生物医用多孔镁骨组织工程支架制备方法技术

本发明专利技术公开一种生物医用多孔镁骨组织工程支架制备方法，包括：(1)用逆向工程及CAD技术以得到初始CAD模型；(2)用CAE分析软件对初始CAD模型优化；(3)对初始CAD模型修正以得到修正CAD模型；(4)用分层软件对修正CAD模型切片分层以得到轮廓数据；(5)将镁合金粉末与碳酸钙粉末混合以得到混合粉末；(6)激光快速成型机对混合粉末逐层熔化以得到骨组织工程支架；(7)对所有的骨组织工程支架降解速度实验，以筛出骨组织工程支架；激光逐层参数：扫描速度3‑4米每秒；功率30‑40瓦；扫描间距1‑1.5毫米；光斑直径0.3‑0.4毫米，以制备出梯度多孔结构、生物相容性好及降解速度可控的骨组织工程支架。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种骨组织工程支架制备方法，尤其涉及一种生物医用多孔镁骨组织工程支架制备方法。
技术介绍
由创伤、肿瘤、先天畸形等因素造成的大面积骨缺损是临床面临的难题，据统计，全世界每年实施的骨缺损修复手术超过220万例，我国每年骨缺损或骨损伤的患者约有350万，全国肢体不自由患者1500万人以上，其中由于缺乏重建手术和骨替代材料，导致300万人截肢。我国每年个体匹配骨骼的市场总额至少在五千万元以上，因此，骨组织工程应运而生。骨支架是骨组织工程的三要素之一，在骨修复过程中扮演了重要的角色。而对于骨支架材料的生物陶瓷及可降解聚合物来说，它们已被证实难以单独满足多孔骨支架的力学强度要求，近年来重点研究的生物陶瓷/高分子复合材料，改善了支架的初始强度，但降解过程中陶瓷与高分子存在相分离倾向，导致机械强度迅速丧失。而镁及其合金具备常规金属所缺乏的降解性，体内安全性高，通过调节孔隙率和孔径可满足不同部位骨缺损的强度要求，具有成为新型骨组织工程支架材料的潜力。但是，目前用于制造备多孔镁骨组织工程支架的制备方法所制造出来的多孔镁骨组织工程支架存在孔均匀布置、力学性能和生物相容性差及降触速度不可控的缺陷。因此，有必要提供一种生物医用多孔镁骨组织工程支架制备方法来克服上述的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种生物医用多孔镁骨组织工程支架制备方法，以制备出具有梯度多孔结构、力学性能及生物相容性良好及降解速度可控的骨组织工程支架。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：提供一种生物医用多孔镁骨组织工程支架制备方法，包括如下步骤：(1)根据骨缺损部位，采用逆向工程及CAD技术进行骨缺损部位外形相关性和梯度多孔结构仿生设计，以得到仿生的骨组织工程支架的初始CAD模型；(2)采用CAE分析软件对所述初始CAD模型进行有限元的力学分析及结构优化，以得到优化信息；(3)根据所述优化信息，采用所述CAD技术对所述初始CAD模型进行修正，以得到多组的骨组织工程支架的修正CAD模型；(4)采用分层软件对所述修正CAD模型进行层厚为0.05-0.06毫米切片分层，以得到各截面的轮廓数据，并将该轮廓数据传到激光快速成型机处；(5)将镁合金粉末与碳酸钙粉末按照质量比为1：0.25-1：0.30进行混合，以得到混合粉末，并将混合粉末置于激光快速成型机的料槽中；(6)激光快速成型机根据所述轮廓数据选择性地对所述料槽中的混合粉末进行层厚为0.05-0.06毫米的逐层熔化凝固堆积，以得到相应数量的骨组织工程支架；以及(7)对所有的骨组织工程支架进行降解速度实验，以筛选出生物相容性及降解速度较好的骨组织工程支架；其中，激光逐层融化参数为：扫描速度为3-4米每秒；激光功率为30-40瓦；扫描间距为1-1.5毫米；光斑直径为0.3-0.4毫米。