本發明專利技術公開了一種生物陶瓷表面涂覆活性有機物植入體的制備方法，屬于醫工結合領域，采用所述制備方法得到的植入物支架既保留了陶瓷材料優異的力學性能，表面涂層又能有效改善植入物的生物活性。本發明專利技術包括以下步驟：利用3D打印的方式制備陶瓷坯體，利用陶瓷坯體表面未固化的陶瓷漿料，在表面粘附能夠誘導組織生長的材料，然后在紫外光下進行二次固化，得到帶有涂層的支架坯體，支架坯體經過脫脂和燒結，最終得到具有機械強度的陶瓷支架，而后將提前預制好的生物活性材料涂覆在支架表面，使用紫外光進行固化，最終得到具有多孔結構的醫學植入物支架。學植入物支架。學植入物支架。
【技術實現步驟摘要】
一種生物陶瓷表面涂覆活性有機物植入體的制備方法
[0001]本專利技術屬于醫工結合領域，具體涉及一種生物陶瓷表面涂覆活性有機物植入體的制備方法。
技術背景
[0002]近年來，3D打印技術發展勢頭迅猛，在各行各業都能看到它的身影。將3D 打印技術應用于骨修復，可以規避傳統骨移植存在的一些弊端，并帶來一系列可以用作骨缺損修復的材料。例如金屬材料、生物陶瓷材料、高分子材料、復合材料等等。這些材料利用3D打印技術可以實現個性化定制，能夠很好的匹配生物骨的形態。另外利用3D打印技術可以實現復雜多孔結構的生產，如多孔結構，這有利于養分的運輸和細胞組織的生長，對骨修復具有重要意義。
[0003]雖然這些材料能夠達到作為骨缺損修復某些方面的要求，在其他方面卻存在缺陷。金屬材料有著卓越的力學性能，能夠承擔較大的力，但作為植入物其生物相容性較差，長期處于人體體液環境會出現腐蝕，金屬離子析出等問題，對人體造成損害。另外金屬彈性模量無法與人骨相匹配，容易導致應力屏蔽，造成植入物松動。在高分子材料中應用較為廣泛的PLA(聚乳酸)，GelMA(甲基丙烯酸酰化水凝膠)，HA(殼聚糖)，透明質酸等具有良好的生物降解性能。遺憾的是，過快的降解速率、較低的強度限制了它的在骨骼修復領域的使用。
[0004]生物陶瓷是一種常用的結構陶瓷，力學性能優良，具有耐磨性和化學穩定性，目前常用的生物陶瓷有氧化鋯，硅酸鈣，磷酸三鈣，羥基磷灰石，因為具有良好的生物相容性，在生物學和醫學上廣泛應用。然而，相較于有機物的植入物，生物陶瓷的生物活性相對較低。而具有良好生物活性的有機物植入物材料往往可以實現細胞生長入有機物中，在骨植入的過程中，有機物可以模擬軟骨組織，從結構上實現仿生骨。
[0005]此外，相較于傳統的制造方法，3D打印技術有著生產快速，個性化定制的優點；光固化成型技術是目前最為常見的陶瓷3D打印技術。通過計算機繪制三維模型實現復雜結構的設計，并且針對生物植入物內部所需的多孔結構也可以實現孔隙大小和孔隙率的設計。復雜的多孔結構可以滿足組織的再生。該技術將光敏樹脂和陶瓷粉體進行混合，利用在特定光波下固化的特性，實現打印復雜的多孔結構，經過后續的脫脂和燒結得到具有機械強度的支架。
技術實現思路
[0006]本專利技術提出了一種生物陶瓷表面涂覆活性有機物植入體的制備方法，采用所述制備方法得到的植入物支架既保留了陶瓷材料優異的力學性能，表面涂層又能有效改善植入物的生物活性。
[0007]為實現以上目的，本專利技術采用以下技術方案：
[0008]一種生物陶瓷表面涂覆活性有機物植入體的制備方法，包括以下步驟：利用 3D打印的方式制備陶瓷坯體，利用陶瓷坯體表面未固化的陶瓷漿料，在表面粘附能夠誘導組織
生長的材料，然后在紫外光下進行二次固化，得到帶有涂層的支架坯體，支架坯體經過脫脂和燒結，最終得到具有機械強度的陶瓷支架，而后將提前預制好的生物活性材料涂覆在支架表面，使用紫外光進行固化，最終得到具有多孔結構的醫學植入物支架。
[0009]以上所述方法具體包括以下步驟：
[0010]步驟1、建模：使用三維軟件繪制多孔支架的三維模型，保存的格式為.STL；
[0011]步驟2、漿料制備：將光敏樹脂、生物活性陶瓷、分散劑進行混合，瓷粉末和樹脂的質量比為(1～4)：1，分散劑的質量為漿料總質量的1～3％，攪拌速率為1000
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1200rpm下真空攪拌30分鐘至均勻；
[0012]步驟3、坯體制備：將步驟1得到的STL格式文件導入到DLP光固化打印機，加入步驟2中得到的漿料，制備多孔陶瓷支架坯體；
[0013]步驟4、表面材料粘附：將步驟3中得到的陶瓷坯體支架放入到粘附涂層材料的粉末進行攪拌至陶瓷坯體支架表面粘附均勻，然后進行二次光固化；
[0014]步驟5、脫脂燒結：將步驟4中得到的陶瓷支架進行加熱脫脂燒結，爐冷到室溫；
[0015]步驟6、表面涂層材料制備：將需要涂層的材料溶解到磷酸鹽緩沖溶液中，加熱至70
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90℃充分溶解材料，然后加入光引發劑，最終冷卻到室溫得到所需的涂覆層材料；
[0016]步驟7、表面涂層材料的粘附：將步驟5得到的陶瓷支架放入到步驟6制備好的表面涂層材料溶液中，浸泡5分鐘后取出，將其曝光固化，根據需要可多次重復浸泡固化，即可得到所述植入體。
[0017]以上所述步驟中，步驟2中所述生物活性陶瓷為硅酸鈣、氧化鋯、磷酸三鈣、羥基磷灰石、磷酸鈣中的至少一種，根據實際需求使進行組合；所述生物活性陶瓷粉體的粒徑大小為50nm
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200μm；所述光敏樹脂為丙烯酸酯，反應的波長為 405nm；所述分散劑為聚丙烯酸鈉；
[0018]步驟3中DLP光固化打印的層厚為20
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100μm，曝光時間為5
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20s；
[0019]步驟4中所述粘附涂層材料包括氧化鎂、氧化鋅、氧化銅、二氧化硅、磷酸鍶、氯化鋰、氧化錳、羥基磷灰石中的至少一種；所述粘附涂層粉末的粒徑大小為10nm
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10000nm；所述二次光固化曝光時間為30
