膜式人造支架及其制造方法
【專利摘要】提供了用于引導骨再生（GBR）的膜式支架以及用于制造該膜式支架的方法。根據(jù)本發(fā)明的膜式支架包括：第一層，其被配置為與身體中的骨組織接觸并且包括以第一間隔平行地布置的至少一個纖維層；以及第二層，其被層壓在第一層上，被配置為與身體中的軟組織接觸并且包括以第二間隔平行地布置的至少一個纖維層。第一間隔比第二間隔大。
【專利說明】膜式人造支架及其制造方法
【發(fā)明領域】
[0001]本發(fā)明涉及膜式支架，并且更具體地涉及用于引導骨再生(GBR)的膜式支架，以及制造該膜式支架的方法。
[0002]【相關技術(shù)的描述】
[0003]組織工程是以少量從患者組織收集以再生受損的器官的細胞被大量培養(yǎng)并且然后分化為三維組織以從其再生組織和器官的【技術(shù)領域】。需要允許細胞在三維環(huán)境中被識別的支架以進行組織的三維培養(yǎng)。
[0004]牙科領域中再生受損的下顎骨的方法的實例包括引導骨再生(GBR)。在該治愈方法中，膜式支架的作用是非常重要的。膜式支架主要地用來圍繞骨的受損的部分，防止軟組織例如牙齦組織滲透骨的受損的部分，并且再次引導骨組織的再生。
[0005]目前，ePTFE(膨體聚四氟乙烯)或鈦材料的非水吸收性材料作為可商購獲得的膜式支架被使用。支架具有優(yōu)良的機械強度和生物相容性，但是當支架被植入身體中時，因為支架作為纖維組織被堆疊，所以在骨組織中使用支架的情況下，支架當與周圍的骨組合時導致問題。
[0006]此外，現(xiàn)有的膜式支架具有不包括空隙的結(jié)構(gòu)或難以容易地控制空隙的大小，并且存在支架具有海綿形狀的許多情況，在海綿形狀中內(nèi)部結(jié)構(gòu)類型是不均勻的。因為不包括空隙的結(jié)構(gòu)不會與骨組織合適地融合，所以具有剝離問題，并且海綿結(jié)構(gòu)具有問題，在于因為機械強度是弱的，所以支架不具有應當在支架中基本上具備的空間保持能力。
[0007]在該背景部 分中公開的以上信息僅是為了增強發(fā)明背景的理解并且因此其可以含有不形成在本國家對于本領域的普通技術(shù)人員已經(jīng)已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。
[0008]【發(fā)明的描述】
[0009]【技術(shù)目的】
[0010]本發(fā)明已經(jīng)被努力地作出以提供下述的膜式支架:所述膜式支架通過使用對周圍組織具有高親和力的材料而在操作(？？)之后不被剝離并且可以通過形成具有規(guī)則形狀的空隙來改進機械強度和空間保持能力。
[0011]此外，本發(fā)明已經(jīng)被努力地作出以提供制造膜式支架的方法，其中空隙的大小可以被容易地調(diào)整并且層之間的剝離可以被防止。
[0012]【技術(shù)解決方案】
[0013]本發(fā)明的一個示例性的實施方案提供膜式支架，膜式支架包括:第一層，其被配置為與身體中的骨組織接觸并且包括以第一間隔平行地布置的至少一個纖維層；以及第二層，其被層壓在第一層上，被配置為與身體中的軟組織接觸并且包括以第二間隔平行地布置的至少一個纖維層，其中第一間隔比第二間隔大。
[0014]第一層可以包括以第一間隔平行地布置并且在第一方向延伸的第一纖維，并且第二層可以包括以第二間隔平行地布置并且在交叉第一方向的第二方向延伸的第二纖維。
[0015]第一間隔可以在150 μ m至400 μ m的范圍內(nèi)，并且第二間隔可以在30 μ m至50 μ m的范圍內(nèi)。第一纖維和第二纖維的高度可以各自在50μπι至100 μ m的范圍內(nèi)。[0016]第一纖維和第二纖維可以包含聚己酸內(nèi)酯(PCL)，并且第一纖維還可以包含羥基磷灰石和磷酸三鈣(TCP)中的至少一種。
[0017]第一纖維和第二纖維除了聚己酸內(nèi)酯(PCL)之外還可以包含作為輔助組分的聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸-共-乙醇酸(PLGA)中的至少一種。
