一種4d打印成型人工血管支架的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種4D打印成型人工血管支架的方法，包括以下步驟：1)以形狀記憶聚合物或形狀記憶合金作為可變形材料單元，以聚合物材料或金屬材料作為基體材料單元，設(shè)計(jì)血管支架初始構(gòu)型；2)采用熔融直接成型方法將可變形材料單元和基體材料單元，打印成所需要的3D初始構(gòu)型，或者選擇激光選區(qū)熔化成型或微噴熔滴電磁約束成型中的一種，作為形狀記憶合金打印成型方式制造血管支架；3)對(duì)步驟2)得到的3D初始構(gòu)型或血管支架進(jìn)行保溫、緩冷處理；4)對(duì)成型后的血管支架進(jìn)行性能測(cè)試，包括力學(xué)性能測(cè)試、激勵(lì)變形測(cè)試、醫(yī)學(xué)性能測(cè)試，使血管支架滿足使用要求，至此，完成人工血管支架的4D打印成型。
【專利說明】-種4D打印成型人工血管支架的方法 【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001] 本發(fā)明屬于增材成型制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種4D打印成型人工血管支架的 方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 血管支架是指在管腔球囊擴(kuò)張成形的基礎(chǔ)上，在病變段置入內(nèi)支架以達(dá)到支撐狹 窄閉塞段血管，減少血管彈性回縮及再塑形，保持管腔血流通暢的目的，部分內(nèi)支架還具有 預(yù)防再狹窄的作用。血管支架的制造是一項(xiàng)復(fù)雜精細(xì)工程，血管支架自身的尺度一般直徑 只有2mm?4mm，金屬絲直徑為0. 15mm?0. 20mm左右，微細(xì)血管要求金屬絲直徑為0. 05? 0.09mm甚至更細(xì)。人工血液支架因其網(wǎng)格薄壁和金屬細(xì)絲螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，加工制造困難， 通常采用薄壁管材激光雕刻復(fù)雜的工藝方式制造，只能生產(chǎn)固定規(guī)格大小，植入后無法與 血管直徑完全適應(yīng)，需采用球囊快速擴(kuò)張實(shí)現(xiàn)支架與血管內(nèi)壁貼合，容易造成血管壁的撕 裂損傷而引起的后續(xù)免疫反應(yīng)，以及平滑肌過度遷移增殖反應(yīng)。支架在球囊作用下強(qiáng)迫變 形拉大，材料的性能發(fā)生變化，長(zhǎng)期留存體內(nèi)容易造成支架再狹窄，引發(fā)血管血栓。
[0003] 形狀記憶材料由于具有多種特殊性能，如偽彈性、形狀記憶效應(yīng)、生物相容性、高 的比強(qiáng)度、高耐蝕性、高耐磨性、良好的抗疲勞性能，成為不斷發(fā)展的先進(jìn)材料。因此，形狀 記憶合金被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療和汽車等方面。然而，由于嚴(yán)重的加工硬化和偽彈 性，形狀記憶合金的傳統(tǒng)加工會(huì)造成嚴(yán)重的刀具磨損、費(fèi)時(shí)以及低維畸變。傳統(tǒng)的方法，如 激光加工、水射流加工（WJM)和電化學(xué)加工（ECM)進(jìn)行機(jī)械加工，但這些方法受限于該材料 的復(fù)雜性和力學(xué)性能。電火花加工（EDM)和線切割（WEDM)能夠加工具有復(fù)雜形狀和精密 尺寸的形狀記憶合金，但對(duì)于微小尺寸的薄壁構(gòu)件由于裝夾困難，無法實(shí)現(xiàn)加工。
[0004] 4D打印技術(shù)與3D打印相比特點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)自我組裝，可變形材料會(huì)在指定時(shí) 間之內(nèi)變形為所需的形狀。因此，采用4D打印技術(shù)加工心臟血管支架，成型后在外場(chǎng)激勵(lì) 下發(fā)生彎曲、扭曲、膨脹等自我變形最終達(dá)到預(yù)設(shè)三維空間構(gòu)型，使其在植入人體時(shí)無需球 囊擴(kuò)張或在較小擴(kuò)張力作用下即可通過自我變形實(shí)現(xiàn)支架與血管內(nèi)壁的緊密穩(wěn)定貼合，降 低球囊擴(kuò)張過程對(duì)血管壁的強(qiáng)烈沖擊、降低血管壁撕裂風(fēng)險(xiǎn)，減輕病患痛苦。