一种3D打印多孔生物陶瓷义眼台的制备方法

本发明涉及义眼台制备，尤其涉及一种3d打印多孔生物陶瓷义眼台的制备方法。

背景技术：

1、在严重眼眶损伤，眼内癌和其他危及生命的疾病的情况下，有时必须通过手术切除患者的受损眼睛，单纯眼球摘除或眼球内容物剜除术后，常引起上睑板沟凹陷；下睑缘下沉，义眼片陷没、呆滞、不能转动；甚至下睑外翻，下穹窿消失，义眼经常滑脱等眼部畸形；这些症状可以统称为眼球摘除后畸形综合症，给患者带来沉重的精神和心理负担，影响患者社会活动，降低了他们的生活质量，因此切除眼睛后，将眼眶植入物放入无眼眼窝中，以提供足够的体积恢复并改善正常眼睛的外观；

2、目前最常见的义眼台植入体，按材料分为三类。第一类是羟基磷灰石（hydroxyapatite，ha）义眼支架。ha义眼支架于1989年由fda批准上市，在我国市场份额占比最大。其问题在于，ha原材料取自天然珊瑚，随着珊瑚禁采令的颁布，该产品生产成本一路走高。其次是高密度聚乙烯medpor（porex surgical inc., newnan, ga）义眼支架。具有良好的机械 强度、化学稳定性及无毒性，作为眶内植入材料已被广泛应用于临床。但是，medpor材料有强疏水性，不能为种子细胞的附着和生长提供良好的生物界面，另有实验显示medpor血管化速度较ha和氧化铝慢，因此，该产品在生物相容性上有缺陷，第三类是生物陶瓷氧化铝（bioceramic，aluminum oxide，al2o3）义眼支架，它在三类材料中质量最轻，生产成本最低；

3、氧化铝组成的生物陶瓷义眼是一种具有好的生物相容性，整合性的植入物，其安全性与常用替代品 (例如羟基磷灰石和高密度聚乙烯) 相当，氧化铝由于其耐用和生物惰性材料的特性，已经广泛用于骨科和假牙，它的表面促进成纤维细胞的增殖，并且在插入体内时，蛋白质涂层起“免疫伪装”的作用，从而促进其与眼眶组织的整合，氧化铝是一种高度生物相容性材料，因此al2o3较ha和medpor相比，其继发性眼眶炎症和眼座暴露率较低，且最近的研究还表明，氧化铝眼眶植入物的术后暴露是可以修复的；

4、采用3d打印制备氧化铝义眼台可以根据患者的不同情况而设计义眼台的形状，同时使用3d打印技术相对于模板法可以控制孔径大小和孔径方向，有利于纤维组织在义眼台中的附着和生长，像tarjani 、vivek dave等人使用3d打印制备了用于矫正义眼台迁移的植入物，使用计算机断层扫描(ct)眼眶内的细节，并根据不同眼眶形状打印合适的植入物，jenny、jarry等人使用3d打印眼眶植入物并且植入到马眼中，实验结果显示在植入物内部有软组织覆盖，证明使用3d打印义眼台可行，因此本发明提出一种3d打印多孔生物陶瓷义眼台的制备方法。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出一种3d打印多孔生物陶瓷义眼台的制备方法，该3d打印氧化铝多孔生物陶瓷义眼台的制备方法通过制备氧化铝，然后分别以氧化铝和拟薄水铝石未原料，并对加工环境进行控制，再通过3d打印技术对义眼台进行打印。

2、为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种3d打印多孔生物陶瓷义眼台的制备方法，通过以下步骤制作而成；

3、s1、制备高纯氧化铝粉体：以异丙醇铝、去离子水和异丙醇为原料，其中异丙醇铝与异丙醇与去离子水的比例为1:1:4，再进行加热搅拌，得到拟薄水铝石胶体，使用离心机对胶体进行离心，将离心后的胶体放入烘箱进行干燥，干燥后的固体放到玛瑙研钵中研磨得到拟薄水铝石粉末，再将粉末放到管式炉中在1200℃下生成α-al2o3粉末；

4、s2、分别以拟薄水铝石粉末和α-al2o3粉末为前驱体进行3d打印，将得到的拟薄水铝石粉末和α-al2o3粉末分别过400目的筛子，再分别加入pva粘结剂，从而制成打印墨水；

5、s3、将聚己内酯溶于三氯甲烷后、再加入异丙醇铝制成支撑墨水，用于支撑材料的打印；

6、s4、使用solidworks软件设计好具有球形和蛋形的3d模型，在球形和蛋形的下端预设手术穿线隧道，球形的直径为18-22 mm，蛋形的长短径之比为1.35，保存stl格式并将其导入打印软件切片；

7、s5、将打印墨水和支撑墨水分别装入3d-bioplotter的两个打印仓中，选用锥形pp点胶针头，在一定的气体压力下，将墨水以一定的速度挤压出来，并且层层堆积获得符合模型的成品，通过控制打印速度、打印层厚、打印路线和填充间距来控制孔道结构和孔径大小；