[0018]在另一個方面，第一層可以包括以第一間隔布置并且在第三方向延伸的第三纖維，以及被固定至第三纖維上、以第一間隔布置并且在交叉第三方向的第四方向延伸的第四纖維。第二層可以包括以第二間隔布置并且在第五方向延伸的第五纖維，以及被固定至第五纖維上、以第二間隔布置并且在交叉第五方向的第六方向延伸的第六纖維。
[0019]第一間隔可以在150 μ m至400 μ m的范圍內(nèi)，并且第二間隔可以在30 μ m至50 μ m的范圍內(nèi)。第三纖維、第四纖維、第五纖維和第六纖維的高度可以各自在50μηι至IOOym的范圍內(nèi)。
[0020]第三纖維、第四纖維、第五纖維和第六纖維可以包含聚己酸內(nèi)酯(PCL)，并且第三纖維和第四纖維還可以包含羥基磷灰石和磷酸三鈣(TCP)中的至少一種。
[0021]第三纖維、第四纖維、第五纖維和第六纖維除了聚己酸內(nèi)酯(PCL)之外還可以包含作為輔助組分的聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸-共-乙醇酸(PLGA)中的至少一種。
[0022]本發(fā)明的另一個示例性的實施方案提供制造膜式支架的方法，包括:把第一生物聚合物和第二生物聚合物分別地提供至第一沉積頭部和第二沉積頭部的注射器；把第一生物聚合物通過第一沉積頭部的噴嘴噴霧以形成包含以第一間隔平行地布置的至少一個纖維層的第一層；以及把第二生物聚合物通過第二沉積頭部的噴嘴噴霧在第一層上以形成包含以第二間隔平行地布置的至少一個纖維層的第二層，其中第一間隔和第二間隔具有不同的值。
[0023]第一層可以被配置為與身體中的骨組織接觸，第二層可以被配置為與身體中的軟組織接觸，并且第一間隔可以比第二間隔大。
[0024]第一間隔可以在150 μ m至400 μ m的范圍內(nèi)，并且第二間隔可以在30 μ m至50 μ m的范圍內(nèi)。至少一個纖維層的高度可以在50μπι至100μπι的范圍內(nèi)。
[0025]第一層和第二層可以包含聚己酸內(nèi)酯(PCL)，并且第一層還可以包含羥基磷灰石和磷酸三鈣(TCP)中的至少一種。第一層和第二層除了聚己酸內(nèi)酯(PCL)之外還可以包含作為輔助組分的聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸-共-乙醇酸(PLGA)中的至少一種。
[0026]【技術(shù)效果】
[0027]在本示例性的實施方案的膜式支架中，同時地流暢地融合骨組織和支架以及防止軟組織滲透骨組織的受損的部分是可能的。此外，在本示例性的實施方案的膜式支架中，當膜式支架通過形成具有規(guī)則形狀的空隙而被制造時，增加機械強度和空間保持能力以及容易地調(diào)整空隙的大小是可能的。
[0028]【附圖簡述】
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一示例性 的實施方案的膜式支架的示意性的透視圖。
[0030]圖2是在圖1中圖示的膜式支架的沿著線a-a’截取的橫截面圖。
[0031]圖3是在圖1中圖示的膜式支架的沿著線b_b’截取的橫截面圖。[0032]圖4A是根據(jù)其中第一層和第二層各自被形成為具有120 μ m的高度的比較實施例的支架照片。
[0033]圖4B是根據(jù)其中第一層和第二層各自被形成為具有60 μ m的高度的示例性的實施方案的支架照片。
[0034]圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二示例性的實施方案的膜式支架的示意性的透視圖。
[0035]圖6是圖示了根據(jù)本發(fā)明的第二示例性的實施方案的支架中的第一層的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0036]圖7是圖示了根據(jù)本發(fā)明的第二示例性的實施方案的支架中的第二層的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0037]圖8是圖示了用于制造支架的多頭部沉積系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖。