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300s，光源波長為350
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450nm；
[0020]步驟5中采用埋粉的方法脫脂和燒結，將表面粘附材料的粉末覆蓋在坯體上進行脫脂和燒結，所述脫脂燒結的溫度工藝參數為：脫脂過程為：加熱至350
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500℃保溫3
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5小時，然后繼續升溫至80
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1050℃保溫3
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5小時，燒結過程為：加熱至 1100
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1500℃保溫1
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2小時，升溫的速率控制在0.5
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2℃/min；
[0021]步驟6中所述涂層材料為甲基丙烯酰化水凝膠(GelMA)、光固化透明質酸、甲基丙烯酰化聚己內酯中的至少一種；所述涂層材料、磷酸鹽緩沖溶液光引發劑的比例為1g：30g：1g；
[0022]步驟7中所述曝光的波長為350
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450nm，曝光的時間為30
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300s。
[0023]以上所述方法制備得到的植入體可以作為培養細胞的支架，以便在支架上培養細胞，也可以作為骨填充物的支架以及骨釘。
[0024]以上所述方法制備得到的植入體孔隙大小為100
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2000μm，孔隙率為 20％
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85％。
[0025]有益效果：本專利技術提供了一種生物陶瓷表面涂覆活性有機物植入體的制備方法，與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
[0026](1)本專利技術利用光固化3D打印技術，制備的植入物能夠滿足宏觀多孔結構，形狀、孔隙大小，孔隙形狀可控；
[0027](2)本專利技術使用的生物陶瓷材料具有優異的生物相容性，并且部分材料在降解的過程中有利于細胞的增殖和分化；
[0028](3)本專利技術使用的粘附層材料對細胞本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種生物陶瓷表面涂覆活性有機物植入體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：利用3D打印的方式制備陶瓷坯體，利用陶瓷坯體表面未固化的陶瓷漿料，在表面粘附能夠誘導組織生長的材料，然后在紫外光下進行二次固化，得到帶有涂層的支架坯體，支架坯體經過脫脂和燒結，最終得到具有機械強度的陶瓷支架，而后將提前預制好的生物活性材料涂覆在支架表面，使用紫外光進行固化，最終得到具有多孔結構的醫學植入物支架。2.根據權利要求1所述的生物陶瓷表面涂覆活性有機物植入體的制備方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟：步驟1、建模：使用三維軟件繪制多孔支架的三維模型，保存的格式為.STL；步驟2、漿料制備：將光敏樹脂、生物活性陶瓷、分散劑進行混合，瓷粉末和樹脂的質量比為（1~4）：1，分散劑的質量為漿料總質量的1~3%，攪拌速率為1000
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1200rpm下真空攪拌30分鐘至均勻；步驟3、坯體制備：將步驟1得到的STL格式文件導入到DLP光固化打印機，加入步驟2中得到的漿料，制備多孔陶瓷支架坯體；步驟4、表面材料粘附：將步驟3中得到的陶瓷坯體支架放入到粘附涂層材料的粉末進行攪拌至陶瓷坯體支架表面粘附均勻，然后進行二次光固化；步驟5、脫脂燒結：將步驟4中得到的陶瓷支架進行加熱脫脂燒結，爐冷到室溫；步驟6、表面涂層材料制備：將需要涂層的材料溶解到磷酸鹽緩沖溶液中，加熱至70
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90℃充分溶解材料，然后加入光引發劑，最終冷卻到室溫得到所需的涂覆層材料；步驟7、表面涂層材料的粘附：將步驟5得到的陶瓷支架放入到步驟6制備好的表面涂層材料溶液中，浸泡5分鐘后取出，將其曝光固化，根據需要可多次重復浸泡固化，即可得到所述植入體。3.根據權利要求2所述的生物陶瓷表面涂覆活性有機物植入體的制備方法，其特征在于，步驟2中所述生物活性陶瓷為硅酸鈣、氧化鋯、磷酸三鈣、羥基磷灰石、磷酸鈣中的至少一種，所述生物活性陶瓷粉體的粒徑大小為50nm
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200μm；所述光敏樹脂為丙烯酸酯；所述分散劑為聚丙烯酸鈉、聚乙二醇中的至少一種。4.根據權利要求2所述的生物陶瓷表面涂覆活性有機物植入體的制備方法，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：沈理達，張寒旭，梁繪昕，焦晨，何志靜，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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