一种人造骨3D打印平台的制作方法

文档序号:12441924阅读:323来源:国知局

本发明涉及一种打印平台,特别是一种人造骨3D打印平台。



背景技术:

传统的骨损伤修复或替代方法包括自体骨移植、同种异体骨移植和骨延长术,然而这些过程耗费时间长。随着科技的发展,新兴的骨组织工程支架能够替代传统的骨损伤修复和替代方法,快速进行骨修复。现有的骨组织工程支架的制备,以往常采用溶液浇铸/离子洗出法、原位成型法、静电纺丝法、相分离/冻干法、气体成孔法等,这些制备方法获得了比较满意的效果,但在精确性、孔隙均匀性、空间结构复杂性、支架个性化等方面不尽人意。而3D打印骨骼虽然现有技术是能够实现的,但由于材料的限制得到人造骨生物相容性较差,同时打印的精度略低,无法与原骨骼系统完美契合。



技术实现要素:

本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题,提供一种具有良好生物相容性,能够组织细胞提供生长空腔,打印骨移植到生物体内能够存活与移植受体融为一体,并具有极高的打印精度,能够随时校准,精确控制流量,从而获得与原骨骼系统完美契合人造骨的人造骨3D打印平台。

本发明采用的技术方案如下:

本发明一种人造骨3D打印平台,包括活动连接的上支架和下支架,所述上支架为正方形,所述下支架底面呈正方形,所述下支架包括四根竖直方向的支撑杆,所述上支架的顶点通过支撑杆与下支架底面的顶点相连,所述支撑杆与上支架活动连接,所述上支架能够以连接点为中点翻转。

由于采用了上述技术方案,上支架具有极大的活动、调整空间,能够根据打印特征进行任意的旋转,从而灵活的调整打印角度,最终获得精确打印的人造骨。

本发明的一种人造骨3D打印平台,所述上支架包括框体和移动架,所述框体的每个边分别由两根支杆组成,所述移动架由两根移动杆组成十字形,所述移动杆的每个端点分别位于框体四边的两根支杆之间,所述移动杆能够在框体四边上沿水平和/或竖直方向移动。

本发明的一种人造骨3D打印平台,所述移动架连有打印头,所述打印头设于移动架的十字交叉处,所述打印头能够随移动杆的移动而移动。

由于采用了上述技术方案,打印头不仅能够在空间中任意一定,也可在平面上任意移动,进一步保证精确的位移。

本发明的一种人造骨3D打印平台,所述下支架中部设有打印台,所述打印台与下支架底面相隔离,所述打印台与下支架固定连接。

由于采用了上述技术方案,打印台与桌面、地面等不接触,能够设置一个干净的打印环境,从而保证打印的人造骨不会受到微生物的污染,从而为植入体带来威胁。

本发明的一种人造骨3D打印平台,所述打印台表面覆盖有一层凝胶层,所述凝胶层的厚度为27mm。

由于采用了上述技术方案,凝胶液能够大幅度阻挡打印抖动对打印过程的影响,从而保证获得一个精确的人造骨基底结构,从而保证最终打印的人造骨的精确度,同时,凝胶具有较大的摩擦力,能够在打印台具有倾斜角度时,保证打印台上物质不会发生位移。

本发明的一种人造骨3D打印平台,所述下支架底边设有调节块,所述调节块位于底边的中部,所述调节块包括调节钮和升降块,所述调节钮能够控制升降块升高或降低,所述升降块顶端与打印台相连。

由于采用了上述技术方案,当打印头无法获得最佳旋转角度来进行打印时,通过调节打印台的倾斜度,能够进一步保证获得最精确的打印角度。

本发明的一种人造骨3D打印平台,所述打印平台表面均布有若干位置传感器,所述打印头前端旋转,所述打印头内设有校准器,所述校准器和位置传感器均与中央处理器信号连接。

由于采用了上述技术方案,通过位置传感器对打印作业进行感知,位置传感器发送数据至中央处理器,中央处理器将信息反馈给校准器,校准器对打印进行校准后,将校准结果发送至中央处理器,中央处理器再根据校准结果控制打印头旋转、移动至最佳的打印位点。

本发明的一种人造骨3D打印平台,所述打印头与进样管相连,所述进样管与储样器相连,所述储样器内盛有打印材料,所述打印材料由质量份82份纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸,21份二缩水甘油醚,29份聚对二氧环已酮,32份充质干细胞,7份聚乙交酯,13份聚丙交酯,28份纳米β-磷酸三钙和20份稀柠檬酸组成,所述纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸与聚醚酮酮交联形成多孔支架,所述多孔支架的孔隙率为72.2%,所述纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸中,纳米羟基磷酸钙:聚己内酯:聚乳酸的质量比为3.1:2.7:1。

由于采用了上述技术方案,打印材料之间能够交联形成能够约束细胞的支架,能够形成维持器官或组织的形状,并在移植数年后被生物降解,对生物体无毒性,同时支架内部具有大量的孔隙,为组织细胞提供生长空腔,同时具有良好的自凝能力,能够在打印过程中迅速凝结、硬化,避免变性,凝结后的材料硬度较高,具有良好的骨硬度。

本发明的一种人造骨3D打印平台,所述校准器包括以下校准过程,

步骤一,设定打印相关参数,出入节点2个,输出节点1个,隐层节点5个,目标误差1×10-6,阈值总个数为:N =(m+1)×n+(n+1)×t,m为输入个数,n为隐层个数,t为输出个数,对打印材料粒子的速度和位置进行随机初始化;