[0038]圖9A和9B是相繼地圖示了通過使用在圖8中圖示的多頭部沉積系統(tǒng)來制造支架的程序的示意圖。
[0039]【實施方案的詳細描述】
[0040]本發(fā)明將參照附圖在下文更完全地描述，本發(fā)明的示例性的實施方案在附圖中示出。如本領域的技術(shù)人員將意識到的，所描述的實施方案可以以各種不同的方式修改，全部不偏離本發(fā)明的精神或范圍。
[0041]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一示例性的實施方案的膜式支架(在下文被稱為‘支架’)的示意性的透視圖，并且圖2和3是在圖1中圖示的支架的分別地沿著線a-a’和b_b’截取的橫截面圖。`
[0042]第一示例性的實施方案的支架100是被定位在身體中的各種部分之間的硬組織和軟組織之間的支架，并且可以被用于硬組織的引導骨再生。例如，支架100被植入以圍繞骨的受損的部分，并且被定位在是硬組織的骨組織和是軟組織的牙齦組織之間。
[0043]參照圖1至3，第一示例性的實施方案的支架100具有層狀結(jié)構(gòu)，該層狀結(jié)構(gòu)具有與骨組織接觸以構(gòu)成骨組織親和性的層的第一層10和與軟組織接觸以構(gòu)成軟組織親和性的層的第二層20。第一層10和第二層20根據(jù)接觸組織的特性形成具有不同的大小的空隙以增加生物相容性。
[0044]此外，整個支架100形成具有規(guī)則形狀的空隙以改進機械強度和空間保持能力。支架100用來防止軟組織滲透骨組織的受損的部分，并且?guī)椭鷱氖軗p的骨組織再生新的骨組織。
[0045]特別地，第一層10包括以第一間隔dl平行地布置并且在第一方向延伸的第一纖維11。此外，第二層20包括以第二間隔d2平行地布置并且在交叉第一方向的第二方向延伸的第二纖維22。第二纖維22被固定至第一纖維11上。
[0046]第二方向可以正交于或可以不正交于第一方向。圖1圖示了作為一個實例的其中第一方向和第二方向彼此正交的情況，但是第二方向可以以各種角度交叉第一方向。
[0047]此外，第一纖維11和第二纖維22可以具有各種橫截面形狀，例如四邊形、圓形和橢圓形。圖1至3圖示了作為一個實施例的具有四邊形橫截面形狀的第一纖維11和第二纖維22，但是第一纖維和第二纖維11和12的橫截面形狀可以被多樣地改變。
[0048]在與骨組織接觸的第一層10中，第一纖維11之間的第一間隔dl可以在150 μ m至400 μ m的范圍內(nèi)。該間隔是對再生骨組織有利的大小，并且當間隔符合該范圍時，骨組織和支架可以被流暢地融合。在這種情況下，在第一層10中存在的第一間隔dl可以具有在±20 μ m內(nèi)的誤差。
[0049]特別地，非常重要的是在骨細胞在支架100中散布之后在增殖和分化中設置第一層10的第一間隔dl的大小。如果第一間隔dl小于150 μ m，那么氧氣或在骨細胞的生存中必需的營養(yǎng)物的擴散操作不會在第一層10中良好地進行，并且在再生骨組織的程序中必需的血管滲透可能不容易在其中進行。在另一個方面，如果第一間隔dl大于400 μ m，那么第一層10和支架100的總的機械強度被減少，并且與骨細胞的形成相關的蛋白質(zhì)合成、細胞外基質(zhì)分泌和類似的可以惡化。
[0050]此外，當?shù)谝婚g隔dl的誤差范圍增加時空隙的隨機性增加，這導致空隙之間的互相連接性和可滲透性的惡化。與不規(guī)則的空隙相比，具有小的空隙誤差的規(guī)則的空隙可以促進骨的再生?？紤]到第一間隔dl在150 μ m至400 μ m的范圍內(nèi)，在±20 μ m內(nèi)的誤差范圍可以被認為是均一的間隔，并且根據(jù)如將在下文描述的制造支架100的方法，可以確保在±20 μ m內(nèi)的誤差。