同時(shí)，成型過 程不受結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的限制，與傳統(tǒng)制造方法相比，更容易滿足力學(xué)性能和和醫(yī)學(xué)性能的要 求。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種4D打印成型人工血管支架的方法，該方法使血管支 架在植入人體時(shí)無需球囊擴(kuò)張，即可通過外接刺激變形實(shí)現(xiàn)支架與血管內(nèi)壁貼合漸進(jìn)式自 適應(yīng)血管支架，并采用4D打印成型工藝制造，成型后在激勵(lì)介質(zhì)刺激下實(shí)現(xiàn)血管支架按照 程序設(shè)定的模型和時(shí)間等參數(shù)完成自我時(shí)序變形，完成血管支架成型后在宏觀尺度上的自 變形成為預(yù)設(shè)三維空間構(gòu)型。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0007] -種4D打印成型人工血管支架的方法，包括以下步驟：
[0008] 1)以形狀記憶聚合物作為可變形材料單元，以聚合物材料作為基體材料單元，設(shè) 計(jì)血管支架初始構(gòu)型，血管支架初始構(gòu)型選用螺旋環(huán)形結(jié)構(gòu)，其中，基體材料單元與可變形 材料單元間隔設(shè)置，且血管支架初始構(gòu)型的兩端均為基體材料單元，基體材料單元與可變 形材料單元的體積為1: (3?5)，設(shè)計(jì)的血管支架初始構(gòu)型的直徑為2mm?6mm，壁厚為 0. 09mm ?0. 4mm ；
[0009] 2)采用熔融直接成型方法間隔打印基體材料單元和可變形材料單元，打印成所需 要的血管支架初始構(gòu)型，其中，噴嘴直徑0. 08mm?0. 4mm，掃描速度20?80mm/s，成型溫度 控制在材料熔點(diǎn)±5°C范圍內(nèi)；
[0010] 3)對(duì)步驟2)得到的血管支架初始構(gòu)型進(jìn)行保溫、緩冷處理，保溫處理時(shí)的熔體溫 度和緩冷處理時(shí)的冷卻溫度之間的溫差為200?250°C，達(dá)到室溫后通過外場(chǎng)刺激進(jìn)行形 狀記憶功能訓(xùn)練，得到成型后的血管支架。
[0011] 2、根據(jù)權(quán)利要求書1所述的4D打印成型人工血管支架的方法，其特征在于，還包 括以下步驟：
[0012] 4)對(duì)成型后的血管支架進(jìn)行性能測(cè)試，包括力學(xué)性能測(cè)試、激勵(lì)變形測(cè)試、醫(yī)學(xué)性 能測(cè)試，使血管支架滿足使用要求，至此，完成人工血管支架的4D打印成型。
[0013] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，形狀記憶聚合物選用聚氨酯、交聯(lián)聚乙烯、聚降冰片烯、 反式聚異戊二烯或苯乙烯-丁二烯共聚物中的一種。
[0014] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，聚合物材料選用聚氨酯彈性體樹脂、SBS樹脂、丙烯-丁 烯共聚物、硬質(zhì)橡膠或硅橡膠中的一種。
[0015] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，步驟3)中，外場(chǎng)刺激采用熱激勵(lì)、電激勵(lì)、磁激勵(lì)、光激 勵(lì)或溶液激勵(lì)中的一種。
[0016] 一種4D打印成型人工血管支架的方法，包括以下步驟：
[0017] 1)以形狀記憶合金作為可變形材料單元，以金屬材料作為基體材料單元，設(shè)計(jì)血 管支架初始構(gòu)型，血管支架初始構(gòu)型的基體材料單元為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)格內(nèi)填充有可變形 材料單元，其中，基體材料單元與可變形材料單元的體積為1: (3?5)，設(shè)計(jì)的血管支架初 始構(gòu)型的直徑為2mm?6mm，壁厚為0· 09mm?0· 4mm ；
