本技术涉及医用材料，尤其涉及一种采用光固化3d打印方式制备颅骨骨瓣的方法。
背景技术：
1、现有的3d打印颅骨技术主要为金属材料的打印，但是对于医疗器械生产专用材料，大多需要进行严格的体内、外生物学评价，以防止各类生物性风险的发生。金属材料不具有生物活性，并且其导热、导电性能较差，此为3d打印颅骨目前存在的主要缺点。与此同时，由于3d打印成型原理不同，需要打印材料能够液化或丝化或粉末化，打印后又能重新结合起来，因此3d打印对原材料也有特殊要求。材料的研制难度大、评价周期长，是3d打印辅助医疗器械研发的难点和核心。
2、在目前常用的3d打印方式中，微挤出式生物3d打印操作简单、高效、成本相对低，是3d打印骨修复支架的可靠工艺技术，但由于打印过程中往往涉及有机溶剂或高温，所以会丧失支架的生物活性。同时其打印精度不高，容易导致打印物孔径相对较大，不利于细胞沉积和黏附。光固化打印方式虽然是打印单一有机生物材料常用打印方式，但由于其打印方式的固有缺陷导致在打印纳米级材料时无法实现打印材料的均匀分散。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本技术提供一种采用光固化3d打印方式制备颅骨骨瓣的方法，其采用甲基丙烯酰化明胶(gelma)和纳米黏土作为打印材料，具有良好的光交联特性和良好的生物相容性以及满足支撑功能的机械强度；打印前的超声混匀弥补了光固化3d打印方法的固有缺陷，使得打印后的细胞外基质组分均匀分散在整个结构中，有益于颅骨的修复。
2、本技术的附加特征和优点将在以下说明书中部分阐明，并且根据该说明书在某种程度上将是显而易见的，或者可以由本技术的实践获知。本技术的目的和其他优点将通过说明书的所附权利要求中特别指出的要素及组合加以实现和获得。
3、为了获得上述优点，本技术提供一种适用于颅骨修复的3d打印光固化材料，所述方法包括以下步骤：
4、(1)3d打印模型构建：根据患者颅部扫描数据生成对应的3d模型；
5、(2)3d打印墨水配制：称取可光交联的水凝胶，与配制好的纳米黏土溶液混合均匀，再加入光引发剂和阻光剂；
6、(3)光固化3d打印：将配制好的3d打印墨水通过超声混匀再填充至光固化3d打印机的墨水仓中用于3d打印，然后将预先设计的3d模型转移至光固化3d打印机中进行打印，即得到所述颅骨骨瓣。
7、其中，所述纳米黏土溶液中包含有细胞外基质组分。
8、本技术采用以有机成分为主的可光交联的水凝胶与以无机成分为主的纳米黏土作为光固化打印墨水的主要材料，纳米粘土经过超声均匀分散在具有光敏感性的水凝胶内部，水凝胶粘合性能可以使纳米粘土在打印过程中均匀的分散在骨瓣的不同位置，同时本技术在打印前对打印墨水进行了超声混匀，更利于纳米黏土溶液中的细胞外基质组分在颅骨骨瓣整体结构中的均匀分散。
9、为了便于将扫描数据转化为3d打印模型，所述步骤(1)中患者颅部扫描数据是通过ct扫描或mri方式获取。
10、为了获得打印性能更好的3d打印墨水，所述步骤(2)3d打印墨水配制具体为：称取5wt％至20wt％的可光交联的水凝胶，与1wt％至4wt％的纳米黏土混合均匀，再加入0.5wt％至5wt％的光引发剂以及0.001wt％至3wt％的阻光剂。通过试验验证，在上述组分浓度范围内，打印成型后的颅骨骨瓣更加精细，硬度和韧性等机械强度也得到了很好的均衡，使得该颅骨骨瓣对颅内起到更好的保护和修复作用。
11、为了获得更快的成胶速度和更好的力学性能，本技术的所述可光交联的水凝胶为甲基丙烯酰化明胶、甲基丙烯酰化海藻酸钠或甲基丙烯酸酯化透明质酸中的至少一种。进一步的，所述可光交联的水凝胶为甲基丙烯酰化明胶，甲基丙烯酰化明胶(gelma)可注射、成胶快、机械性能较好，同时生物相容性好，适合定制生物打印。
12、为了获得光固化组合物中可光交联的水凝胶的机械强度且不会影响水凝胶的光敏特性，本技术所述纳米黏土为羟基磷灰石、磷酸三钙、硅酸镁锂中的至少一种。进一步的，所述纳米黏土为硅酸镁锂，硅酸镁锂具有纳米级的2d结构，其理化性能和生物相容性都十分优良，且具有一定的抗菌性，能够促进细胞增值和分化。
13、为了在颅骨骨瓣上形成支撑体，将细胞连接在一起，本技术在纳米黏土溶液中加入了细胞外基质组分，所述细胞外基质组分包括钙磷脂成分、胶原蛋白以及糖胺聚糖中的至少一种，其含有大量的信号分子，积极参与控制细胞的生长、极性、形状、迁移和代谢活动。
14、为了使得光固化组合物具有促进骨细胞、血管分化、神经免疫环境的重建等过程的功能，所述光固化组合物加入了趋化因子。趋化因子可以随光固化组合物进入颅骨环境后，促使颅骨在修复过程中的细胞分化、神经免疫环境重建。