[0051]在與軟組織接觸的第二層20中，第二纖維22之間的第二間隔d2可以在30 μ m至50 μ m的范圍內(nèi)。該間隔是使軟組織的滲透變得困難的大小，并且當該范圍被符合時，與第二層20接觸的軟組織可以被防止?jié)B透與第一層10接觸的骨組織的受損的部分。在這種情況下，在第二層20中存在的第二間隔d2可以具有在±10 μ m內(nèi)的誤差。
[0052]特別地，已知其中軟組織的滲透是不可能的的結(jié)構(gòu)的空隙的大小是50μπι或更小。據(jù)此，第二纖維22的第二間隔d2應當是50 μ m或更小。在另一個方面，如果第二間隔d2小于30 μ m,那么營養(yǎng)物和氧氣的傳輸?shù)臋C會被阻擋，這不是優(yōu)選的。據(jù)此，30 μ m至50 μ m的范圍可以是最優(yōu)的范圍，在該范圍內(nèi)氧氣和營養(yǎng)物可以被基本上傳輸并且軟組織的滲透可以被防止。此外,考慮到第二間隔d2在30μπι至50μπι的范圍內(nèi)，在± 10 μ m內(nèi)的誤差范圍可以是均一的間隔。
[0053]如上文描述的，在第一示例性的實施方案的支架100中，與骨組織接觸的第一層10的空隙的大小，即，第一間隔dl被設置為被優(yōu)化以再生骨組織的大小，并且與軟組織接觸的第二層20的空隙的大小，即，第二間隔d2被設置為被優(yōu)化以防止軟組織的滲透的大小，并且因此第一間隔和第二間隔被不同地設置。
[0054]如果第一間隔dl和第二間隔d2被相同地設置，那么軟組織的滲透的機會被減少，但是因為骨組織和支架之間的融合不被良好地進行，所以支架被剝離，并且因此其暴露的可能性增加。這導致支架操作的失敗。
[0055]此外，如果第二間隔d2和第一間隔dl被相同地設置，那么因為軟組織經(jīng)過第二層20和第一層10以容易地滲透骨組織的受損的部分，所以骨組織被引導，并且因此在其處進行再生的空間被減小。即，因為骨的受損的部分向骨中再生的機會被減少，所以支架的引導骨再生的作用不能夠被良好地進行。
[0056]然而，在第一示例性的實施方案的支架100中，相應于第一層10和第二層20的特性的空隙的大小可以被設置為流暢地融合骨組織和支架100，并且防止軟組織滲透骨組織的受損的部分。據(jù)此，第一示例性的實施方案的支架100可以根據(jù)剝離和暴露而防止操作的失敗并且流暢地進行引導骨再生功能。
[0057]此外，在第 一示例性的實施方案的支架100中，第一層10被制造為具有與骨組織的優(yōu)良的親和力的生物聚合物，并且第二層20被制造為具有與軟組織的優(yōu)良的親和力的生物聚合物。
[0058]特別地，與軟組織接觸的第二層20包含是具有適合于軟組織的機械強度以及優(yōu)良的彈性力的生物聚合物的聚己酸內(nèi)酯(PCL )。
[0059]在另一個方面，第二層20包含作為主要組分的聚己酸內(nèi)酯(PCL)，并且除了聚己酸內(nèi)酯(PCL)之外可以包含作為輔助組分的聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸-共-乙醇酸(PLGA)中的至少一種。
[0060]親水性是細胞的粘著和增殖中的一個重要的因素，并且聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸-共-乙醇酸(PLGA)具有高于聚己酸內(nèi)酯(PCL)的親水性的親水性，并且因此可以補充聚己酸內(nèi)酯(PCL)的親水性。此外，因為包含上文提到的輔助組分的第二層20的可生物降解的速度可以高于僅聚己酸內(nèi)酯(PCL)的情況的可生物降解的速度，所以在骨組織的再生中具有另外的優(yōu)點。此外，聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸-共-乙醇酸(PLGA)具有高于聚己酸內(nèi)酯(PCL)的那些機械彈性力和硬度的機械彈性力和硬度并且因此用來加強聚己酸內(nèi)酯(PCL)的機械性能值。
[0061]與骨組織接觸的第一層10由構(gòu)成第二層20的生物聚合物和可以最大化骨組織再生的引導的無機材料，即骨組成組分陶瓷，的混合物形成。骨組成組分陶瓷可以是羥基磷灰石或磷酸三鈣(TCP)。
