CN105617456A - 一种3d打印制备下颌骨修复材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印制备下颌骨修复材料的方法。本发明通过液相沉淀法制备含有钴的β型磷酸三钙(β-TCP),通过3D打印技术根据打印模型制备相应的骨支架,用于下颌骨的缺损部位。通过引入钴来增强修复支架的生物相容性,并且β-TCP中富含的钙和磷离子也可以直接用于下颌骨的修复。
Description
技术领域
本发明涉及下颌骨修复材料的制备领域,具体涉及到一种3D打印制备下颌骨修复材料的方法。
背景技术
下颌骨不仅是维持面部轮廓和形态,还与患者咀嚼、发音、言语等密切相关。因肿瘤、外伤及感染等因素所致的下颌骨缺损,都不同程度地影响患者的面部外形,并影响相应的口腔功能。
在骨修复材料中,陶瓷类材料具有良好的医用理化性和生物相容性,是一种较好的骨代用品。具有代表性的为羟基磷灰石和磷酸三钙。其中磷酸三钙有骨传导的特性而有助于新骨形成,且在新骨形成中潜在地起到了钙储备作用。金属钴作为传统的骨修复材料,具有良好的抗腐蚀性和细胞相容性。
本发明为将两种骨修复材料结合起来,通过3d打印技术制备用于下颌骨的修复支架,来克服临床应用中的整块状支架比表面积小的缺点,来提升骨修复支架的应用价值。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种3D打印制备下颌骨修复材料的方法,该方法是通过先制备β-TCP/Co粉体材料,根据3d打印模型,来制备β-TCP/Co支架用于下颌骨修复。
本发明通过以下技术方案实现。
一种3D打印制备下颌骨修复材料的方法,包括下列步骤:
1)配置硝酸钙溶液;
2)配置磷酸二氢铵溶液;
3)称取硝酸钴加入到去离子水中,得到硝酸钴溶液;
4)量取磷酸二氢铵溶液和硝酸钙溶液,以Ca/P摩尔比为1.65~1.69的比例混合,控制pH在7~8之间,得混合液;
5)取硝酸钴溶液逐滴加入到步骤4)的混合液当中,pH控制在7~8之间;
6)将步骤5)所得混合液搅拌20~40min后静置22~26h,离心15~20分钟得到沉淀物,将沉淀物用无水乙醇清洗1~3次;
7)将洗好的沉淀物在烘箱中95~105℃下干燥5~6小时;
8)将干燥后的沉淀物进行研磨,然后在850~950℃下煅烧2~3小时;
9)煅烧后用乙醇湿式球磨6~7小时,得到β-TCP/Co复合粉体;
10)取0.4~0.6gPVA至45~55ml去离子水中,加热搅拌至PVA全部溶解,冷却至室温,得PVA溶液;
11)将0.4~0.6gβ-TCP/Co复合粉体添加至0.8~1.2ml的PVA溶液中,并不断搅拌至粘稠状;
12)用3dsmax设计支架模型,支架的底部直径为8~12mm、高为2.5~3.5mm,线条宽带和线条间距为240~260μm;
13)将步骤11)所得粘稠状产品作为打印材料进行支架打印;
14)将打印的支架放置于高温炉中580~620℃下煅烧1.5~2.5h,去除PVA,得到β-TCP/Co支架。
进一步地,步骤1)中,所述硝酸钙溶液中硝酸钙9.450g~10.000g,去离子水180~220ml。
进一步地,步骤2)所述磷酸二氢铵溶液中磷酸二氢铵4.600g~5.000g,去离子水180~220ml。
进一步地,步骤3)所述硝酸钴为1.81~1.85g,去离子水为95~105ml。
进一步地,步骤4)所述磷酸二氢铵溶液为28~32ml,硝酸钙溶液为48~52ml。
进一步地,步骤5)所述硝酸钴溶液为6.4~6.6ml。
更进一步的,一种3D打印制备下颌骨修复材料的方法,包括下列步骤:
1.配置200ml的0.2mol/l的硝酸钙溶液;
2.配置200ml的0.2mol/l的磷酸二氢铵溶液;
3.称取1.83g硝酸钴加入到100ml去离子水中,得到0.1mol/l硝酸钴溶液;
4.量取30ml0.2mol/l磷酸二氢铵和50ml0.2mol/l硝酸钙溶液,以Ca/P摩尔比为1.67的比例混合,控制pH在7.5;
5.取6.5ml硝酸钴溶液逐滴加入到步骤4的混合液当中,pH控制在7.5;
6.搅拌半小时后静置24小时,离心20分钟得到沉淀物,将沉淀物用无水乙醇清洗2次;
7.洗好的沉淀物在烘箱中100℃下干燥6小时;
8.干燥后的沉淀物进行研磨,然后在900℃下煅烧2小时;
9.煅烧后用乙醇湿式球磨6小时,得到β-TCP/Co复合粉体。
10.取0.5gPVA(聚乙烯醇)至50ml去离子水中,加热搅拌至PVA全部溶解,冷却至室温。
11.0.5gβ-TCP/Co复合粉体添加至1.0ml的PVA溶液中,并不断搅拌至粘稠状。
12.用3dsmax设计支架模型,支架的底部直径为10mm、高为3mm,线条宽带和线条间距为250μm。
13.将步骤11所得粘稠状产品作为打印材料进行支架打印。
14.将打印的支架放置于高温炉中600℃下煅烧2小时,去除PVA,得到β-TCP/Co支架。
本发明通过液相沉淀法制备含有钴的β型磷酸三钙(β-TCP),通过3D打印技术根据打印模型制备相应的骨支架,用于下颌骨的缺损部位。通过引入钴来增强修复支架的生物相容性,并且β-TCP中富含的钙和磷离子也可以直接用于下颌骨的修复。
与现有技术相比,本发明具有以下的优点与技术效果:
1)本发明成功地将Co添加至β-TCP当中,提升了β-TCP的细胞相容性。
2)本发明运用3d打印技术可以提升支架的孔隙率,较传统整块状支架相比,比表面积增大,有利于细胞向支架内部生长。
附图说明
图1为实施例1与实施例2制得的支架的细胞相容性的比较图;
图2为不同线条间隙的β-TCP支架的空隙连通率的比较图。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明的实施方式作进一步解释说明,但具体实施例并不对本发明做任何限定。
实施例1
1.配置200ml0.2mol/l的硝酸钙溶液;
2.配置200ml0.2mol/l的磷酸二氢铵溶液;
3.称取1.83g硝酸钴加入到100ml去离子水中,得到0.1mol/l硝酸钴溶液;
4.量取30ml0.2mol/l磷酸二氢铵溶液和50ml0.2mol/l硝酸钙溶液,以Ca/P为1.67的摩尔比混合,控制pH为7.5,得混合液;
5.取6.5ml0.1mol/l硝酸钴溶液逐滴加入到步骤4的混合液当中,pH为7.5;
6.搅拌半小时后静置24小时,离心20分钟得到沉淀物,将沉淀物用无水乙醇清洗2次;
7.将洗好的沉淀物在烘箱中100℃下干燥6小时;
8.干燥后的沉淀物进行研磨,然后在900℃下煅烧2小时;
9.煅烧后用乙醇湿式球磨6小时,得到β-TCP/Co复合粉体。
10.取0.5gPVA(聚乙烯醇)加至50ml去离子水中,加热至100℃并且搅拌至PVA全部溶解,冷却至室温。
11.将0.5gβ-TCP/Co复合粉体添加至1.0ml的PVA溶液中,并不断搅拌至粘稠状。
12.用3dsmax设计支架模型,支架的底部直径为10mm、高为3mm,线条宽带和线条间距为250μm。
13.将步骤11所得粘稠状产品作为打印材料进行支架打印。
14.将打印的支架放置于高温炉中600℃下煅烧2小时,去除PVA,得到β-TCP/Co支架。
实施例2
1.配置200ml0.2mol/l的硝酸钙溶液;
2.配置200ml0.2mol/l的磷酸二氢铵溶液;
