一种整形外科植入材料的快速成型制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医用材料的制备技术领域，具体涉及一种整形外科植入材料的快速成型制备方法。
【背景技术】
[0002]爱美是人的天性，随着科技的不断进步和人们经济能力的提升，人们对美的追求方式也更加多样化，整形美容就是其中之一。整形外科是是采用医学和艺术的手段，对人体组织、器官的残缺、畸形，进行修复和重建，以及对正常人形体的美化和再塑造，达到功能的恢复和重建，形态的改善和美化。整形外科是以手术的方法进行各种组织的移植，可采用自体组织或异体组织，然而自体组织来源十分有限，且产生二次手术，给患者带来更多痛苦；异体组织移植又存在着免疫排斥反应和携带病毒及细菌的风险。因此采用具有良好生物相容性的生物材料，并在体外构建成与整形部位相匹配的形状后植入体内，是一种可取的整形手段。然而，如何根据不同病人的要求和所用材料的特点，精确控制植入支架的几何外形、孔径、孔隙率及孔的分布，快速制定个性化的整形治疗方案，是目前急待解决的问题之一Ο
[0003]快速成型技术(RP)诞生于20世纪80年代后期，是基于离散和堆积的原理，通过CT、核磁共振成像扫描人体病变缺损区后，利用计算机建立与人体病变缺损区几何形体一致的CAD模型，或根据产品的要求，在计算机上设计出三维模型，然后对其进行分层切片，把各层断面的轮廓作近似处理，并用一系列小三角形平面来逼近模型，通过STL格式文件传输到快速成型机进行加工，在指定部位精确堆积，制造与计算机建立CAD模型相一致的零件的技术。RP可以精确地调控孔径大小、孔隙率以及支架的几何形状而不受复杂程度的影响。将快速成型技术与生物医用材料结合起来应用于整形外科，是一种全新的思路，具有非常广阔的应用前景。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种整形外科植入材料的快速成型制备方法。
[0005]本发明将快速成型技术与生物医用材料结合起来，制备一种整形外科植入材料，该制备方法不仅工艺方便快捷，操作步骤简单，而且可根据不同病人的要求和材料的特点，制定个性化的整形治疗方案，精确地调控支架的几何形状和内部结构，更好地与特定的整形部位相匹配。
[0006]本发明目的通过如下技术方案实现:
一种整形外科植入材料的快速成型制备方法，包括以下步骤:
(1)利用计算机辅助设计(CAD)软件设计出整形部位的三维结构模型，并把该三维模型保存为STL格式文件，然后导入三维打印机中，用分层软件进行分层处理；
(2)将可植入的生物材料用去离子水配制成溶液或直接加入三维打印机中，设置打印温度、平台温度、针头大小、挤出压力、挤出速度、内部结构和孔径参数，然后启动三维打印机将整形部位的三维结构模型逐层打印成型，得三维结构支架雏形；
(3)最后将得到的三维结构支架雏形进行后处理或不处理直接得到一种整形外科的植入材料。
[0007]进一步地，所述的整形外科植入材料可用于以下整形部位的任意一处或多处:胸部、臀部、鼻梁、下颂、额头、眼部和唇部；
进一步地，步骤(1)中，所述三维结构模型为根据人体不同整形部位利用计算机辅助软件设定成特定形状、特定尺寸、特定规格的三维结构模型；
进一步地，步骤(2)中，所述可植入的生物材料为以下任意一种或多种:脱细胞胶原、透明质酸、海藻酸钠、壳聚糖、硅胶、琼脂、乳酸一羟基乙酸共聚物、聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚羟基脂肪酸酯、羟基磷灰石、磷酸三钙和生物玻璃；
进一步地，步骤(2)中，所述材料打印温度为2~170°C，平台温度为0~65°C，针头大小为0.2-0.4_，挤出压力为 1.0-3.5bar，挤出速度为 1.0-5.0mm/s，孔径为 0.1-1.2mm;
进一步地，步骤(2)中，所述内部结构为喷头角度0~179°交错排列，分层厚度为0.16—0.32mm;
进一步地，步骤(2)中，所述生物材料配制成的溶液中，溶液浓度为0.01-0.2g/ml;
进一步地，步骤(3)中，所述三维结构支架雏形的孔隙率为60~80%，孔隙连通率为90%以上；
进一步地，步骤(3)中，所述后处理方法为以下任意一种或多种:冷冻干燥、真空干燥、京尼平交联和800~1200°C煅烧；所述京尼平的浓度为0.1-0.5mg/ml0
[0008]与现有技术相比，本发明具有如下优点及技术效果:
(1)本发明中，整形外科植入材料的支架雏形由快速成型技术制备而成，不仅制备工艺方便快捷，操作步骤简单，而且可根据不同病人的要求和材料的特点，制定个性化的整形治疗方案，更好地与特定整形部位相匹配。