较佳地，在步骤(5)中，采用球磨机对镁合金粉末及碳酸钙粉末进行3-3.5小时混合球磨，使镁合金粉末与碳酸钙粉末均匀混合以得到所述混合粉末；其中，所述球磨机的球磨参数为：筒体转速为20转每分钟；给料粒度为20毫米；出料粒度为0.08毫米，电机功率为280千瓦。较佳地，在步骤(3)中，采用CAD技术对所述初始CAD模型进行修正，以得到3-5组的骨组织工程支架的修正CAD模型。较佳地，在步骤(7)中，对所有的骨组织工程支架进行降解速度实验，以筛选出1-2组的生物相容性及降解速度较佳的骨组织工程支架。较佳地，在步骤(3)中，所述修改CAD模型还被转化为所述分层软件可读取的STL格式文件。较佳地，在步骤(4)中，打开所述分层软件，将所述STL格式文件导入于所述分层软件中，由所述分层软件对所述修改CAD模型进行切片分层。较佳地，在步骤(6)中，一层烧结完成后，所述料槽下降一个层厚的高度，开始下一层粉末的烧结，往复循环，直到制备出所述骨组织工程支架。与现有技术相比，本专利技术的生物医用多孔镁骨组织工程支架制备方法综合利用逆向工程、CAD技术、CAE分析软件及激光选区熔化成形技术，使激光快速成型机以激扫描速度为3-4米每秒、激光功率为30-40瓦、扫描间距为1-1.5毫米及光斑直径为0.3-0.4毫米对由镁合金粉末和碳酸钙粉末按照质量比为1：0.25-1：0.30进行混合得到的混合粉末进行层厚为0.05-0.06毫米的逐层熔化凝固堆积，从而制备出相应数的具有梯度多孔结构、力学性能及生物相容性良好及降解速度可控的镁基材料的骨组织工程支架。附图说明图1是本专利技术的生物医用多孔镁骨组织工程支架制备方法的流程图。具体实施方式现在参考附图描述本专利技术的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。请参阅图1，本专利技术的生物医用多孔镁骨组织工程支架制备方法包括如下步骤：S001、根据不同骨缺损部位，采用逆向工程及CAD(Computer Aided Design)技术进行骨缺损部位外形相关性和梯度多孔结构仿生设计，以得到仿生的骨组织工程支架的初始CAD模型；具体地，由计算机执行逆向工程及CAD技术对骨缺损部位的仿生设计，并由计算机上的三维设计软件(如Solidworks、pro/e
或UG等)根据仿生设计结果去设计以得到初始CAD模型；同时，三维设计软件还需将初始CAD模型转化为国际通用的GKS、IGES、PDES或STEP格式文件；举例而言，上述的骨缺损部位的来源靠X光、CT或B超等设备进行采集。S002、采用CAE(Computer Aided Engineering)分析软件对初始CAD模型进行有限元的力学分析及结构优化，以得到优化信息；具体地，在CAE分析软件对CAD模型进行处理处，需先将GKS、IGES、PDES或STEP格式文件导入CAE分析软件中，由CAE分析软件对初始CAD模型进行有限元的力学分析及结构优化；举例而言，CAE软件有Hyperworks、I-DEAS或Solidworks等。S003、根据优化信息，采用CAD技术对初始CAD模型进行修正，以得到多组的骨组织工程支架的修正CAD模型；具体地，骨组织工程支架的修正CAD模型选择为3组、4组或5组，但不以此为限。更具体地，修改正CAD模型是由三维设计软件所修正，再由三维设计软件将修正CAD模型转化为分层软件可读取的STL格式文件；可理解的是，由于修正CAD模型为多组，相应地，STL格式文件的数量与修正CAD模型的数量一致。S004、采用分层软件对修正CAD模型进行层厚为0.05-0.06毫米(例如0.05、0.055或0.06)切片分层，以得到各截面的轮廓数据，并将该轮廓数据传到激光快速成型机处；具体地，在步骤S004中，先打开分层软件，如RPData软件，将各个STL格式文件导入于分层软件中，由分层软件对所有的修改CAD模型进行切片分层，以得到与修正CAD模型数量一致的轮廓数据，即是说，每个修正CAD模型对应一个轮廓数据。