3.量取30ml0.2mol/l磷酸二氢铵溶液和50ml0.2mol/l硝酸钙溶液,以Ca/P为1.67的摩尔比混合,控制pH为7.5;
4.搅拌半小时后静置24小时,离心20分钟得到沉淀物,将沉淀物用无水乙醇清洗2次;
5.将洗好的沉淀物在烘箱中100℃下干燥6小时;
6.将干燥后的沉淀物进行研磨,然后在900℃下煅烧2小时;
7.煅烧后用乙醇湿式球磨6小时,得到β-TCP复合粉体。
8.取0.5gPVA(聚乙烯醇)加至50ml去离子水中,加热至100℃并且搅拌至PVA全部溶解,冷却至室温。
9.将0.5gβ-TCP复合粉体添加至1.0ml的PVA溶液中,并不断搅拌至粘稠状。
10.用3dsmax设计支架模型,支架的底部直径为10mm、高为3mm,线条宽带和线条间距为250μm。
11.将步骤9所得粘稠状产品作为打印材料进行支架打印。
12.将打印的支架放置于高温炉中600℃下煅烧2小时,去除PVA,得到β-TCP支架。
实施例3
1.配置200ml0.2mol/l的硝酸钙溶液;
2.配置200ml0.2mol/l的磷酸二氢铵溶液;
3.量取30ml0.2mol/l磷酸二氢铵溶液和50ml0.2mol/l硝酸钙溶液,以Ca/P为1.67的摩尔比混合,控制pH为7.5;
4.搅拌半小时后静置24小时,离心20分钟得到沉淀物,将沉淀物用无水乙醇清洗2次;
5.将洗好的沉淀物在烘箱中100℃下干燥6小时;
6.将干燥后的沉淀物进行研磨,然后在900℃下煅烧2小时;
7.煅烧后用乙醇湿式球磨6小时,得到β-TCP复合粉体。
8.取0.5gPVA(聚乙烯醇)加至50ml去离子水中,加热至100℃并且搅拌至PVA全部溶解,冷却至室温。
9.将0.5gβ-TCP复合粉体添加至1.0ml的PVA溶液中,并不断搅拌至粘稠状。
10.用3dsmax设计支架模型,支架的底部直径为10mm、高为3mm,线条宽带和线条间距为240μm。
11.将步骤9所得粘稠状产品作为打印材料进行支架打印。
12.将打印的支架放置于高温炉中600℃下煅烧2小时,去除PVA,得到β-TCP支架。
实施例4
1.配置200ml0.2mol/l的硝酸钙溶液;
2.配置200ml0.2mol/l的磷酸二氢铵溶液;
3.量取30ml0.2mol/l磷酸二氢铵溶液和50ml0.2mol/l硝酸钙溶液,以Ca/P为1.67的摩尔比混合,控制pH为7.5;
4.搅拌半小时后静置24小时,离心20分钟得到沉淀物,将沉淀物用无水乙醇清洗2次;
5.将洗好的沉淀物在烘箱中100℃下干燥6小时;
6.将干燥后的沉淀物进行研磨,然后在900℃下煅烧2小时;
7.煅烧后用乙醇湿式球磨6小时,得到β-TCP复合粉体。
8.取0.5gPVA(聚乙烯醇)加至50ml去离子水中,加热至100℃并且搅拌至PVA全部溶解,冷却至室温。
9.将0.5gβ-TCP复合粉体添加至1.0ml的PVA溶液中,并不断搅拌至粘稠状。
10.用3dsmax设计支架模型,支架的底部直径为10mm、高为3mm,线条宽带和线条间距为260μm。
11.将步骤9所得粘稠状产品作为打印材料进行支架打印。
12.将打印的支架放置于高温炉中600℃下煅烧2小时,去除PVA,得到β-TCP支架。
实施例5
对实施例1与实施例2所得两组支架进行mBMSC培养。培养1、4和7天后,在避光条件下,CCK-8(2-(2-甲氧基-4-硝基苯基)-3-(4-硝基苯基)-5-(2,4-二磺酸苯)-2H-四唑单钠盐)与培养基按照10:1体积比配成工作液。分别将培养1、4和7天的细胞支架吸去培养基后,直接加入500mlCCK-8工作液中,放入培养箱培养30分钟。吹打混匀处理过细胞的CCK-8工作液,吸取100ml到96孔板,每孔取3个平行样,且不要有气泡。将孔板置于酶联检测仪上进行读数,处理结果。由图1可以看出,添加Co后细胞数目明显上升,说明与纯β-TCP支架相比,β-TCP/Co支架具有较好的生物相容性。