步骤二,按照函数QUOTE计算输出与样本期望输出误差绝对值之和,式中k为理论输出,y为网络的实际输出,J为样本输出;

步骤三,根据公式 QUOTE 和 QUOTE 更新打印材料粒子的位置和速度,式中 QUOTE 为惯性权重;V为离子的速度,X为打印材料粒子的位置,所述惯性权重为1.883。

由于采用了上述技术方案,精确控制材料的流量,避免材料流量过大造成打印溢出等情况,从而避免打印出的人造骨表面具有非必需的凹凸不平,也能够很好的适应植入体的需求,打印出具有必要的凹凸不平表面。

本发明的一种人造骨3D打印平台,所述凝胶由质量份34份六甲氧基甲基三聚氰胺,27份丙烯酸酯和5份甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯组成。

由于采用了上述技术方案,凝胶具有良好的凝结力,能够保证被打印体在平台上不会发生位移,同时与打印材料不相容,不会污染打印材料。

综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:

1、具有良好生物相容性,能够组织细胞提供生长空腔,打印骨移植到生物体内能够存活与移植受体融为一体,并具有极高的打印精度,能够随时校准,精确控制流量,从而获得与原骨骼系统完美契合人造骨。

2、精确控制材料的流量,避免材料流量过大造成打印溢出等情况,从而避免打印出的人造骨表面具有非必需的凹凸不平,也能够很好的适应植入体的需求,打印出具有必要的凹凸不平表面,人造骨形成维持器官或组织的形状,并在移植数年后被生物降解,对生物体无毒性,同时支架内部具有大量的孔隙,为组织细胞提供生长空腔。

附图说明

图1是一种人造骨3D打印平台结构示意图。

图中标记:1为上支架,2为下支架,3为移动架,4为打印头,5为调节块,6为打印台。

具体实施方式

下面结合附图,对本发明作详细的说明。

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示,一种人造骨3D打印平台,包括活动连接的上支架1和下支架2,上支架1为正方形,下支架2底面呈正方形,下支架2包括四根竖直方向的支撑杆,上支架1的顶点通过支撑杆与下支架2底面的顶点相连,支撑杆与上支架1活动连接,上支架1能够以连接点为中点翻转。上支架1包括框体和移动架3,框体的每个边分别由两根支杆组成,移动架3由两根移动杆组成十字形,移动杆的每个端点分别位于框体四边的两根支杆之间,移动杆能够在框体四边上沿水平和/或竖直方向移动。移动架3连有打印头4,打印头4设于移动架3的十字交叉处,打印头4能够随移动杆的移动而移动。下支架2中部设有打印台6,打印台6与下支架2底面相隔离,打印台与下支架2固定连接。打印台6表面覆盖有一层凝胶层,凝胶层的厚度为27mm。下支架2底边设有调节块5,调节块位于底边的中部,调节块包括调节钮和升降块,调节钮能够控制升降块升高或降低,升降块顶端与打印台6相连。打印平台6表面均布有若干位置传感器,打印头4前端能够旋转,打印头4内设有校准器,校准器和位置传感器均与中央处理器信号连接。打印头4与进样管相连,进样管与储样器相连,储样器内盛有打印材料。

打印材料由质量份82份纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸,21份二缩水甘油醚,29份聚对二氧环已酮,32份充质干细胞,7份聚乙交酯,13份聚丙交酯,28份纳米β-磷酸三钙和20份稀柠檬酸组成,所述纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸与聚醚酮酮交联形成多孔支架,多孔支架的孔隙率为72.2%,纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸中,纳米羟基磷酸钙:聚己内酯:聚乳酸的质量比为3.1:2.7:1。

校准器包括以下校准过程,步骤一,设定打印相关参数,出入节点2个,输出节点1个,隐层节点5个,目标误差1×10-6,阈值总个数为:N =(m+1)×n+(n+1)×t,m为输入个数,n为隐层个数,t为输出个数,对打印材料粒子的速度和位置进行随机初始化;步骤二,按照函数 QUOTE 计算输出与样本期望输出误差绝对值之和,式中k为理论输出,y为网络的实际输出,J为样本输出;步骤三,根据公式 QUOTE 和 QUOTE 更新打印材料粒子的位置和速度,式中 QUOTE 为惯性权重;V为离子的速度,X为打印材料粒子的位置,所述惯性权重为1.883。

凝胶由质量份34份六甲氧基甲基三聚氰胺,27份丙烯酸酯和5份甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯组成。

实施例2

纳米羟基磷酸钙/聚己内酯/聚乳酸通过以下方法制备:通过反应式Ca(NO3)·4H2O+(NH4)2HPO4→Ca10(PO4)6(OH)2制备纳米羟基磷酸钙,将纳米羟基磷酸钙配置成质量分数为5%的浆液,将浆液加入带有分水装置、搅拌装置和冷凝装置的三颈瓶中,同时加入150mL溶剂DMAC和适量聚乙二醇,温度逐步升至100℃,在100~120℃脱水,然后按比例加入聚己内酯和聚乳酸,在120~130℃条件下,搅拌复合4h,取出,用热去离子水洗涤4次,乙醇洗涤2次,并于50~60℃干燥48h获得复合材料。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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