[0018] 2)選擇激光選區(qū)熔化成型或微噴熔滴電磁約束成型中的一種，作為形狀記憶合金 打印成型方式制造血管支架，其中，成型過程中粉末顆粒直徑為20?45 μ m，熔滴直徑為 50?200 μ m，成型溫度控制在材料熔點(diǎn)±5°C范圍內(nèi)，并對(duì)成形狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；
[0019] 3)對(duì)步驟2)得到的血管支架進(jìn)行保溫、緩冷處理，保溫處理時(shí)的熔體溫度和緩冷 處理時(shí)的冷卻溫度之間的溫差為200?250°C，達(dá)到室溫后通過外場(chǎng)刺激進(jìn)行形狀記憶功 能訓(xùn)練，得到成型后的血管支架。
[0020] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，其特征在于，還包括以下步驟：
[0021] 4)對(duì)成型后的血管支架進(jìn)行性能測(cè)試，包括力學(xué)性能測(cè)試、激勵(lì)變形測(cè)試、醫(yī)學(xué)性 能測(cè)試，使血管支架滿足使用要求，至此，完成人工血管支架的4D打印成型。
[0022] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，基體材料單元的網(wǎng)格選用菱形、三角形、矩形或正弦與余 弦相結(jié)合結(jié)構(gòu)中的一種。
[0023] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，形狀記憶合金選用Ni-Mn-Ga、C〇-Ni_Al或Co-Ni-Ga合金 中的一種；金屬材料選用316L不銹鋼、鈦鎳合金、鈷基合金、鉭金屬或鎂合金中的一種。
[0024] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，步驟3)中，外場(chǎng)刺激采用熱激勵(lì)、電激勵(lì)、磁激勵(lì)、光激 勵(lì)或溶液激勵(lì)中的一種。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：
[0026] 1、利用形狀記憶材料作為可變形驅(qū)動(dòng)材料，考慮成型構(gòu)件的結(jié)構(gòu)變形特征、設(shè)計(jì) 參數(shù)、成型工藝、激勵(lì)特性和最終結(jié)構(gòu)目標(biāo)等信息，設(shè)計(jì)初始構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)人工血管支架的快 速制造，簡(jiǎn)化了成型制造裝備，簡(jiǎn)化了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和裝配工藝。
[0027] 2、以形狀記憶材料作為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元，通過與醫(yī)生充分交流，設(shè)計(jì)具有不同結(jié)構(gòu) 形式的適合個(gè)性需求的血管支架創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，成型過程不受結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的限制。
[0028] 3、利用4D打印成型方法，成型后血管支架在外場(chǎng)激勵(lì)下發(fā)生彎曲、扭曲、膨脹等 自我變形最終達(dá)到預(yù)設(shè)三維空間構(gòu)型，使其在植入人體時(shí)無需球囊擴(kuò)張或在較小擴(kuò)張力作 用下即可通過自我變形實(shí)現(xiàn)支架與血管內(nèi)壁的緊密穩(wěn)定貼合，降低球囊擴(kuò)張過程對(duì)血管壁 的強(qiáng)烈沖擊、降低血管壁撕裂風(fēng)險(xiǎn)。
