本發(fā)明涉及生物材料和生物制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于鹽模具的高孔隙化生物支架的間接3d打印方法。

背景技術(shù)：

組織工程是近30年來隨著細(xì)胞生物學(xué)、生物材料學(xué)和機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的一門新型交叉學(xué)科。在組織工程中，制造生物可降解支架為細(xì)胞生長分化、輸送營養(yǎng)等是重要的研究內(nèi)容。為了控制生物支架的宏觀外形和內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，3d打印是目前最常用的制造技術(shù)手段。目前的主要3d打印方法主要包括光固化成型、熔融沉積、選區(qū)激光燒結(jié)、細(xì)胞打印等。這種方法可以根據(jù)設(shè)計(jì)的模型制造具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生物支架，且成型效率高，但是不同工藝在孔隙結(jié)構(gòu)、支架材料的選擇、成型質(zhì)量、支撐去除、生產(chǎn)成本等方面不能同時(shí)兼顧。

利用3d打印+陶瓷燒結(jié)的方法，在硬組織骨支架方面的應(yīng)用得到較好的發(fā)展，先用3d打印的方式做出樹脂模型負(fù)型后，再用灌注的方法將生物陶瓷漿料填充于負(fù)型樹脂模型周圍，待固化后，利用高溫?zé)Y(jié)的方法去除樹脂模型負(fù)型，得到生物陶瓷支架；這種方法在硬組織骨支架的成型方面有較好的應(yīng)用，但對于軟組織高孔隙化生物支架的制備，傳統(tǒng)的3d打印、骨支架陶瓷燒結(jié)在結(jié)構(gòu)、工藝和材料性能方面都無法滿足其成型要求，對于低溫高分子生物材料支架的制備沒有較好的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于鹽模具的高孔隙化生物支架的間接3d打印方法，使用可溶性鹽作為模具材料，在生物支架澆鑄成型后，可以通過水洗的方式脫模，采用本發(fā)明所述的加工方法可以實(shí)現(xiàn)支架的高孔隙化成型、具有較好的機(jī)械強(qiáng)度、對人體無毒無害、同時(shí)降低制造成本。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于鹽模具的高孔隙化生物支架的間接3d打印方法，包括以下步驟：

1)光固化成型：在計(jì)算機(jī)軟件中設(shè)計(jì)高孔隙支架模型，以stl格式導(dǎo)出到光固化3d打印機(jī)上逐層打印光敏樹脂支架；

2)造粒：以可溶性性鹽為基本原料，以研磨的方式將可溶性性鹽的粒徑磨至0.2-100μm，得到可溶性鹽顆粒；

3)擠壓成型：將步驟1)得到的光敏樹脂支架放入固定容器中，用步驟2)得到的可溶性鹽顆粒填充于光敏樹脂支架周圍直至將其全部包埋覆蓋，然后向固定容器中滲入水，使可溶性鹽顆粒表面溶解，同時(shí)使用振動(dòng)儀振動(dòng)固定容器并將可溶性鹽顆粒擠壓密實(shí)，抽真空排出可溶性鹽顆粒間的空氣，隨后將盛放有光敏樹脂支架和可溶性鹽顆粒的固定容器放入干燥箱進(jìn)行干燥處理，使得表面溶解后的可溶性鹽顆粒粘接在一起后形成可溶性鹽塊，去除固定容器，得到可溶性鹽塊和光敏樹脂支架的第一復(fù)合體；

4)燒結(jié)：將步驟3)得到的第一復(fù)合體放入高溫爐中，并在第一復(fù)合體下墊陶瓷片作為承燒板，然后升溫，以1～5℃/min的升溫速率由室溫升溫至100℃，接著以0.5～5℃/min的升溫速率由100℃升溫至250～400℃，保溫時(shí)間為30～240min；然后以1～5℃/min的升溫速率由300℃升溫至燒成溫度700℃～800℃，燒成時(shí)間為180～300min，使得第一復(fù)合體中的光敏樹脂支架充分燃燒氣化；

5)出爐：將步驟4)燒成后的產(chǎn)品隨爐冷卻至200℃以下取出，自然冷卻至室溫即得到高孔隙光敏樹脂支架的鹽模具；

6)注模：將步驟5)得到的鹽模具用生物硅膠包裹，再用金屬夾具固定鹽模具與生物硅膠，在金屬夾具中加入高分子生物材料，加熱器連接至金屬夾具，將高分子生物材料加熱至熔化狀態(tài)，在金屬夾具上端抽真空排出空氣，下端由活塞擠壓熔化后的高分子生物材料注入鹽模具中，待高分子生物材料充滿鹽模具內(nèi)的孔隙后，取出鹽模具和高分子生物材料的第二復(fù)合體，冷卻至室溫；

