一種整形外科植入材料的快速成型制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種整形外科植入材料的快速成型制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]愛美是人的天性，隨著科技的不斷進(jìn)步和人們經(jīng)濟(jì)能力的提升，人們對(duì)美的追求方式也更加多樣化，整形美容就是其中之一。整形外科是是采用醫(yī)學(xué)和藝術(shù)的手段，對(duì)人體組織、器官的殘缺、畸形，進(jìn)行修復(fù)和重建，以及對(duì)正常人形體的美化和再塑造，達(dá)到功能的恢復(fù)和重建，形態(tài)的改善和美化。整形外科是以手術(shù)的方法進(jìn)行各種組織的移植，可采用自體組織或異體組織，然而自體組織來源十分有限，且產(chǎn)生二次手術(shù)，給患者帶來更多痛苦；異體組織移植又存在著免疫排斥反應(yīng)和攜帶病毒及細(xì)菌的風(fēng)險(xiǎn)。因此采用具有良好生物相容性的生物材料，并在體外構(gòu)建成與整形部位相匹配的形狀后植入體內(nèi)，是一種可取的整形手段。然而，如何根據(jù)不同病人的要求和所用材料的特點(diǎn)，精確控制植入支架的幾何外形、孔徑、孔隙率及孔的分布，快速制定個(gè)性化的整形治療方案，是目前急待解決的問題之一Ο
[0003]快速成型技術(shù)(RP)誕生于20世紀(jì)80年代后期，是基于離散和堆積的原理，通過CT、核磁共振成像掃描人體病變?nèi)睋p區(qū)后，利用計(jì)算機(jī)建立與人體病變?nèi)睋p區(qū)幾何形體一致的CAD模型，或根據(jù)產(chǎn)品的要求，在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)出三維模型，然后對(duì)其進(jìn)行分層切片，把各層斷面的輪廓作近似處理，并用一系列小三角形平面來逼近模型，通過STL格式文件傳輸?shù)娇焖俪尚蜋C(jī)進(jìn)行加工，在指定部位精確堆積，制造與計(jì)算機(jī)建立CAD模型相一致的零件的技術(shù)。RP可以精確地調(diào)控孔徑大小、孔隙率以及支架的幾何形狀而不受復(fù)雜程度的影響。將快速成型技術(shù)與生物醫(yī)用材料結(jié)合起來應(yīng)用于整形外科，是一種全新的思路，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種整形外科植入材料的快速成型制備方法。
[0005]本發(fā)明將快速成型技術(shù)與生物醫(yī)用材料結(jié)合起來，制備一種整形外科植入材料，該制備方法不僅工藝方便快捷，操作步驟簡(jiǎn)單，而且可根據(jù)不同病人的要求和材料的特點(diǎn)，制定個(gè)性化的整形治療方案，精確地調(diào)控支架的幾何形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，更好地與特定的整形部位相匹配。
[0006]本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種整形外科植入材料的快速成型制備方法，包括以下步驟:
(1)利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件設(shè)計(jì)出整形部位的三維結(jié)構(gòu)模型，并把該三維模型保存為STL格式文件，然后導(dǎo)入三維打印機(jī)中，用分層軟件進(jìn)行分層處理；
(2)將可植入的生物材料用去離子水配制成溶液或直接加入三維打印機(jī)中，設(shè)置打印溫度、平臺(tái)溫度、針頭大小、擠出壓力、擠出速度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和孔徑參數(shù)，然后啟動(dòng)三維打印機(jī)將整形部位的三維結(jié)構(gòu)模型逐層打印成型，得三維結(jié)構(gòu)支架雛形；
(3)最后將得到的三維結(jié)構(gòu)支架雛形進(jìn)行后處理或不處理直接得到一種整形外科的植入材料。
[0007]進(jìn)一步地，所述的整形外科植入材料可用于以下整形部位的任意一處或多處:胸部、臀部、鼻梁、下頌、額頭、眼部和唇部；
進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述三維結(jié)構(gòu)模型為根據(jù)人體不同整形部位利用計(jì)算機(jī)輔助軟件設(shè)定成特定形狀、特定尺寸、特定規(guī)格的三維結(jié)構(gòu)模型；
進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述可植入的生物材料為以下任意一種或多種:脫細(xì)胞膠原、透明質(zhì)酸、海藻酸鈉、殼聚糖、硅膠、瓊脂、乳酸一羥基乙酸共聚物、聚乳酸、聚羥基乙酸、聚己內(nèi)酯、聚羥基脂肪酸酯、羥基磷灰石、磷酸三鈣和生物玻璃；
進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述材料打印溫度為2~170°C，平臺(tái)溫度為0~65°C，針頭大小為0.2-0.4_，擠出壓力為 1.0-3.5bar，擠出速度為 1.0-5.0mm/s，孔徑為 0.1-1.2mm;
進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)為噴頭角度0~179°交錯(cuò)排列，分層厚度為0.16—0.32mm;
進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述生物材料配制成的溶液中，溶液濃度為0.01-0.2g/ml;
進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述三維結(jié)構(gòu)支架雛形的孔隙率為60~80%，孔隙連通率為90%以上；
進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述后處理方法為以下任意一種或多種:冷凍干燥、真空干燥、京尼平交聯(lián)和800~1200°C煅燒；所述京尼平的濃度為0.1-0.5mg/ml0
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)及技術(shù)效果:
(1)本發(fā)明中，整形外科植入材料的支架雛形由快速成型技術(shù)制備而成，不僅制備工藝方便快捷，操作步驟簡(jiǎn)單，而且可根據(jù)不同病人的要求和材料的特點(diǎn)，制定個(gè)性化的整形治療方案，更好地與特定整形部位相匹配。