[0062]第一層10可以由其中羥基磷灰石和磷酸三鈣(TCP)中的至少一種與聚己酸內(nèi)酯(PCL)混合的材料形成。在另一個方面，第一層10可以由其中作為主要組分的聚己酸內(nèi)酯(PCL)、作為輔助組分的聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸-共-乙醇酸(PLGA)中的至少一種、以及羥基磷灰石和磷酸三鈣中的至少一種被混合的材料形成。
[0063]由生物聚合物制造 的支架100具有比非水吸收性材料例如ePTFE (膨體聚四氟乙烯)或鈦的生物親和力好的生物親和力。此外，具有預確定的厚度的纖維11和22被以方向性有規(guī)律地布置并且因此具有優(yōu)良的機械強度，并且因為纖維長度與纖維寬度相比是足夠長的，所以彈性力和柔性是優(yōu)良的。
[0064]此外，在第一示例性的實施方案的支架100中，骨組成組分陶瓷與生物聚合物混合以形成第一層10，并且因此骨組織再生可以被有效地引導，第一層10的機械強度可以被增加，并且第一層10的表面粗糙度可以被增加以增加與骨組織的粘著效果。
[0065]此外，第一層10和第二層20的高度可以各自在50μπι至100μπι的范圍內(nèi)。在圖2中，第一層10的高度由hi代表，并且第二層20的高度由h2代表。hi是與第一纖維11的厚度或直徑相同的，并且h2是與第二纖維22的厚度或直徑相同的。
[0066]第一示例性的實施方案的支架100通過把在熔融狀態(tài)中的第一纖維材料和第二纖維材料從噴嘴噴霧并且層壓材料的程序來制造。被從噴嘴噴霧的在熔融狀態(tài)中的纖維材料在幾秒內(nèi)被硬化以被固化，并且在這種情況下，層10和20的高度hi和h2各自與層之間的附著緊密地相關。
[0067]如果第一層10和第二層20的高度hi和h2各自小于50 μ m,那么在實際的處理和穩(wěn)定的層壓中存在困難，并且如果高度多于100 μ m，那么因為層之間的附著不是足夠的，所以當支架100被彎曲時，層之間 的剝離現(xiàn)象可能發(fā)生。層之間的剝離現(xiàn)象是一種導致臨床應用的失敗的嚴重的問題。[0068]圖4A是根據(jù)其中第一層和第二層各自被形成為具有120 μ m的高度的比較實施例的支架照片，并且圖4B是根據(jù)其中第一層和第二層各自被形成為具有60 μ m的高度的示例性的實施方案的支架照片。
[0069]可以確認的是，在圖4A的支架中，第一層和第二層被分離并且因此支架被剝離。在另一個方面，可以確認的是，在圖4B的支架中，穩(wěn)定的粘著狀態(tài)被展示，而沒有剝離現(xiàn)象。
[0070]圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二示例性的實施方案的膜式支架(在下文被稱為‘支架’)的示意性的透視圖。
[0071]參照圖5，在第二示例性的實施方案的支架200中，與骨組織接觸的第一層10和與軟組織接觸的第二層20由多個纖維層構(gòu)成。
[0072]特別地，第一層10包括以第一間隔dl平行地布置并且在第三方向延伸的第三纖維13，以及以第一間隔dl平行地布置并且在交叉第三方向的第四方向延伸的第四纖維14。第四纖維14被固定至第三纖維13上，并且第一層10由其中第三纖維13的纖維層和第四纖維14的纖維層被層壓的結(jié)構(gòu)形成。
[0073]第三方向和第四方向可以彼此正交或可以不彼此正交。此外，第三纖維13和第四纖維14可以具有各種橫截面形狀，例如四邊形、圓形和橢圓形。圖4圖示了作為一個實施例的其中具有四邊形的橫截面形狀的第三纖維13和第四纖維14彼此正交的情況，但是第三纖維13和第四纖維14的交叉角度和橫截面形狀不限于所圖示的實施例。
[0074]第一間隔dl具有對骨組織再生有利的大小，即，150 μ m至400 μ m的范圍，并且在第一層10中存在的 第一間隔dl可以具有在±20 μ m內(nèi)的誤差。此外，第三纖維13和第四纖維14由與在第一示例性的實施方案中描述的第一纖維11相同的材料制造并且因此展示與骨組織的高的親和力。