S005、将镁合金粉末与碳酸钙粉末按照质量比为1：0.25-1：0.30进行混合，以得到混合粉末，并将混合粉末置于激光快速成型机的料槽中；具体地，在一实施例中，镁合金粉末与碳酸钙粉末按照质量比为1：0.25进行混合；在另一实施例中，镁合金粉末与碳酸钙粉末按照质量比为1：0.30进行混合，以使得镁合金粉末所占纯度范围为76.92-80％，为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物医用多孔镁骨组织工程支架制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据骨缺损部位，采用逆向工程及CAD技术进行骨缺损部位外形相关性和梯度多孔结构仿生设计，以得到仿生的骨组织工程支架的初始CAD模型；(2)采用CAE分析软件对所述初始CAD模型进行有限元的力学分析及结构优化，以得到优化信息；(3)根据所述优化信息，采用所述CAD技术对所述初始CAD模型进行修正，以得到多组的骨组织工程支架的修正CAD模型；(4)采用分层软件对所述修正CAD模型进行层厚为0.05‑0.06毫米切片分层，以得到各截面的轮廓数据，并将该轮廓数据传到激光快速成型机处；(5)将镁合金粉末与碳酸钙粉末按照质量比为1：0.25‑1：0.30进行混合，以得到混合粉末，并将混合粉末置于激光快速成型机的料槽中；(6)激光快速成型机根据所述轮廓数据选择性地对所述料槽中的混合粉末进行层厚为0.05‑0.06毫米的逐层熔化凝固堆积，以得到相应数量的骨组织工程支架；以及(7)对所有的骨组织工程支架进行降解速度实验，以筛选出生物相容性及降解速度较好的骨组织工程支架；其中，激光逐层融化参数为：扫描速度为3‑4米每秒；激光功率为30‑40瓦；扫描间距为1‑1.5毫米；光斑直径为0.3‑0.4毫米。...

【技术特征摘要】
1.一种生物医用多孔镁骨组织工程支架制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据骨缺损部位，采用逆向工程及CAD技术进行骨缺损部位外形相关性和梯度多孔结构仿生设计，以得到仿生的骨组织工程支架的初始CAD模型；(2)采用CAE分析软件对所述初始CAD模型进行有限元的力学分析及结构优化，以得到优化信息；(3)根据所述优化信息，采用所述CAD技术对所述初始CAD模型进行修正，以得到多组的骨组织工程支架的修正CAD模型；(4)采用分层软件对所述修正CAD模型进行层厚为0.05-0.06毫米切片分层，以得到各截面的轮廓数据，并将该轮廓数据传到激光快速成型机处；(5)将镁合金粉末与碳酸钙粉末按照质量比为1：0.25-1：0.30进行混合，以得到混合粉末，并将混合粉末置于激光快速成型机的料槽中；(6)激光快速成型机根据所述轮廓数据选择性地对所述料槽中的混合粉末进行层厚为0.05-0.06毫米的逐层熔化凝固堆积，以得到相应数量的骨组织工程支架；以及(7)对所有的骨组织工程支架进行降解速度实验，以筛选出生物相容性及降解速度较好的骨组织工程支架；其中，激光逐层融化参数为：扫描速度为3-4米每秒；激光功率为30-40瓦；扫描间距为1-1.5毫米；光斑直径为0.3-0.4毫米。2.如权利要求1所述的生物医用多孔镁骨组织工程支架制备方法，其特征在于，在步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈盛贵，李楠，四库，孙振忠，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44