实施例6
采用MetrisUKSystemLTD的MicrofocusX-RayHARRIER型Micro-CT仪对实施例2、实施例3和实施例4制备的β-TCP支架进行孔隙连通率的分析。工作电压为60KV,电流为78μA。测试中是沿着支架的高度方向一层层的扫描支架,每层厚度是8.4μm。从图2中得出不同线条间隙的支架的孔隙连通率没有较大差异,不会对孔隙连通率造成影响。
Claims (6)
1.一种3D打印制备下颌骨修复材料的方法,其特征在于,包括下列步骤:
1)配置硝酸钙溶液;
2)配置磷酸二氢铵溶液;
3)称取硝酸钴加入到去离子水中,得到硝酸钴溶液;
4)量取磷酸二氢铵溶液和硝酸钙溶液,以Ca/P摩尔比为1.65~1.69的比例混合,控制pH在7~8之间,得混合液;
5)取硝酸钴溶液逐滴加入到步骤4)的混合液当中,pH控制在7~8之间;
6)将步骤5)所得混合液搅拌20~40min后静置22~26h,离心15~20分钟得到沉淀物,将沉淀物用无水乙醇清洗1~3次;
7)将洗好的沉淀物在烘箱中95~105℃下干燥5~6小时;
8)将干燥后的沉淀物进行研磨,然后在850~950℃下煅烧2~3小时;
9)煅烧后用乙醇湿式球磨6~7小时,得到β-TCP/Co复合粉体;
10)取0.4~0.6gPVA加至45~55ml去离子水中,加热搅拌至PVA全部溶解,冷却至室温,得PVA溶液;
11)将0.4~0.6gβ-TCP/Co复合粉体添加至0.8~1.2ml的PVA溶液中,并不断搅拌至粘稠状;
12)用3dsmax设计支架模型,支架的底部直径为8~12mm、高为2.5~3.5mm,线条宽带和线条间距为240~260μm;
13)将步骤11)所得粘稠状产品作为打印材料进行支架打印;
14)将打印的支架放置于高温炉中580~620℃下煅烧1.5~2.5h,去除PVA,得到β-TCP/Co支架。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印制备下颌骨修复材料的方法,其特征在于,步骤1)中,所述硝酸钙溶液中硝酸钙9.450g~10.000g,去离子水180~220ml。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印制备下颌骨修复材料的方法,其特征在于,步骤2)中,所述磷酸二氢铵溶液中磷酸二氢铵4.600g~5.000g,去离子水180~220ml。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印制备下颌骨修复材料的方法,其特征在于,步骤3)中,所述硝酸钴为1.81~1.85g,去离子水为95~105ml。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印制备下颌骨修复材料的方法,其特征在于,步骤4)中,所述磷酸二氢铵溶液为28~32ml,硝酸钙溶液为48~52ml。
6.根据权利要求1所述的一种3D打印制备下颌骨修复材料的方法,其特征在于,步骤5)中,所述硝酸钴溶液为6.4~6.6ml。
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Legal Events
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20160601 |