一種整形外科植入材料的快速成型制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于生物醫用材料的制備技術領域，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】
[0002]愛美是人的天性，隨著科技的不斷進步和人們經濟能力的提升，人們對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學和藝術的手段，對人體組織、器官的殘缺、畸形，進行修復和重建，以及對正常人形體的美化和再塑造，達到功能的恢復和重建，形態的改善和美化。整形外科是以手術的方法進行各種組織的移植，可采用自體組織或異體組織，然而自體組織來源十分有限，且產生二次手術，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和攜帶病毒及細菌的風險。因此采用具有良好生物相容性的生物材料，并在體外構建成與整形部位相匹配的形狀后植入體內，是一種可取的整形手段。然而，如何根據不同病人的要求和所用材料的特點，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(RP)誕生于20世紀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缺損區后，利用計算機建立與人體病變缺損區幾何形體一致的CAD模型，或根據產品的要求，在計算機上設計出三維模型，然后對其進行分層切片，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格式文件傳輸到快速成型機進行加工，在指定部位精確堆積，制造與計算機建立CAD模型相一致的零件的技術。RP可以精確地調控孔徑大小、孔隙率以及支架的幾何形狀而不受復雜程度的影響。將快速成型技術與生物醫用材料結合起來應用于整形外科，是一種全新的思路，具有非常廣闊的應用前景。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種整形外科植入材料的快速成型制備方法。
[0005]本發明將快速成型技術與生物醫用材料結合起來，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，操作步驟簡單，而且可根據不同病人的要求和材料的特點，制定個性化的整形治療方案，精確地調控支架的幾何形狀和內部結構，更好地與特定的整形部位相匹配。
[0006]本發明目的通過如下技術方案實現:
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)利用計算機輔助設計(CAD)軟件設計出整形部位的三維結構模型，并把該三維模型保存為STL格式文件，然后導入三維打印機中，用分層軟件進行分層處理；
(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中，設置打印溫度、平臺溫度、針頭大小、擠出壓力、擠出速度、內部結構和孔徑參數，然后啟動三維打印機將整形部位的三維結構模型逐層打印成型，得三維結構支架雛形；
(3)最后將得到的三維結構支架雛形進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；
進一步地，步驟(1)中，所述三維結構模型為根據人體不同整形部位利用計算機輔助軟件設定成特定形狀、特定尺寸、特定規格的三維結構模型；
進一步地，步驟(2)中，所述可植入的生物材料為以下任意一種或多種:脫細胞膠原、透明質酸、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、聚己內酯、聚羥基脂肪酸酯、羥基磷灰石、磷酸三鈣和生物玻璃；
進一步地，步驟(2)中，所述材料打印溫度為2~170°C，平臺溫度為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;
進一步地，步驟(2)中，所述內部結構為噴頭角度0~179°交錯排列，分層厚度為0.16—0.32mm;
進一步地，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;
進一步地，步驟(3)中，所述三維結構支架雛形的孔隙率為60~80%，孔隙連通率為90%以上；
進一步地，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、京尼平交聯和800~1200°C煅燒；所述京尼平的濃度為0.1-0.5mg/ml0
[0008]與現有技術相比，本發明具有如下優點及技術效果:
(1)本發明中，整形外科植入材料的支架雛形由快速成型技術制備而成，不僅制備工藝方便快捷，操作步驟簡單，而且可根據不同病人的要求和材料的特點，制定個性化的整形治療方案，更好地與特定整形部位相匹配。
[0009](2)本發明使用可植入的生物材料制備支架，無免疫排斥反應，具有良好的生物相容性。
[0010](3)本發明制備的整形外科植入材料不僅具有個性化的外觀，同時還具有復雜多孔的內部結構，因此在體內起到填充作用的同時，還有利于細胞、血管和組織的生長，從而使材料具有一定的生物活性。
[0011]
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明具體實施例的過程示意圖。
[0013]圖2為本發明實施例1鼻梁整形植入材料內部結構的上表面三維顯微鏡圖片。
[0014]圖3為本發明實施例1鼻梁整形植入材料內部結構的橫截面三維顯微鏡圖片。
[0015]圖4為小鼠骨髓間充質干細胞(BMSCs)在本發明實施例1中得到的鼻梁整形植入材料上增殖情況的時間-0D值圖。
【具體實施方式】
[0016]為進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明作進一步的描述，但是本發明要求保護的范圍并不局限于實施例。
[0017]實施例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)利用計算機輔助設計(CAD)軟件設計出鼻梁整形部位的三維結構模型，并把該三維模型保存為STL格式文件，然后導入三維打印機中，用分層軟件進行分層處理；
(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的不銹鋼料筒中，在VisualMachines軟件中設置打印溫度為150°C，平臺溫度為20°C，靜置30min使材料充分熔融混合均勻；然后設置針頭大小為0.2mm，擠出壓力為3bar，擠出速度為1.5mm/s，孔徑為0.6mm，內部結構為0°和90°交錯排列，分層厚度為0.16mm ;啟動三維打印機將鼻梁整形部位的三維結構模型逐層打印成型；
(3)將得到的鼻梁整形部位的三維結構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CT測量，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部結構的上表面三維顯微鏡圖片；圖3為鼻梁整形植入材料內部結構的橫截面三維顯微鏡圖片；圖4為小鼠骨髓間充質干細胞(BMSCs)在鼻梁整形植入材料上增殖情況的時間-0D值圖。
[0019]體外細胞毒性實驗(CCK-8法):
設置空白組(BMSCs小鼠間充質干細胞)，實驗組(3D打印鼻梁整形外科植入材料、BMSCs小鼠間充質干細胞)。種植細胞前，先將3D打印鼻梁整形外科植入材料于體積分數為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下分別浸沒在培養基中過夜，隨后每孔加入L929細胞懸液500 μ 1，放入37°C、5% 二氧化碳、95%濕度的培養箱中培養。
[0020]利用細胞增殖檢測試劑盒CCK-8評價BMSCs細胞在鼻梁整形外科植入材料上的增殖情況。在預定時間點將CCK-8原液用培養基按1:10 (v/v)稀釋得到工作液；吸去孔板中的培養基，向每孔加入200 μ 1工作液；在培養箱中避光孵育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，用酶標儀在450nm波長處檢測其吸收值，記錄0D值(如圖4)。由圖4可知，本發明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)利用計算機輔助設計(CAD)軟件設計出胸部整形部位的三維結構模型，并把該三維模型保存為STL格式文件，然后導入三維打印機中，用分層軟件進行分層處理；
(2)將15g脫細胞膠原加入100ml去離子水中，攪拌2h至完全溶解，得到脫細胞膠原水溶液，將其過濾后把濾液加入三維打印機的料筒中，離心，靜置24小時；然后在VisualMachines軟件中設置打印溫度為室溫，平臺溫度為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，內部結構為0°和90°交錯排列，分層厚度為0.24mm ;啟動三維打印機將胸部整形部位的三維結構模型逐層打印成型；
(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構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