[0029] 4、克服血管支架傳統(tǒng)激光加工裝備復(fù)雜、工藝復(fù)雜、成型后需剔除毛刺和成型微 血管支架困難等問題，鋪展打印成型，三維變形成型，獲得較高的加工精度。 【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0030] 圖1為螺旋環(huán)形結(jié)構(gòu)血管支架成型原理圖，其中，圖1(a)為螺旋環(huán)形結(jié)構(gòu)的血管 支架初始構(gòu)型結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(b)為對(duì)圖1(a)成型后的血管支架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖2為網(wǎng)柵管狀結(jié)構(gòu)血管支架網(wǎng)格樣式圖，其中，圖2(a)為菱形結(jié)構(gòu)的血管支架 初始構(gòu)型結(jié)構(gòu)示意圖，圖2 (b)為三角形結(jié)構(gòu)的血管支架初始構(gòu)型結(jié)構(gòu)示意圖，圖2 (c)為正 弦或余弦結(jié)構(gòu)的血管支架初始構(gòu)型結(jié)構(gòu)示意圖，圖2(d)為矩形結(jié)構(gòu)的血管支架初始構(gòu)型 結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖3為網(wǎng)柵管狀結(jié)構(gòu)血管支架成型原理圖，其中，圖3(a)為菱形結(jié)構(gòu)的血管支架 初始構(gòu)型結(jié)構(gòu)示意圖，圖3(b)為對(duì)圖3(a)成型后的血管支架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖中：1為基體材料單元，2為可變形材料單元，3為血管支架初始構(gòu)型，4為血管支 架。 【【具體實(shí)施方式】】
[0034] 下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：
[0035] 參見圖1，本發(fā)明一種4D打印成型人工血管支架的方法，包括以下步驟：
[0036] 1)以形狀記憶聚合物作為可變形材料單元2,以聚合物材料作為基體材料單元1， 設(shè)計(jì)血管支架初始構(gòu)型3,血管支架初始構(gòu)型3選用螺旋環(huán)形結(jié)構(gòu)，其中，基體材料單元1 與可變形材料單元2間隔設(shè)置，且血管支架初始構(gòu)型3的兩端均為基體材料單元1，基體材 料單元1與可變形材料單元2的體積為1: (3?5)，設(shè)計(jì)的血管支架初始構(gòu)型3的直徑為 2mm ?6mm,壁厚為 0· 09mm ?0· 4mm ；
[0037] 2)采用熔融直接成型方法間隔打印基體材料單元1和可變形材料單元2,打印成 所需要的血管支架初始構(gòu)型3,其中，噴嘴直徑0. 08mm?0. 4mm，掃描速度20?80mm/s，成 型溫度控制在材料熔點(diǎn)±5°C范圍內(nèi)；
[0038] 3)對(duì)步驟2)得到的血管支架初始構(gòu)型3進(jìn)行保溫、緩冷處理，保溫處理時(shí)的熔體 溫度和緩冷處理時(shí)的冷卻溫度之間的溫差為200?250°C，達(dá)到室溫后通過外場(chǎng)刺激進(jìn)行 形狀記憶功能訓(xùn)練，得到成型后的血管支架4 ;
[0039] 4)對(duì)成型后的血管支架4進(jìn)行性能測(cè)試，包括力學(xué)性能測(cè)試、激勵(lì)變形測(cè)試、醫(yī)學(xué) 性能測(cè)試，使血管支架4滿足使用要求，至此，完成人工血管支架的4D打印成型。
[0040] 上述步驟1)中，形狀記憶聚合物選用聚氨酯、交聯(lián)聚乙烯、聚降冰片烯、反式聚異 戊二烯或苯乙烯-丁二烯共聚物中的一種；聚合物材料選用聚氨酯彈性體樹脂、SBS樹脂、 丙烯-丁烯共聚物、硬質(zhì)橡膠或硅橡膠中的一種。
[0041] 上述步驟3)中，外場(chǎng)刺激采用熱激勵(lì)、電激勵(lì)、磁激勵(lì)、光激勵(lì)或溶液激勵(lì)中的一 種。
[0042] 參見圖2和圖3,本發(fā)明一種4D打印成型人工血管支架的方法，包括以下步驟：
[0043] 1)以形狀記憶合金作為可變形材料單元2,以金屬材料作為基體材料單元1，設(shè)計(jì) 血管支架初始構(gòu)型，血管支架初始構(gòu)型的基體材料單元1為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)格內(nèi)填充有可 變形材料單元2,基體材料單元1的網(wǎng)格選用菱形、三角形、矩形或正弦與余弦相結(jié)合結(jié)構(gòu) 中的一種，其中，基體材料單元1與可變形材料單元2的體積為1: (3?5)，設(shè)計(jì)的血管支架 初始構(gòu)型的直徑為2mm?6mm，壁厚為0· 09mm?0· 4mm ；
