【摘 要】
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人工骨植入人体来进行骨骼修复是目前临床医学的研究重点。在人工骨制备过程中,互联互通的孔隙与机械性能是两大关键特征。传统方法以及目前市场上主流的金属3D打印方法对金属材料的加工受到一定限制,无法加工特定形状的微小孔隙(小于200μm)。同时人工骨的机械性能与其内部孔隙关联度高,二者很难同时符合人体需求。为制备具有高精度微小孔隙结构的人工骨,制备结构、性能两者皆符合人体需求的人工骨,本文选用浆料直写3
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人工骨植入人体来进行骨骼修复是目前临床医学的研究重点。在人工骨制备过程中,互联互通的孔隙与机械性能是两大关键特征。传统方法以及目前市场上主流的金属3D打印方法对金属材料的加工受到一定限制,无法加工特定形状的微小孔隙(小于200μm)。同时人工骨的机械性能与其内部孔隙关联度高,二者很难同时符合人体需求。为制备具有高精度微小孔隙结构的人工骨,制备结构、性能两者皆符合人体需求的人工骨,本文选用浆料直写3D打印技术,探究其浆料成型能力,制备高精度微小孔隙人工骨支架并探究其对于生物降解性能的影响;同时提出并证明利用金属造孔剂制造微观孔隙,独立于结构孔隙调节其机械特性的方法,制备结构、性能皆符合人体需求的人工骨支架。对于解决眼前优质人工骨短缺的问题,促进金属人工骨的临床应用,推动骨组织工程发展和进步具有帮助作用。本研究采用浆料直写3D打印技术,选择二氯甲烷、聚乳酸、45μm粒径的铁粉作为金属浆料的原材料,对金属粉末、浆料进行特征分析证明其加工可行性,通过球磨混合、气动挤出、烧结处理等过程制备出人工骨支架,对复杂结构进行打印证明其成型能力,该技术的原理及制造工艺可制备微小孔隙样件,为接下来的实验奠定基础。利用浆料直写的加工特性,制备高精度不同梯度孔隙大小的铁人工骨支架,分别在烧结前后测量其尺寸特征,拟合得出设计-打印、设计-烧结后成型样件的孔隙尺寸变化参数,并根据气压波动、喷嘴制造误差、浆料粘度性质波动、线条坍塌、溶剂挥发以及烧结收缩等因素分析其误差原因。测定不同孔隙大小的样件机械性能及生物降解性能,根据p H值、质量损失以及样件表面降解产物等分析不同孔隙大小对其影响变化,发现100μm样件不仅可以以高表面积比进行较高速率的降解反应,也可在降解过程中进行较高效率的体液物质交换。根据烧结期间各材料的变化过程,选择合适的造孔剂,制定不同配比的浆料并打印样件。通过对不同参数样件的烧结前后线条表面微观表征的观测、横切面观测、质量以及尺寸的测量、金属成分的对比,证明该方法可在线条内部制造微观孔隙。对制造出的不同结构孔隙率的样件进行机械性能测试,发现其可调节范围增大,有利于制造不同需求的孔隙率-机械性能人工骨。
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