7)脫模：將步驟6)得到的第二復(fù)合體放入水中水洗，將可溶性鹽模具完全溶解后，即得到和光敏樹脂支架完全一致的高孔隙率生物支架。

本發(fā)明的有益效果為：

使用可溶性鹽作為模具材料，將光固化成型的樹脂模型用細(xì)小的可溶性鹽粒包埋起來，通過在鹽中滲入水、振動(dòng)、擠壓以及抽真空的方法鹽粒包埋的孔隙率，通過干燥、高溫?zé)Y(jié)數(shù)小時(shí)的方法除去模具中的水分和光敏樹脂，注入模具的生物材料完全固化后可以通過水洗脫模，從而得到高孔隙生物支架。與現(xiàn)有的生物支架制造方法相比，本發(fā)明具有材料適用范圍廣、可制造高孔隙率支架、成型支架質(zhì)量好、機(jī)械強(qiáng)度高、可快速脫模、模具對支架無毒無害、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的鹽模具制造示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的生物材料澆鑄示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例得到的生物支架模型。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)一步說明。

一種基于鹽模具的高孔隙化生物支架的間接3d打印方法，包括以下步驟：

1)光固化成型:在計(jì)算機(jī)軟件中設(shè)計(jì)高孔隙支架模型，以stl格式導(dǎo)出到光固化3d打印機(jī)上逐層打印光敏樹脂支架1；

2)造粒：以可溶性性鹽為基本原料，本實(shí)例使用純凈的氯化鈉，以研磨的方式將氯化鈉的粒徑磨至80μm，得到可溶性鹽顆粒2；

3)擠壓成型：參照圖1，將步驟1)得到的光敏樹脂支架1放入固定容器3中，用步驟2)得到的可溶性鹽顆粒2填充于光敏樹脂支架1周圍直至將其全部包埋覆蓋，然后向固定容器3中滲入水，使可溶性鹽顆粒2表面溶解，同時(shí)使用振動(dòng)儀振動(dòng)固定容器3并將可溶性鹽顆粒2擠壓密實(shí)，抽真空排出可溶性鹽顆粒2間的空氣，隨后將盛放有光敏樹脂支架1和可溶性鹽顆粒2的固定容器3放入50℃干燥箱6小時(shí)進(jìn)行干燥處理，使得表面溶解后的可溶性鹽顆粒2粘接在一起后形成可溶性鹽塊，去除固定容器3，得到可溶性鹽塊和光敏樹脂支架1的第一復(fù)合體；

4)燒結(jié)：將步驟3)得到的第一復(fù)合體放入高溫爐中，并在第一復(fù)合體下墊陶瓷片作為承燒板，然后開始升溫，以2℃/min的升溫速率由室溫升溫至100℃，接著以1℃/min的升溫速率由100℃升溫至300℃，保溫時(shí)間為180min；然后以1.5℃/min的升溫速率由300℃升溫至燒成溫度750℃，燒成時(shí)間為240min，使得第一復(fù)合體中的光敏樹脂支架1充分燃燒氣化；

5)出爐：將步驟4)燒成后的產(chǎn)品隨爐冷卻至200℃以下取出，自然冷卻至室溫即得到高孔隙光敏樹脂支架的鹽模具5；

6)注模：參照圖2，將步驟5)得到的鹽模具5用生物硅膠6包裹，再用金屬夾具4固定鹽模具5與生物硅膠6，在金屬夾具4中加入高分子生物活性材料7，加熱器9連接金屬夾具4，將生物活性材料7加熱至60℃以上呈熔化狀態(tài)，在金屬夾具4上端抽真空排出空氣，下端由活塞8擠壓熔化后的高分子生物材料7注入鹽模具5中，待高分子生物材充滿鹽模具5內(nèi)的孔隙后，取出鹽模具5和高分子生物材料的第二復(fù)合體，冷卻至室溫，本實(shí)例使用的高分子生物材料7為聚己內(nèi)酯pcl；

7)脫模：將步驟6)得到的鹽模具5和高分子生物材料7的第二復(fù)合體放入水中水洗，將可溶性鹽模具5完全溶解后，即得到和光敏樹脂支架1完全一致的高孔隙率生物支架，如圖3所示。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種基于鹽模具的高孔隙化生物支架的間接3D打印方法，先在計(jì)算機(jī)中將設(shè)計(jì)的高孔隙支架模型以STL格式在光固化3D打印機(jī)上逐層打印出光敏樹脂模型，再將樹脂模型放入固定容器中用細(xì)小的可溶性鹽粒包埋起來，通過在鹽中滲入水、振動(dòng)、擠壓以及抽真空的方法減少鹽模具的孔隙率，再將整個(gè)模具放入干燥箱中干燥除去水分，干燥后的模具置于高溫爐中燒結(jié)數(shù)小時(shí)除去模具中的光敏樹脂，再將熔化的生物材料注入模具填充被燒除的部分，待生物支架完全固化后將模具放入水中水洗脫模，得到高孔隙生物支架；本發(fā)明具有材料適用范圍廣、可制造高孔隙率支架、成型支架表面質(zhì)量好、機(jī)械強(qiáng)度高、可快速脫模、模具對支架無毒無害、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：賀健康;仝站國;李滌塵;王豐平;蔡智豪;孟子捷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.20
技術(shù)公布日：2017.11.07