一種基于鈣磷酸鹽的3d打印人造骨組合材料及其應用方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料，所述材料按重量份計由如下組分組成：生物金屬粉末40~60份、鈣磷酸鹽粉末30~40份、聚碳酸酯20~32份、聚維酮K30 5~8份、煙酸0.5~0.7份、多巴胺0.02~0.1份。本發明提供的人造骨材料不僅強度高，而且通過組分中的多巴胺、煙酸、聚維酮K30與其他材料的作用，使得多骨骼接合界面發生分解、吸收、析出等反應，能實現與骨骼牢固結合，防止疲勞和磨損，并且本發明提供的材料在不加重單位材質重量的情況下克服了現有材料中在容易接合活動以及體內酸性介質的影響所導致材料的應力下降的技術問題，大大提高了材料的應力。
【專利說明】
一種基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料及其應用方法
技術領域
[0001]本發明涉及3D打印材料領域，具體涉及一種基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材 料。
【背景技術】
[0002] 3D打印技術，是以計算機三維設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數控成型系 統，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細胞組織等特殊材料進行逐 層堆積黏結，最終疊加成型，制造出實體產品。與傳統制造業通過模具、車銑等機械加工方 式對原材料進行定型、切削以最終生產成品不同，3D打印將三維實體變為若干個二維平 面，通過對材料處理并逐層疊加進行生產，大大降低了制造的復雜度。這種數字化制造模 式不需要復雜的工藝、不需要龐大的機床、不需要眾多的人力，直接從計算機圖形數據中便 可生成任何形狀的零件，使生產制造得以向更廣的生產人群范圍延伸。
[0003] 任何患有關節類疾病的人都能夠深切體會到關節損傷所帶來的痛苦和不便，對于 嚴重的關節損傷病人，醫生們通常的治療方法是移除受損的骨組織和軟管，并代之以使用 合金或者聚合物制造的人工關節。但是如果這些植入物在幾年之后還需要更換的話，病人 的狀況會變得更糟，一般來說金屬關節只能使用10到15年。雖然也有研究將鈣磷酸鹽用于 人造骨組合材料，但其制備出來的成品較為脆弱，且與骨組織兼容性不高。

【發明內容】

[0004] 發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于鈣磷酸鹽的3D 打印人造骨組合材料及其應用方法。
[0005] 技術方案：為實現上述目的，本發明提供的一種基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組 合材料，所述材料按重量份計由如下組分組成： 生物金屬粉末40~60份 鈣磷酸鹽粉末30~40份 聚碳酸酯 20~32份 聚維酮K30 5~8份 煙酸 0.5~0.7份 多巴胺 0.02~0.1份 所述生物金屬粉末為18-12]1-7〇3-21';[，其中1，7,2為質量百分數，2.3%彡1彡 3.8%，3% 彡 y 彡 5·0%，1·8% 彡 z 彡 3.2%，余量為Mg。
[0006] 進一步地，所述聚碳酸酯處于融熔態。
[0007] 進一步地，所述鈣磷酸鹽粉末為磷酸鈣、磷酸二鈣、磷酸三鈣、磷酸四鈣、磷酸八鈣 中的一種或者多種。
[0008] 上述的基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料的應用方法，包括以下步驟： 1)按照重量份比取生物金屬粉末、鈣磷酸鹽粉末、聚碳酸酯混合攪拌5~10分鐘后在真 空氬氣環境500-800°C下得到混合融熔漿料，然后將聚維酮K30、多巴胺、煙酸加入上述漿料 中得到混合漿料； 2)利用具有三維打印設備將配好的漿料打印并固化成三維結構； 3)最后進行排膠處理除去有機成分，并通過電磁波進行燒結，獲得所需成分的三維結 構樣品。
[0009] 優選地，所述燒結工藝包括空氣氣氛、氧化氣氛、還原氣氛或者真空環境下500-800 °C燒結。
