專利名稱：二維排列的碳纖維/聚合物立體骨組織工程支架模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于制備立體骨組織工程支架的模具領(lǐng)域，特別涉及一種二維排列的碳纖維/聚合物立體骨組織工程支架模具。
背景技術(shù)：
骨缺損的修復(fù)是修復(fù)重建外科的一個(gè)重要課題。合成具有一定強(qiáng)度和生物相容性的材料并將其植入缺損處作為骨組織再生的支架，從而促進(jìn)該處骨組織的修復(fù)是一個(gè)重要的解決方案。目前使用的碳纖維/聚合物骨組織工程支架多數(shù)屬于碳纖維短纖簡(jiǎn)單混合在聚合物溶液中，未曾考慮纖維的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于其性能的影響。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種二維排列的碳纖維/聚合物立體骨組織工程支架模具，該模具著重于纖維排布方式的設(shè)計(jì)，以改善碳纖維/聚合物支架材料的力學(xué)性能，特別是抗壓性能和拉伸性能。本實(shí)用新型的一種二維排列的碳纖維/聚合物立體骨組織工程支架模具，包括無蓋外盒和回型板，其中回型板包括水平纖維板和豎直固定板，水平纖維板和豎直固定板均在無蓋外盒的內(nèi)部，所述的水平纖維板的中心部分有一方形孔，且水平纖維板的四周有第一槽口 ；所述的豎直固定板通過四周開有的第二槽口與水平纖維板四周的第一槽口相嵌合固定。所述的無蓋外盒采用的材料可以是形變量小的木板也可以是尺寸穩(wěn)定性較好的膠片。所述的各層水平纖維板間的間距一致。所述的水平纖維板為木板片或膠片。所述的豎直固定板為木板片或膠片。所述的模具為2cmX2cmX2cm的立體支架模具，其中水平纖維板中心部分的方形孔的尺寸為IcmX lcm。所述的豎直固定板高2.0cm,長(zhǎng)5mm ;所述的豎直固定板的第二槽口寬0.60mm,深
2.5mm,第二槽口間的間距為1.40_。所述的水平纖維板的第一槽口寬0.60mm，深2.5mm，第一槽口距離水平纖維板的邊緣 2.20mm。本實(shí)用新型的無蓋外盒可以用硬度大的金屬來做，也可以用操作起來很方便的薄木板做，包含但不限于這兩種材料；無蓋外盒的大小要和組裝好的木板的大小相適應(yīng)，能裝下木板模具即可。本實(shí)用新型的方型板可以用薄木板片，也可以用膠片制作，并不僅限于這幾種材料；方型板分為兩種剪裁模式:水平纖維板和豎直固定板，分別起搭載纖維和固定的作用。本實(shí)用新型的水平纖維板中心位置需要挖去方形的部分，這部分被挖掉的部分的大小根據(jù)要求制定的支架的尺寸進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)搭載的碳纖維的數(shù)量；碳纖維可以以任意方向(水平、豎直、斜45 °方向，包含但不限于這幾種情況)排列在上面。本實(shí)用新型的水平纖維板和豎直固定板四周有開槽口，尺寸和位置需要根據(jù)具體的支架的大小調(diào)整，通過槽口之間的嵌合可以固定木板的位置，要保持水平纖維板間的間距一致，從而固定纖維的排列方式。本實(shí)用新型的回型板(水平纖維板和豎直固定板)四周要有一定的開槽,用于不同方向的木板相互嵌合固定；固定好后，放入無蓋外盒中，澆鑄聚合物溶液，如此，借助回型板，就可以將設(shè)計(jì)好排列方式的碳纖維固定在聚合物中；用本實(shí)用新型的模具制作出來的支架，每一層平面上的碳纖維都是有序排列的，而且這種排列可以是與木板邊緣平行的，橫縱交錯(cuò)的，也可以與木板邊緣成一定角度排列，包含但不僅限于這幾種形式。本實(shí)用新型的二維編織的碳纖維/聚合物立體的骨組織工程用支架是在碳纖維短纖和聚合物簡(jiǎn)單混合的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。