠，所述催化劑為正硅酸乙酯。

9）、待硅橡膠與催化劑的混合液固化后形成硅膠層，將內(nèi)核與外膜破裂，取出硅膠層形成的人造血管。

本實施例的優(yōu)點(diǎn)是：1.精度高，通過控制內(nèi)外殼之間的空間可以精確控制血管壁的厚度；2.血管表面粗糙度低，通過使用75℃熱水與微小固體顆粒連續(xù)流經(jīng)血管模具內(nèi)部起到打磨的作用；3.成品率高，工藝流程的每一步都可以精確控制，所以相比傳統(tǒng)方法有較高的成品率；4. 血管彈性模量接近人體真實值；5. 人造血管的耐油性好；6.人造血管的血管疲勞壽命長。