[0009](2)本發(fā)明使用可植入的生物材料制備支架，無免疫排斥反應(yīng)，具有良好的生物相容性。
[0010](3)本發(fā)明制備的整形外科植入材料不僅具有個(gè)性化的外觀，同時(shí)還具有復(fù)雜多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此在體內(nèi)起到填充作用的同時(shí)，還有利于細(xì)胞、血管和組織的生長(zhǎng)，從而使材料具有一定的生物活性。
[0011]
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例的過程示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1鼻梁整形植入材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的上表面三維顯微鏡圖片。
[0014]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1鼻梁整形植入材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的橫截面三維顯微鏡圖片。
[0015]圖4為小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)在本發(fā)明實(shí)施例1中得到的鼻梁整形植入材料上增殖情況的時(shí)間-0D值圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例。
[0017]實(shí)施例1
一種鼻梁整形植入材料的快速成型制備方法，包括以下步驟:
(1)利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件設(shè)計(jì)出鼻梁整形部位的三維結(jié)構(gòu)模型，并把該三維模型保存為STL格式文件，然后導(dǎo)入三維打印機(jī)中，用分層軟件進(jìn)行分層處理；
(2)將2g分子量3.1萬、PLA:PGA為50:50的聚乳酸一羥基乙酸共聚物加入三維打印機(jī)的不銹鋼料筒中，在VisualMachines軟件中設(shè)置打印溫度為150°C，平臺(tái)溫度為20°C，靜置30min使材料充分熔融混合均勻；然后設(shè)置針頭大小為0.2mm，擠出壓力為3bar，擠出速度為1.5mm/s，孔徑為0.6mm，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為0°和90°交錯(cuò)排列，分層厚度為0.16mm ;啟動(dòng)三維打印機(jī)將鼻梁整形部位的三維結(jié)構(gòu)模型逐層打印成型；
(3)將得到的鼻梁整形部位的三維結(jié)構(gòu)支架雛形用磷酸鹽緩沖液(PBS)清洗三次，得到一種鼻梁整形外科的植入材料。經(jīng)CT測(cè)量，得到的鼻梁整形外科植入材料的孔隙率為78.6%，孔隙連通率為98.3%。
[0018]如附圖所示，圖1為具體的過程示意圖；圖2為鼻梁整形植入材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的上表面三維顯微鏡圖片；圖3為鼻梁整形植入材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的橫截面三維顯微鏡圖片；圖4為小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)在鼻梁整形植入材料上增殖情況的時(shí)間-0D值圖。
[0019]體外細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)(CCK-8法):
設(shè)置空白組(BMSCs小鼠間充質(zhì)干細(xì)胞)，實(shí)驗(yàn)組(3D打印鼻梁整形外科植入材料、BMSCs小鼠間充質(zhì)干細(xì)胞)。種植細(xì)胞前，先將3D打印鼻梁整形外科植入材料于體積分?jǐn)?shù)為75%的乙醇溶液中浸泡2h，然后將其取出用PBS洗滌5遍，分別將材料的每個(gè)面在紫外燈下照射30min。然后，將材料于37°C下分別浸沒在培養(yǎng)基中過夜，隨后每孔加入L929細(xì)胞懸液500 μ 1，放入37°C、5% 二氧化碳、95%濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
[0020]利用細(xì)胞增殖檢測(cè)試劑盒CCK-8評(píng)價(jià)BMSCs細(xì)胞在鼻梁整形外科植入材料上的增殖情況。在預(yù)定時(shí)間點(diǎn)將CCK-8原液用培養(yǎng)基按1:10 (v/v)稀釋得到工作液；吸去孔板中的培養(yǎng)基，向每孔加入200 μ 1工作液；在培養(yǎng)箱中避光孵育2h后，輕微振蕩混勻，然后吸去100 μ 1上清工作液至96孔板中，用酶標(biāo)儀在450nm波長(zhǎng)處檢測(cè)其吸收值，記錄0D值(如圖4)。由圖4可知，本發(fā)明3D打印鼻梁整形外科植入材料安全無毒副作用，具有良好的生物相容性。
[0021]實(shí)施例2
一種胸部整形植入材料的快速成型制備方法，包括以下步驟:
(1)利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件設(shè)計(jì)出胸部整形部位的三維結(jié)構(gòu)模型，并把該三維模型保存為STL格式文件，然后導(dǎo)入三維打印機(jī)中，用分層軟件進(jìn)行分層處理；
(2)將15g脫細(xì)胞膠原加入100ml去離子水中，攪拌2h至完全溶解，得到脫細(xì)胞膠原水溶液，將其過濾后把濾液加入三維打印機(jī)的料筒中，離心，靜置24小時(shí)；然后在VisualMachines軟件中設(shè)置打印溫度為室溫，平臺(tái)溫度為10°C，針頭大小為0.3mm，擠出壓力為1.2bar，擠出速度為3.0mm/s，孔徑為0.8mm，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為0°和90°交錯(cuò)排列，分層厚度為0.24mm ;啟動(dòng)三維打印機(jī)將胸部整形部位的三維結(jié)構(gòu)模型逐層打印成型；
(3)用去離子水配制0.25mg/ml的京尼平水溶液100ml，將得到的胸部整形部位的三維結(jié)構(gòu)支架雛形放入京尼平水溶液中處理20min，然后取出用磷酸鹽緩沖液(PBS)清洗三次，得到一種胸部整形植入材料