初期采用紙框搭載碳纖維，但是由于紙框易于被液體浸潤(rùn)，而且浸潤(rùn)以后的尺寸穩(wěn)定性不好，同時(shí)我們采用的是纖維框和聚合物溶液交替地放在和澆注在金屬盒中的方式，為避免重力影響將倆片紙片擠壓在一起，因此我們?cè)撚觅|(zhì)輕且穩(wěn)定性綜合表現(xiàn)較好的木板，且在豎直方向增加了固定板。以一個(gè)2cmX 2cmX 2cm的立體支架為例，在木板中心挖一個(gè)IcmX Icm的方形孔，因?yàn)槲覀冏詈笾恍枰虚g排列好的纖維結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可以是平行的，和邊緣呈一定角度，包含但不限于這幾種形式。木板只起到中間過程搭載的作用，最后裁掉四周有木板的部分，只保留中間纖維規(guī)則排列的部分即可。澆筑按照孔隙率計(jì)算后配置的聚合物/氯化鈉溶液，待溶劑揮發(fā)后，多次洗滌，干燥，抽真空，支架材料硬化后，最后將四周多余的木板裁掉，就能得到碳纖維層層鋪設(shè)的聚合物支架。本實(shí)用新型的模具制備的組織工程支架可以實(shí)現(xiàn)碳纖維在二維平面上的有序排列，這些碳纖維的平面板層層堆疊形成立體的組織工程支架。本模具在短纖與聚合物簡(jiǎn)單混合的基礎(chǔ)上，將纖維排列成二維有序的平面網(wǎng)狀，用豎直方向上的木板實(shí)現(xiàn)對(duì)他們的固定，再澆鑄聚合物溶液，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)像碳纖維一類的脆性纖維的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在不影響其生物性能前提下，利用這種模具得到的骨組織工程支架，其力學(xué)性能會(huì)有所改善。碳纖維可以進(jìn)行以任意方向排列在中間開孔的回形木板上，固定，澆鑄配置好的聚合物溶液，放入無蓋金屬盒或木盒中，基于溶液澆鑄/粒子浙濾的原理，最終可獲得內(nèi)部纖維有序排列的聚合物支架。與單純的短纖混合相比，這樣有序排列的碳纖維結(jié)構(gòu)有利于力學(xué)性能的提升，特別是垂直于搭載著纖維的木板平面的承載力。與傳統(tǒng)的纖維和聚合物簡(jiǎn)單混合相比，利用這樣的模具，可以讓纖維按照我們預(yù)想的方式進(jìn)行排列，基于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理，這樣有序排列的碳纖維要比僅僅簡(jiǎn)單混合的纖維的增強(qiáng)方式效果更加顯著，使整個(gè)支架的抗沖擊性能和拉伸性能得到提高。同時(shí)，這樣的模具不僅適用于碳纖維一類的脆性纖維，對(duì)近年來的某些新材料也同樣適用，如，玻璃纖維，芳綸纖維等纖維。有益效果:(I)本實(shí)用新型的模具制作方便，尺寸穩(wěn)定性較好，可普遍應(yīng)用于碳纖維/聚合物骨組織工程支架的制備；[0023](2)本實(shí)用新型的模具可以通過對(duì)碳纖維排布方式的設(shè)計(jì)來改善支架的抗壓性能和拉伸性能。

圖1為碳纖維/聚合物立體骨組織工程支架模具示意圖(不包括無蓋外盒);圖2為碳纖維/聚合物立體骨組織工程支架模具三視圖，其中a為俯視圖，b為左視圖，c為主視圖(主視圖部分半剖)；圖3為碳纖維排列的方式舉例，其中a為碳纖維水平排列，b為碳纖維斜45°方向排列；包含但不限于這兩種排列方式；圖4為豎直固定板的示意圖；圖5為水平纖維板的示意圖；圖6為無蓋外盒的示意圖；其中1-無蓋外盒,2-水平纖維板,3-豎直固定板,4-方形孔,5-第一槽口，6-第二槽口，7-碳纖維，8-聚合物填料層。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1以做一個(gè)2cmX2cmX2cm的立體支架模具為例，其中水平纖維板2中心部分的方形孔4的尺寸為IcmX Icm ；所述的水平纖維板2的第一槽口 5寬0.60mm,深2.5mm,第一槽口 5距離水平纖維板2的邊緣2.20mm ；所述的豎直固定板3高2.0cm,長(zhǎng)5mm ;所述的豎直固定板3的第二槽口 6寬