[0044] 2)選擇激光選區(qū)熔化成型或微噴熔滴電磁約束成型中的一種，作為形狀記憶合金 打印成型方式制造血管支架，其中，成型過程中粉末顆粒直徑為20?45 μ m，熔滴直徑為 50?200 μ m，成型溫度控制在材料熔點(diǎn)±5°C范圍內(nèi)，并對(duì)成形狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；
[0045] 3)對(duì)步驟2)得到的血管支架進(jìn)行保溫、緩冷處理，保溫處理時(shí)的熔體溫度和緩冷 處理時(shí)的冷卻溫度之間的溫差為200?250°C，達(dá)到室溫后通過外場(chǎng)刺激進(jìn)行形狀記憶功 能訓(xùn)練，得到成型后的血管支架4 ;
[0046] 4)對(duì)成型后的血管支架4進(jìn)行性能測(cè)試，包括力學(xué)性能測(cè)試、激勵(lì)變形測(cè)試、醫(yī)學(xué) 性能測(cè)試，使血管支架滿足使用要求，至此,完成人工血管支架的4D打印成型。
[0047] 上述步驟1)中，形狀記憶合金選用Ni-Mn-Ga、Co-Ni-Al或Co-Ni-Ga合金中的一 種；金屬材料選用316L不銹鋼、鈦鎳合金、鈷基合金、鉭金屬或鎂合金中的一種。
[0048] 上述步驟3)中，外場(chǎng)刺激采用熱激勵(lì)、電激勵(lì)、磁激勵(lì)、光激勵(lì)或溶液激勵(lì)中的一 種。
[0049] 為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步了解，現(xiàn)對(duì)其做進(jìn)一步說明。
[0050] 本發(fā)明涉及到的人工血管支架，是以基體材料單元為基礎(chǔ)，以可變形材料單元作 為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元，設(shè)計(jì)人工血管初始構(gòu)型，初始構(gòu)型設(shè)計(jì)包含4D打印設(shè)計(jì)、制造、裝配的一 體化信息。利用可變形材料單元的可變形特性，考慮其物性參數(shù)、鋪放位置、空間取向、結(jié)構(gòu) 特征和搭接方式等構(gòu)型參數(shù)，以及成型方法、工藝參數(shù)、成型控制等參數(shù)，以及激勵(lì)響應(yīng)特 性和驅(qū)動(dòng)變形行為等自變形參數(shù)，將設(shè)計(jì)、成型、組裝和最終結(jié)構(gòu)目標(biāo)等信息設(shè)計(jì)到初始構(gòu) 型中。同時(shí)初始構(gòu)型設(shè)計(jì)需要考慮變形材料在外場(chǎng)激勵(lì)下通過彎曲、扭曲、膨脹的時(shí)序邏輯 關(guān)系。綜合考慮人工血管支架的結(jié)構(gòu)、變形特征與成型工藝特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)某尚椭圃旆?式，成型方式的選擇需要考慮可變形材料特性、供給方式、能量輸入、工藝參數(shù)、環(huán)境特性以 及成型溫度等工藝參數(shù)對(duì)成型效率、成型精度和成型件力學(xué)性能的影響。利用3D工藝采用 4D打印技術(shù)原理實(shí)現(xiàn)人工血管支架的2D降維制造，初始構(gòu)型特征與成型后三維空間結(jié)構(gòu) 特征通過可變形材料建立邏輯關(guān)系，三維空間構(gòu)型的獲得是通過初始構(gòu)型在外場(chǎng)激勵(lì)下照 程序預(yù)設(shè)模型參數(shù)進(jìn)行彎曲、扭曲、膨脹等宏觀變形獲得，最終完成三維實(shí)體模型的自我組 裝成型。遵循能量最低原理的法則，結(jié)合可變形材料單元的變形特性，從理論上分析初始構(gòu) 型在外場(chǎng)驅(qū)動(dòng)作用下的彎曲、扭曲、膨脹等變形行為，預(yù)測(cè)變形特征是發(fā)生面內(nèi)微屈曲還是 面外微屈曲的變形模式，分析可變形材料單元破壞時(shí)的臨界彎曲曲率，確?？勺冃尾牧显?外場(chǎng)激勵(lì)作用下發(fā)生變形是在有限范圍內(nèi)進(jìn)行。利用材料變形模擬軟件，模擬初始構(gòu)型的 驅(qū)動(dòng)變形過程，為其設(shè)計(jì)優(yōu)化提供可視化的動(dòng)態(tài)仿真過程，從而實(shí)現(xiàn)人工血管支架的設(shè)計(jì)、 制造和裝配為一體4D增材成型方法。