8、s6、将打印好的球体或者椭球体放到干燥的地方进行24h的干燥，干燥后将其放到管式炉中烧结，然后冷却到室温；

9、s7、轻擦支撑材料，将支撑材料去除，使用砂纸对义眼台表面粗糙的地方进行打磨。

10、进一步改进在于：步骤s1中，加热搅拌时的温度为55℃，反应时长为5h，离心时的离心机的离心转速为10000r/min，离心时间为10min，干燥时的干燥温度为60℃，时间为12h，烧结时管式炉中烧结先以4℃/min升到1000℃，再以2℃/min升到1200℃后保温5h，最后自然降温到室温。

11、进一步改进在于：步骤s2中，将5g聚乙烯醇与45ml去离子水混合，在加热搅拌台上以95℃搅拌5h，冷却到室温得到pva粘结剂，聚乙烯醇与去离子水的比例为1：9。

12、进一步改进在于：步骤s2中，拟薄水铝石粉末与pva的比例为1:0.9, 氧化铝粉末与pva的比例为1.2:1。

13、进一步改进在于：步骤s3中，三氯甲烷与聚己内酯与异丙醇铝的比例为2.86:0.83:1.2。

14、进一步改进在于：步骤s5中，使用的点胶针头为20g-22g，打印气压为1-5mpa，打印速度为3mm/min-8mm/min。

15、进一步改进在于：步骤s6中，在管式炉中烧结先以4℃/min升到1500℃，再以5℃/min降温到1450℃，保温4h。

16、本发明的有益效果为：本发明采用异丙醇铝水解法制备氧化铝生物陶瓷，其具有低密度、耐磨、稳定性高以及良好生物相容性的特点，结合计算机断层扫描（ct）眼眶内细节使用solidworks软件设计合适的模型，再使用3d打印技术，可以得到最适合的植入物，并且速度相对于模板法更快，成本更低，同时通过控制打印速度、打印层厚、打印路线和填充间距来控制孔道结构和孔径大小更有利于纤维组织的生长，减少植入物的暴露率，而采用拟薄水铝石粉末打印的义眼台其密度比α-氧化铝打印的义眼台的密度更小，而且孔隙率更高。

技术特征：

1.一种3d打印多孔生物陶瓷义眼台的制备方法，其特征在于：通过以下步骤制作而成；

2.根据权利要求1所述的一种3d打印多孔生物陶瓷义眼台的制备方法，其特征在于：步骤s1中，加热搅拌时的温度为55℃，反应时长为5h，离心时的离心机的离心转速为10000r/min，离心时间为10min，干燥时的干燥温度为60℃，时间为12h，烧结时管式炉中烧结先以4℃/min升到1000℃，再以2℃/min升到1200℃后保温5h，最后自然降温到室温。

3.根据权利要求1所述的一种3d打印多孔生物陶瓷义眼台的制备方法，其特征在于：步骤s2中，将5g聚乙烯醇与45ml去离子水混合，在加热搅拌台上以95℃搅拌5h，冷却到室温得到pva粘结剂，聚乙烯醇与去离子水的比例为1：9。

4.根据权利要求1所述的一种3d打印多孔生物陶瓷义眼台的制备方法，其特征在于：步骤s2中，拟薄水铝石粉末与pva的比例为1:0.9, 氧化铝粉末与pva的比例为1.2:1。

5.根据权利要求1所述的一种3d打印多孔生物陶瓷义眼台的制备方法，其特征在于：步骤s3中，三氯甲烷与聚己内酯与异丙醇铝的比例为2.86:0.83:1.2。

6.根据权利要求1所述的一种3d打印多孔生物陶瓷义眼台的制备方法，其特征在于：步骤s5中，使用的点胶针头为20g-22g，打印气压为1-5mpa，打印速度为3mm/min-8mm/min。

7.根据权利要求1所述的一种3d打印多孔生物陶瓷义眼台的制备方法，其特征在于：步骤s6中，在管式炉中烧结先以4℃/min升到1500℃，再以5℃/min降温到1450℃，保温4h。

技术总结本发明提供了一种3D打印多孔生物陶瓷义眼台的制备方法,涉及义眼台制备领域，通过以下步骤制作而成：S1、制备高纯氧化铝粉体：以异丙醇铝、去离子水和异丙醇为原料，其中异丙醇铝与异丙醇与去离子水的比例为1:1:4，再进行加热搅拌，得到拟薄水铝石胶体，使用离心机对胶体进行离心，将离心后的胶体放入烘箱进行干燥，干燥后的固体放到玛瑙研钵中研磨得到拟薄水铝石粉末，再将粉末放到管式炉中在1200℃下生成α‑Al2O3粉末；S2、分别以拟薄水铝石粉末和α‑Al2O3粉末为前驱体进行3D打印；本发明能够获得一种新的3D打印多孔生物陶瓷义眼台，为义眼修护提供技术支持。技术研发人员：朱敏,张博,孙俏受保护的技术使用者：上海理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29