15、进一步的，所述趋化因子为cntf神经因子、vegf血管因子、bmp2骨修复因子中的至少一种。cntf神经因子能在神经系统中促进神经递质的合成和某些神经元群的轴突生长，同时也能在骨表面细胞中表达；vegf血管因子具有促进血管通透性增加、细胞外基质变性、血管内皮细胞迁移、增殖和血管形成等作用；bmp2骨修复因子能刺激dna的合成和细胞的复制，从而促进间充质细胞定向分化为成骨细胞。它还是体内诱导骨和软骨形成的主要因子，并在肢体生长、软骨内骨化、骨折早期、软骨修复时表达，对骨骼的胚胎发育和再生修复起重要作用。进一步的，为了让光固化组合物在进入颅骨后更好地促进颅骨缺损部位的骨细胞修复分化、周围血管的生成，所述趋化因子由cntf神经因子、vegf血管因子、bmp2骨修复因子共同组成，在颅骨内协同作用，促进颅骨修复。
16、为了让细胞外基质组分在颅骨骨瓣整体结构上分散均匀，所述步骤(3)中的超声混匀功率为1000-1300w，优选的，所述超声混匀功率为1200w，超声混匀时间为0.5-1.5s，在上述参数范围内的超声混匀能够实现更好的分散效果，同时不会由于频率过高或时间过长对细胞外基质产生损害。
17、为了便于光固化3d打印机进行打印，所述步骤(3)中的3d模型先通过模型切片切成若干二维层，再将所述二维层转移至光固化打印机中进行打印。
18、有益效果：
19、(1)本技术采用以有机成分为主的可光交联的水凝胶与以无机成分为主的纳米黏土作为光固化打印墨水的主要材料，满足了光固化3d打印对材料的特殊要求，相比于金属材料来说，3d打印水凝胶与纳米黏土结合材料在具有足以匹配原生颅骨机械性能的同时大大缩短了后续打印颅骨打磨处理的时间，并且其较高的生物活性和柔软的特性，此种3d打印植入物缩短患者的痛苦和紧张的适应阶段。同时，由于采用该纳米黏土和水凝胶体系的打印墨水提高了光固化3d打印的打印精度，使得打印颅骨骨瓣足以仿生人体脑膜和骨髓腔的复杂结构，对于颅骨缺损来说，脑膜和骨髓腔仿生结构的构建对其在颅骨缺损修复中的贡献也是十分重要。
20、(2)本技术使用纳米黏土和水凝胶体系打印墨水，纳米粘土经过超声均匀的分散在具有光敏感性的水凝胶内部，水凝胶粘合性能可以使纳米粘土在打印过程中均匀的分散在骨瓣的不同位置，同时再加上本技术在打印前对打印墨水进行了超声混匀，两者共同作用更利于纳米黏土溶液中的细胞外基质组分在颅骨骨瓣整体结构中的均匀分散。
1.一种采用光固化3d打印方式制备颅骨骨瓣的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种采用光固化3d打印方式制备颅骨骨瓣的方法，其特征在于，所述步骤(1)中患者颅部扫描数据是通过ct扫描或mri方式获取。
3.如权利要求1所述的一种采用光固化3d打印方式制备颅骨骨瓣的方法，其特征在于，所述步骤(2)3d打印墨水配制具体为：称取5wt％至20wt％的可光交联的水凝胶，与1wt％至4wt％的纳米黏土混合均匀，再加入0.5wt％至5wt％的光引发剂以及0.001wt％至3wt％的阻光剂。
4.如权利要求1或3中任一项所述的一种采用光固化3d打印方式制备颅骨骨瓣的方法，其特征在于，所述可光交联的水凝胶为甲基丙烯酰化明胶、甲基丙烯酰化海藻酸钠或甲基丙烯酸酯化透明质酸中的至少一种。
5.如权利要求1或3中任一项所述的一种采用光固化3d打印方式制备颅骨骨瓣的方法，其特征在于，所述纳米黏土为羟基磷灰石、磷酸三钙、硅酸镁锂中的至少一种。
6.如权利要求1所述的一种采用光固化3d打印方式制备颅骨骨瓣的方法，其特征在于，所述细胞外基质组分包括钙磷脂成分、胶原蛋白以及糖胺聚糖中的至少一种。
7.如权利要求1所述的一种采用光固化3d打印方式制备颅骨骨瓣的方法，其特征在于，所述纳米黏土溶液还包括趋化因子。
8.如权利要求7所述的一种采用光固化3d打印方式制备颅骨骨瓣的方法，其特征在于，所述趋化因子为cntf神经因子、vegf血管因子、bmp2骨修复因子中的至少一种。
9.如权利要求1所述的一种采用光固化3d打印方式制备颅骨骨瓣的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的超声混匀功率为1000-1300w，超声混匀时间为0.5-1.5s。
10.如权利要求1所述的一种采用光固化3d打印方式制备颅骨骨瓣的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的3d模型先通过模型切片切成若干二维层，再将所述二维层转移至光固化打印机中进行打印。