[0051] 人工血管支架的成型方式選自熔融層積成型（FDM)、選區(qū)激光燒結(jié)（SLS)、紫外線 成型（UV)、選激光成型（DLP)和微噴熔滴電磁約束成型，形狀記憶高分子聚合物的成型方 式優(yōu)選熔融層積成型（FDM)和選區(qū)激光燒結(jié)（SLS)，形狀記憶合金的成型方式優(yōu)選激光成 型（DLP)和微噴熔滴電磁約束成型。熔融層積成型（FDM)是將絲狀的形狀記憶聚合物材料 加熱融化，同時(shí)三維噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工 作臺(tái)上，逐層成型血管支架實(shí)體造型。選區(qū)激光燒結(jié)（SLS)是通過預(yù)先在工作臺(tái)上鋪設(shè)形 狀記憶聚合物粉末，然后讓激光在計(jì)算機(jī)控制下按照界面輪廓信息對(duì)實(shí)心部分粉末進(jìn)行燒 結(jié)，然后不斷循環(huán)，逐層堆積成型血管支架實(shí)體造型。激光成型（DLP)是使用高分辨率的數(shù) 字光處理器（DLP)投影儀來固化液態(tài)光聚合物，逐層的進(jìn)行光固化，由于每層固化時(shí)通過 幻燈片似的片狀固化，逐層堆積成型血管支架實(shí)體造型。微噴熔滴電磁約束成型是在脈沖 電磁場(chǎng)的約束下，通過脈沖擠壓噴射微小金屬熔滴在基板上逐層成型血管支架實(shí)體造型
[0052] 外場(chǎng)激勵(lì)驅(qū)動(dòng)方式優(yōu)選熱激勵(lì)驅(qū)動(dòng)、電激勵(lì)驅(qū)動(dòng)、磁激勵(lì)驅(qū)動(dòng)、光激勵(lì)驅(qū)動(dòng)和溶液 激勵(lì)驅(qū)動(dòng)。
[0053] 本發(fā)明采用4D打印成型原理，血管支架的初始構(gòu)型不受制造工藝的限制，按照病 理需求，通過與醫(yī)生充分交流，設(shè)計(jì)具有不同結(jié)構(gòu)形式的適合個(gè)性需求的血管支架創(chuàng)新結(jié) 構(gòu)，優(yōu)選的人工血管支架為螺旋環(huán)形結(jié)構(gòu)和網(wǎng)柵管狀結(jié)構(gòu)。如圖1所示，螺旋環(huán)形結(jié)構(gòu)的血 管支架初始構(gòu)型3為一條直線，成型后在外場(chǎng)激勵(lì)下螺旋變形成為類彈簧結(jié)構(gòu)的血管支架 4,該結(jié)構(gòu)由多個(gè)螺旋環(huán)繞組成，具有較好的柔性，植入過程徑向擴(kuò)張力小，易于植入。如圖 2和圖3所示，網(wǎng)柵管狀結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格形式優(yōu)選菱形、三角形、正（余）弦和矩形結(jié)構(gòu)，血管支 架初始構(gòu)型3為平面柵格形狀，成型后在外界激勵(lì)下卷曲變形圓筒狀的血管支架4,該結(jié)構(gòu) 具有徑向支撐剛性好和金屬覆蓋率適中的優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于彈性張力要求高的病變區(qū)植 入。
【權(quán)利要求】
1. 一種4D打印成型人工血管支架的方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 以形狀記憶聚合物作為可變形材料單元，以聚合物材料作為基體材料單元，設(shè)計(jì) 血管支架初始構(gòu)型，血管支架初始構(gòu)型選用螺旋環(huán)形結(jié)構(gòu)，其中，基體材料單元與可變形 材料單元間隔設(shè)置，且血管支架初始構(gòu)型的兩端均為基體材料單元，基體材料單元與可變 形材料單元的體積為1: (3?5)，設(shè)計(jì)的血管支架初始構(gòu)型的直徑為2mm?6mm，壁厚為 0. 09mm ?0. 4mm ； 2) 采用熔融直接成型方法間隔打印基體材料單元和可變形材料單元，打印成所需要的 血管支架初始構(gòu)型，其中，噴嘴直徑0. 08mm?0. 4mm，掃描速度20?80mm/s，成型溫度控制 在材料熔點(diǎn)±5°C范圍內(nèi)； 3) 對(duì)步驟2)得到的血管支架初始構(gòu)型進(jìn)行保溫、緩冷處理，保溫處理時(shí)的熔體溫度和 緩冷處理時(shí)的冷卻溫度之間的溫差為200?250°C，達(dá)到室溫后通過外場(chǎng)刺激進(jìn)行形狀記 憶功能訓(xùn)練，得到成型后的血管支架。