0.6Ctam,深2.5謹(jǐn),第二槽口 6間的間距為1.4Ctam。按照上述尺寸剪裁合適大小的薄木板，并在其上開適當(dāng)大小的槽口備用；將碳纖維7 (通常從纖維束中收取幾個(gè)單絲)成網(wǎng)格狀的排列在水平搭載纖維的木板上，用雙面膠固定即可；將搭載好纖維的水平纖維板(2)插入豎直固定板(3)中，組裝起來，放入金屬的無蓋外盒(I)中用事先配置好的聚合物溶液澆鑄；澆筑之后的操作基本上遵循著溶液澆筑/粒子浙濾法的步驟，需要注意的是，本實(shí)用新型采用木板為纖維搭載的媒介，在最終的支架中是沒有的，因此，在真空干燥結(jié)束后將邊緣多余的木板剪裁掉。
權(quán)利要求1.一種二維排列的碳纖維/聚合物立體骨組織工程支架模具，包括無蓋外盒(I)和方型板，其中方型板包括水平纖維板(2)和豎直固定板(3)，水平纖維板(2)和豎直固定板(3)均在無蓋外盒(I)的內(nèi)部，其特征在于:所述的水平纖維板(2)的中心部分有一方形孔(4)，且水平纖維板(2)的四周有第一槽口(5);所述的豎直固定板(3)通過四周開有的第二槽口(6)與水平纖維板(2)四周的第一槽口(5)相嵌合固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維排列的碳纖維/聚合物立體骨組織工程支架模具，其特征在于:所述的無蓋外盒(I)采用的材料為木板或膠片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維排列的碳纖維/聚合物立體骨組織工程支架模具，其特征在于:所述的水平纖維板(2)間的間距一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維排列的碳纖維/聚合物立體骨組織工程支架模具，其特征在于:所述的水平纖維板(2)為木板片或膠片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維排列的碳纖維/聚合物立體骨組織工程支架模具，其特征在于:所述的豎直固定板(3)為木板片或膠片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維排列的碳纖維/聚合物立體骨組織工程支架模具，其特征在于:所述的模具為正方體支架模具。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種二維排列的碳纖維/聚合物立體骨組織工程支架模具，包括無蓋外盒和方形板，其中方型板包括水平纖維板和豎直固定板，水平纖維板和豎直固定板均在無蓋外盒的內(nèi)部，所述的水平纖維板的中心部分有一方形孔，構(gòu)成一“回”字型板，且水平纖維板的四周有第一槽口；所述的豎直固定板通過四周開有的第二槽口與水平纖維板四周的第一槽口相嵌合固定。本實(shí)用新型的模具制作方便，尺寸穩(wěn)定性較好，可普遍應(yīng)用于碳纖維/聚合物骨組織工程支架的制備；本實(shí)用新型的模具可以通過對(duì)碳纖維排布方式的設(shè)計(jì)來改善支架的抗壓性能和拉伸性能。
文檔編號(hào)B29C70/54GK202965222SQ20122066148
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者吳琪琳, 史燕妮, 張銘遠(yuǎn), 李麗, 沈世敏 申請(qǐng)人:東華大學(xué)