[0010] 有益效果:本發明相對于現有技術而言，具備以下優點： 本發明提供的人造骨材料不僅強度高，而且通過組分中的多巴胺、煙酸、聚維酮K30與 其他材料的作用，使得多骨骼接合界面發生分解、吸收、析出等反應，能實現與骨骼牢固結 合和兼容，防止疲勞和磨損，并且本發明提供的材料在不加重單位材質重量的情況下克服 了現有材料中在容易接合活動以及體內酸性介質的影響所導致材料的應力下降的技術問 題，大大提高了材料的應力。
【具體實施方式】
[0011]下面結合實施例對本發明作更進一步的說明。
[0012] 實施例1: 一種基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料，所述材料按重量份計由如下組分組成： 生物金屬粉末60份 磷酸二鈣 30份 聚碳酸酯 20份 聚維酮K30 5份 煙酸 0.5份 多巴胺 0.02份 所述生物金屬粉末為Mg-xZn-yCa-zTi，其中x，y，z為質量百分數，X為2.3%，y為 3%，z為1.8%，余量為Mg。
[0013] 上述的基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料的應用方法，包括以下步驟： 1) 按照重量份比取生物金屬粉末、鈣磷酸鹽粉末、聚碳酸酯混合攪拌5~10分鐘后得到 混合融熔漿料，然后將聚維酮K30、多巴胺、煙酸加入上述漿料中得到混合漿料； 2) 利用具有三維打印設備將配好的漿料打印并固化成三維結構； 3)最后進行排膠處理除去有機成分，并通過電磁波進行燒結，獲得所需成分的三維結 構樣品。
[0014] 實施例2: 一種基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料，所述材料按重量份計由如下組分組成： 生物金屬粉末 40份 鈣磷酸鹽粉末 40份 聚碳酸酯 32份 聚維酮K30 8份 煙酸 0.7份 多巴胺 0.1份 所述生物金屬粉末為Mg-xZn-yCa-zTi，其中x，y，z為質量百分數，X為3.8%，y為 5%，z為3.2%，余量為Mg。
[0015] 上述的基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料的應用方法，包括以下步驟： 1) 按照重量份比取生物金屬粉末、鈣磷酸鹽粉末、聚碳酸酯混合攪拌5~10分鐘后得到 混合融熔漿料，然后將聚維酮K30、多巴胺、煙酸加入上述漿料中得到混合漿料； 2) 利用具有三維打印設備將配好的漿料打印并固化成三維結構； 3)最后進行排膠處理除去有機成分，并通過電磁波進行燒結，獲得所需成分的三維結 構樣品。
[0016] 實施例3: 一種基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料，所述材料按重量份計由如下組分組成： 生物金屬粉末 50份 鈣磷酸鹽粉末 35份 聚碳酸酯 28份 聚維酮K30 7份 煙酸 0.6份 多巴胺 0.08份 所述生物金屬粉末為Mg-xZn-yCa-zTi，其中X，y，z為質量百分數，X為3.5%，y為 4%，z為2.5%，余量為Mg。上述的基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料的應用方法，包括 以下步驟： 1) 按照重量份比取生物金屬粉末、鈣磷酸鹽粉末、聚碳酸酯混合攪拌5~10分鐘后得到 混合融熔漿料，然后將聚維酮K30、多巴胺、煙酸加入上述漿料中得到混合漿料； 2) 利用具有三維打印設備將配好的漿料打印并固化成三維結構； 3)最后進行排膠處理除去有機成分，并通過電磁波進行燒結，獲得所需成分的三維結 構樣品。
[0017] 實施例4: 一種基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料，所述材料按重量份計由如下組分組成： 生物金屬粉末45份 鈣磷酸鹽粉末35份 聚碳酸酯 25份 聚維酮K30 6份 煙酸 0.6份 多巴胺 0.05份 所述生物金屬粉末為Mg-xZn-yCa-zTi，其中X，y，z為質量百分數，X為3.3%，y為 4%，z為2.2%，余量為Mg。