[0075]第二層20包括以第二間隔d2平行地布置并且在第五方向延伸的第五纖維25，以及以第二間隔d2平行地布置并且在交叉第五方向的第六方向延伸的第六纖維26。第六纖維26被固定至第五纖維25上，并且第二層20由其中第五纖維25的纖維層和第六纖維26的纖維層被層壓的結(jié)構(gòu)形成。
[0076]第五方向和第六方向可以彼此正交或可以不彼此正交。第五纖維25和第六纖維26可以具有各種橫截面形狀，例如四邊形、圓形和橢圓形。圖4圖示了作為一個實施例的其中具有四邊形的橫截面形狀的第五纖維25和第六纖維26彼此正交的情況，但是第五纖維25和第六纖維26的交叉角度和橫截面形狀不限于所圖示的實施例。
[0077]第二間隔d2具有的尺寸是其中軟組織的滲透是困難的，即，30μπι至50μπι的范圍，并且在第二層20中存在的第二間隔d2可以具有在±10 μ m內(nèi)的誤差。此外，第五纖維25和第六纖維26由與在第一示例性的實施方案中描述的第二纖維22相同的材料制造并且因此展示與軟組織的高的親和力。
[0078]第一層10的第三纖維13和第四纖維14和第二層20的第五纖維25和第六纖維26中的每個的高度可以在50 μ m至100 μ m的范圍內(nèi)。當該范圍被符合時，高的附著可以被實現(xiàn)以抑制層之間的剝離現(xiàn)象。
[0079]在另一個方面，在上文中，描述了其中第一層10和第二層20全部由多個纖維層構(gòu)成的情況，但是第一層10和第二層20中的任何一個可以由短的纖維層構(gòu)成并且另一個可以由多個纖維層構(gòu)成。
[0080]圖6是圖示了根據(jù)第二示例性的實施方案的支架中的第一層的掃描電子顯微鏡(SEM)照片，并且圖7是圖示了根據(jù)第二示例性的實施方案的支架中的第二層的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0081]參照圖6，與骨組織接觸的第一層的第三纖維和第四纖維是以250±20μπι的間隔，并且由聚己酸內(nèi)酯(PCL)、聚乳酸-共-乙醇酸(PLGA)和磷酸三鈣(TCP)的混合物形成。第三纖維和第四纖維通過磷酸三鈣(TCP)的混合而具有粗糙的表面，并且具有粗糙的表面使與周圍的骨組織的融合變得流暢的效果。
[0082]參照圖7，與軟組織接觸的第二層的第五纖維和第六纖維是以35± 10 μ m的間隔，并且由聚己酸內(nèi)酯(PCL)和聚乳酸-共-乙醇酸(PLGA)的混合物形成。第二層不包含磷酸三鈣(TCP)并且因此具有光滑的表面，這對于防止軟組織的流入是有效的。
[0083]圖8是圖示了用于制造支架的多頭部沉積系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖。多頭部沉積系統(tǒng)被使用以制造本示例性的實施方案的支架。
[0084]無固體制造模式是通過把從基于快速原型技術(shù)的CAD數(shù)據(jù)獲得的自由形式信息轉(zhuǎn)換為G代碼以逐層地沉積材料來制造期望的三維形式的技術(shù)。多頭部沉積系統(tǒng)是通過應用無固體制造模式來制造用于三維組織工程的支架的系統(tǒng)。
[0085]多頭部沉積系統(tǒng)是位置、溫度和壓力可以各自被獨立地控制的系統(tǒng)，并且三維支架是以在熱熔融模式中熔融材料并且然后氣動地噴霧已熔融的材料的模式被制造。
[0086]參照圖8，多頭部沉積系統(tǒng)300包括以預確定的寬度噴射支架材料的第一沉積頭部30A和第二沉積頭部30B。沉積頭部30A和30B中的每個包括材料流動入其中并且材料被儲存在其處的注射器31、噴霧流入注射器31中的材料的噴嘴32、以及適當?shù)乇３植牧系臏囟鹊募訜崞?3。
[0087]在本示例性的實施方案中，支架100通過把第一生物聚合物(用于制造第一層的生物聚合物)提供至第一沉積頭部30A的注射器31，把第二生物聚合物(用于制造第二層的生物聚合物)提供至第二沉積頭部30B的注射器31，并且把生物聚合物通過各自的噴嘴32噴霧而被形成。第一生物聚合物和第二生物聚合物以固態(tài)被提供至注射器31，并且然后被加熱器33加熱以被保持在適合于噴霧的熔融狀態(tài)中。