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的4D打印成型人工血管支架的方法，其特征在于，還包括以 下步驟： 4) 對(duì)成型后的血管支架進(jìn)行性能測(cè)試，包括力學(xué)性能測(cè)試、激勵(lì)變形測(cè)試、醫(yī)學(xué)性能測(cè) 試，使血管支架滿足使用要求，至此，完成人工血管支架的4D打印成型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的4D打印成型人工血管支架的方法，其特征在于，形狀記憶 聚合物選用聚氨酯、交聯(lián)聚乙烯、聚降冰片烯、反式聚異戊二烯或苯乙烯-丁二烯共聚物中 的一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的4D打印成型人工血管支架的方法，其特征在于，聚合物材 料選用聚氨酯彈性體樹脂、SBS樹脂、丙烯-丁烯共聚物、硬質(zhì)橡膠或硅橡膠中的一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的4D打印成型人工血管支架的方法，其特征在于，步驟3) 中，外場(chǎng)刺激采用熱激勵(lì)、電激勵(lì)、磁激勵(lì)、光激勵(lì)或溶液激勵(lì)中的一種。
6. -種4D打印成型人工血管支架的方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 以形狀記憶合金作為可變形材料單元，以金屬材料作為基體材料單元，設(shè)計(jì)血管支 架初始構(gòu)型，血管支架初始構(gòu)型的基體材料單元為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)格內(nèi)填充有可變形材料 單元，其中，基體材料單元與可變形材料單元的體積為1: (3?5)，設(shè)計(jì)的血管支架初始構(gòu) 型的直徑為2mm?6mm，壁厚為0· 09mm?0· 4mm ； 2) 選擇激光選區(qū)熔化成型或微噴熔滴電磁約束成型中的一種，作為形狀記憶合金打印 成型方式制造血管支架，其中，成型過程中粉末顆粒直徑為20?45 μ m，熔滴直徑為50? 200 μ m，成型溫度控制在材料熔點(diǎn)±5°C范圍內(nèi)，并對(duì)成形狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控； 3) 對(duì)步驟2)得到的血管支架進(jìn)行保溫、緩冷處理，保溫處理時(shí)的熔體溫度和緩冷處理 時(shí)的冷卻溫度之間的溫差為200?250°C，達(dá)到室溫后通過外場(chǎng)刺激進(jìn)行形狀記憶功能訓(xùn) 練，得到成型后的血管支架。
7. 根據(jù)權(quán)利要求書6所述的4D打印成型人工血管支架的方法，其特征在于，還包括以 下步驟： 4) 對(duì)成型后的血管支架進(jìn)行性能測(cè)試，包括力學(xué)性能測(cè)試、激勵(lì)變形測(cè)試、醫(yī)學(xué)性能測(cè) 試，使血管支架滿足使用要求，至此，完成人工血管支架的4D打印成型。
8. 根據(jù)權(quán)利要求書6所述的4D打印成型人工血管支架的方法，其特征在于，基體材料 單元的網(wǎng)格選用菱形、三角形、矩形或正弦與余弦相結(jié)合結(jié)構(gòu)中的一種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求書6所述的4D打印成型人工血管支架的方法，其特征在于，形狀記憶 合金選用Ni-Mn-Ga、C〇-Ni-Al或Co-Ni-Ga合金中的一種；金屬材料選用316L不銹鋼、鈦鎳 合金、鈷基合金、鉭金屬或鎂合金中的一種。
10. 根據(jù)權(quán)利要求書6所述的4D打印成型人工血管支架的方法，其特征在于，步驟3) 中，外場(chǎng)刺激采用熱激勵(lì)、電激勵(lì)、磁激勵(lì)、光激勵(lì)或溶液激勵(lì)中的一種。
【文檔編號(hào)】A61F2/82GK104116578SQ201410344228
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】魏正英, 杜軍, 盧秉恒, 陳禎, 趙光喜, 李素麗, 魏培 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)