[0018] 上述的基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料的應用方法，包括以下步驟： 1) 按照重量份比取生物金屬粉末、鈣磷酸鹽粉末、聚碳酸酯混合攪拌5~10分鐘后得到 混合融熔漿料，然后將聚維酮K30、多巴胺、煙酸加入上述漿料中得到混合漿料； 2) 利用具有三維打印設備將配好的漿料打印并固化成三維結構； 3)最后進行排膠處理除去有機成分，并通過電磁波進行燒結，獲得所需成分的三維結 構樣品。
[0019] 實施例5: 一種基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料，所述材料按重量份計由如下組分組成： 生物金屬粉末 55份 鈣磷酸鹽粉末 38份 聚碳酸酯 28份 聚維酮K30 7份 煙酸 0.6份 多巴胺 0.07份 所述生物金屬粉末為Mg-xZn-yCa-zTi，其中x，y，z為質量百分數，X為2.5%，y為 3.5%，z 為2.6%，余量為 Mg。
[0020] 上述的基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料的應用方法，包括以下步驟： 1) 按照重量份比取生物金屬粉末、鈣磷酸鹽粉末、聚碳酸酯混合攪拌5~10分鐘后得到 混合融熔漿料，然后將聚維酮K30、多巴胺、煙酸加入上述漿料中得到混合漿料； 2) 利用具有三維打印設備將配好的漿料打印并固化成三維結構； 3)最后進行排膠處理除去有機成分，并通過電磁波進行燒結，獲得所需成分的三維結 構樣品。
[0021] 上述實施例1~5中，通過模擬實驗觀察，其材料與人體組織結構兼容良好，無其他 副作用，目.通過霍爾傳感器法楊氏模量測量儀測量其楊氏模量，其數據為下表：
本表中的對比例為市_上常用的晉通的人造営，從表中扣宥出，買施例1~5的物氏模量 大大低于對比例，防疲勞和斷裂能力大大增加。
[0022] 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的技術人員來 說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為 本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料，其特征在于:所述材料按重量份計由 如下組分組成： 生物金屬粉末40~60份 鈣磷酸鹽粉末30~40份 聚碳酸酯 20~32份 聚維酮K30 5~8份 煙酸 0.5~0.7份 多巴胺 0.02~0.1份 所述生物金屬粉末為18-12]1-7〇3-21';[，其中1，7,2為質量百分數，2.3%彡1彡 3.8%，3% 彡 y 彡 5·0%，1·8% 彡 z 彡 3.2%，余量為Mg。2. 根據權利要求1所述的基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料，其特征在于：所 述聚碳酸酯處于融熔態。3. 根據權利要求1所述的基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料，其特征在于：所 述鈣磷酸鹽粉末為磷酸鈣、磷酸二鈣、磷酸三鈣、磷酸四鈣、磷酸八鈣中的一種或者多種。4. 一種根據權利要求1~2所述的基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料的應用方法， 其特征在于：包括以下步驟： 1) 按照重量份比取生物金屬粉末、鈣磷酸鹽粉末、聚碳酸酯混合攪拌5~10分鐘后在真 空氬氣環境500-800°C下得到混合融熔漿料，然后將聚維酮K30、多巴胺、煙酸加入上述漿料 中得到混合漿料； 2) 利用具有三維打印設備將配好的漿料打印并固化成三維結構； 3)最后進行排膠處理除去有機成分，并通過電磁波進行燒結，獲得所需成分的三維結 構樣品。5. 根據權利要求3所述的基于鈣磷酸鹽的3D打印人造骨組合材料的應用方法，其特 征在于：所述燒結工藝包括空氣氣氛、氧化氣氛、還原氣氛或者真空環境下500-80(TC燒 結。
【文檔編號】A61L27/00GK106075566SQ201610439591
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月20日
【發明人】曾偉宏
【申請人】蕪湖啟澤信息技術有限公司