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3D打印连续碳纤维增强羟基磷灰石复合支架的研究的中期报告
刚性、高载荷承受和良好的生物相容性是支架材料的主要性能要求。传统的金属支架、天然骨以及羟基磷灰石等材料均存在其不足之处，应用较为有限。近年来，3D打印技术的出现，为医学领域的支架制造注入了新的活力。本中期报告将介绍我们使用3D打印技术制造连续碳纤维增强羟基磷灰石复合支架的研究。该研究将带领点进行一系列的材料性能测试。
1.研究背景
自从3D打印技术问世以来，这项技术就被广泛应用在制造各类复杂形状、高精度、高稳定性的医学器械当中。其中，3D打印支架在骨科、牙科等医学领域中应用广泛，因其能够制造出精细、精准的形状，具有显著的治疗效果。但是，由于其材料的选取有限，很多3D打印制造的支架还不具备足够的强度、韧性和生物相容性来适应不同患者的需要。因此，通过在3D打印支架中添加新型材料来提高其性能，已成为一个热门的研究领域。
羟基磷灰石是一种高度生物相容性好的材料，已被广泛用于骨组织工程的支架材料中，但其也存在一些问题。最主要的问题是其脆性过高，无法满足机械强度的需求。因此，引入纤维增强复合材料可以解决这一问题。
2.研究方案
为解决纤维增强复合材料的困境，我们选择了一种先进的纤维增强技术——碳纤维增强技术。碳纤维可以在强度、韧性和刚性方面提供优异的表现，同时维持良好的生物相容性。此外，研究表明，纤维增强羟基磷灰石复合材料可以使其强度和韧性大幅提高，因此我们决定采取羟基磷灰石与碳纤维共同增强作为支架的材料。
制备所需材料：碳纤维布、聚酯树脂、纳米羟基磷灰石
制备步骤：
1）准备好所需的所有材料，并确保所有器具、工具和表面都是清洁干净的。
2）制备聚酯树脂粘合剂。然后将纳米羟基磷灰石搅拌到聚酯树脂中，待其均匀分布。
3）将碳纤维布剪成合适的形状。
4）将碳纤维布浸泡在混合物中，保证完全可渗透。将湿润的布铺在一侧上，使其接触到平面表面上。
5）在一侧布面罩上一层保鲜膜，并以适当的压力将该层放入3D打印机的构建区。
6）通过3D打印技术在保鲜膜上进行层层堆叠，每层的厚度为0.20mm。
7）在支架的内部和外部添加额外的材料以增强支架的机械性能，这将有助于支架维持其形状和稳定性。
8）使用UV光固化聚酯树脂，使其具有足够的韧性，确保其良好的生物相容性。
9）最后，通过针对碳纤维层又一次3D打印技术进行表面精加工，使其表面光滑、平整，从而满足医疗器械的要求。
3.研究进行情况
我们在前期的研究中，针对材料测试方面进行了一系列试验。首先是材料力学性能试验，通过拉伸、压缩、剪切等试验手段测定了新型支架的强度、韧性和刚度等力学特性，并与传统的羟基磷灰石支架、碳纤维支架进行对比。结果表明，新型的碳纤维增强羟基磷灰石支架在强度、韧性和刚度方面均表现出优越的性能，可以满足骨皮质的高载荷要求。
同时，我们还测试了该支架的生物相容性表现，我们将其注射到小鼠体内，进行生物反应检测，监测植入后1周、2周、1个月、2个月、6个月，采用组织切片的方式分别进行显微镜观察、配合电镜进行细胞和组织的形态及结构的变化分析等操作，发现不仅回避了生物毒性的反应，还促进了新骨组织的生长，为支架的长期应用奠定了基础。
我们的下一步工作计划是，进一步优化3D打印技术，提高碳纤维的加工精度和质量，进一步研究和验证该新型支架的生物力学性质和体内生物相容性，进一步提高其应用价值，为临床应用提供支持。