[0009](2)本发明使用可植入的生物材料制备支架，无免疫排斥反应，具有良好的生物相容性。
[0010](3)本发明制备的整形外科植入材料不仅具有个性化的外观，同时还具有复杂多孔的内部结构，因此在体内起到填充作用的同时，还有利于细胞、血管和组织的生长，从而使材料具有一定的生物活性。
[0011]
【附图说明】
[0012]图1为本发明具体实施例的过程示意图。
[0013]图2为本发明实施例1鼻梁整形植入材料内部结构的上表面三维显微镜图片。
[0014]图3为本发明实施例1鼻梁整形植入材料内部结构的横截面三维显微镜图片。
[0015]图4为小鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)在本发明实施例1中得到的鼻梁整形植入材料上增殖情况的时间-0D值图。
【具体实施方式】
[0016]为进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例。
[0017]实施例1
一种鼻梁整形植入材料的快速成型制备方法，包括以下步骤:
(1)利用计算机辅助设计(CAD)软件设计出鼻梁整形部位的三维结构模型，并把该三维模型保存为STL格式文件，然后导入三维打印机中，用分层软件进行分层处理；
(2)将2g分子量3.1万、PLA:PGA为50:50的聚乳酸一羟基乙酸共聚物加入三维打印机的不锈钢料筒中，在VisualMachines软件中设置打印温度为150°C，平台温度为20°C，静置30min使材料充分熔融混合均匀；然后设置针头大小为0.2mm，挤出压力为3bar，挤出速度为1.5mm/s，孔径为0.6mm，内部结构为0°和90°交错排列，分层厚度为0.16mm ;启动三维打印机将鼻梁整形部位的三维结构模型逐层打印成型；
(3)将得到的鼻梁整形部位的三维结构支架雏形用磷酸盐缓冲液(PBS)清洗三次，得到一种鼻梁整形外科的植入材料。经CT测量，得到的鼻梁整形外科植入材料的孔隙率为78.6%，孔隙连通率为98.3%。
[0018]如附图所示，图1为具体的过程示意图；图2为鼻梁整形植入材料内部结构的上表面三维显微镜图片；图3为鼻梁整形植入材料内部结构的横截面三维显微镜图片；图4为小鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)在鼻梁整形植入材料上增殖情况的时间-0D值图。
[0019]体外细胞毒性实验(CCK-8法):
设置空白组(BMSCs小鼠间充质干细胞)，实验组(3D打印鼻梁整形外科植入材料、BMSCs小鼠间充质干细胞)。种植细胞前，先将3D打印鼻梁整形外科植入材料于体积分数为75%的乙醇溶液中浸泡2h，然后将其取出用PBS洗涤5遍，分别将材料的每个面在紫外灯下照射30min。然后，将材料于37°C下分别浸没在培养基中过夜，随后每孔加入L929细胞悬液500 μ 1，放入37°C、5% 二氧化碳、95%湿度的培养箱中培养。
[0020]利用细胞增殖检测试剂盒CCK-8评价BMSCs细胞在鼻梁整形外科植入材料上的增殖情况。在预定时间点将CCK-8原液用培养基按1:10 (v/v)稀释得到工作液；吸去孔板中的培养基，向每孔加入200 μ 1工作液；在培养箱中避光孵育2h后，轻微振荡混匀，然后吸去100 μ 1上清工作液至96孔板中，用酶标仪在450nm波长处检测其吸收值，记录0D值(如图4)。由图4可知，本发明3D打印鼻梁整形外科植入材料安全无毒副作用，具有良好的生物相容性。
[0021]实施例2
一种胸部整形植入材料的快速成型制备方法，包括以下步骤:
(1)利用计算机辅助设计(CAD)软件设计出胸部整形部位的三维结构模型，并把该三维模型保存为STL格式文件，然后导入三维打印机中，用分层软件进行分层处理；
(2)将15g脱细胞胶原加入100ml去离子水中，搅拌2h至完全溶解，得到脱细胞胶原水溶液，将其过滤后把滤液加入三维打印机的料筒中，离心，静置24小时；然后在VisualMachines软件中设置打印温度为室温，平台温度为10°C，针头大小为0.3mm，挤出压力为1.2bar，挤出速度为3.0mm/s，孔径为0.8mm，内部结构为0°和90°交错排列，分层厚度为0.24mm ;启动三维打印机将胸部整形部位的三维结构模型逐层打印成型；
(3)用去离子水配制0.25mg/ml的京尼平水溶液100ml，将得到的胸部整形部位的三维结构支架雏形放入京尼平水溶液中处理20min，然后取出用磷酸盐缓冲液(PBS)清洗三次，得到一种胸部整形植入材料