[0088]多頭部沉積系統(tǒng)300包括把第一和第二沉積頭部30A和30B在x軸方向運動的x軸位移運動部分41，把第一和第二沉積頭部30A和30B在J軸方向運動的y軸位移運動部分42，以及把第一和第二沉積頭部30A和30B在z軸方向運動的z軸位移運動部分43。
[0089]待被制造的支架100的形狀通過數(shù)據(jù)模型51被輸入至集成控制設備52，并且集成控制設備52根據(jù)支架100的三維形式數(shù)據(jù)模型來控制多頭部沉積系統(tǒng)300的操作。據(jù)此，多頭部沉積系統(tǒng)300在把第一和第二沉積頭部30A和30B運動至待根據(jù)從集成控制設備52傳輸?shù)闹Ъ?00的三維形式數(shù)據(jù)設置的坐標值的同時噴霧支架100的材料。
[0090]溫度控制器53被連接于第一和第二沉積頭部30A和30B以控制注射器31的溫度。溫度控制器53被連接于被附接于第一和第二沉積頭部30A和30B的加熱器33以控制加熱器，并且由此把注射器31中的生物聚合物加熱至或保持在預確定的溫度。據(jù)此，生物聚合物可以被改變成或被保持在適合于噴霧的狀態(tài)以便以預確定的厚度經(jīng)過噴嘴32被噴霧。
[0091] 壓力控制器54被連接于第一和第二沉積頭部30A和30B以控制被傳輸至第一和第二沉積頭部30A和30B的壓力并且調(diào)整經(jīng)過噴嘴32噴霧的生物聚合物的噴霧速度。壓力控制器54可以是氣動類型的，并且可以設置有把壓力直接地施加于第一和第二沉積頭部30A和30B的氣動設備55。氣動設備55可以被獨立地連接于多頭部沉積系統(tǒng)300的每個頭部以不同地調(diào)整每個頭部的氣動壓力。
[0092]然后，將描述通過使用上文提到的多頭部沉積系統(tǒng)300來制造支架100的方法。
[0093]圖9A和9B是相繼地圖示了通過使用在圖8中圖示的多頭部沉積系統(tǒng)來制造支架的程序的示意圖。
[0094]參照圖8、9A、和9B，支架100通過使用CAD程序而被設計。被設計的支架100的
形式信息被從數(shù)據(jù)模型51傳輸至集成控制設備52。集成控制設備52基于被傳輸?shù)男问叫畔砜刂茰囟瓤刂破?3、壓力控制器54和位移運動部分41、42和43。
[0095]第一生物聚合物被提供至第一沉積頭部30A的注射器31，并且第二生物聚合物被提供至第二沉積頭部30B的注射器31。此外，第一和第二生物聚合物通過使用溫度控制器53和加熱器33而被加熱至適合于被噴霧的溫度。
[0096]然后，第一沉積頭部30A接收位移運動部分41、42和43和壓力控制器54的控制，并且把第一生物聚合物通過噴嘴32噴霧在工作臺60上以形成由第一纖維11形成的第一層10 (參照圖9A)。在另一個方面，包括彼此交叉的第三纖維和第四纖維的第一層可以通過噴霧第一生物聚合物來形成。
[0097]此外，第二沉積頭部30B接收位移運動部分41、42和43和壓力控制器54的控制，并且把第二生物聚合物通過噴嘴32噴霧在第一層10上以形成由第二纖維22形成的第二層20 (參照圖9B)。在另一個方面，包括彼此交叉的第五纖維和第六纖維的第二層可以通過噴霧第二生物聚合物來形成。
[0098]如上文描述的，其中以第一間隔dl布置的第一纖維11和以第二間隔d2布置的第二纖維22被層壓并且彼此交叉的支架100可以通過使用多頭部沉積系統(tǒng)300來形成。
[0099]根據(jù)該制造方法，因為在制造程序中沒有使用有毒的有機溶劑，所以細胞親和性的支架100可以被制造。此外，構(gòu)成支架100的纖維的寬度、間隔和高度可以通過調(diào)整溫度、壓力和噴嘴運輸速度而被容易地調(diào)整，并且因此具有各種形狀的支架100可以被容易地制造。
[0100]雖然已經(jīng)結(jié)合目前被認為是實際的示例性的實施方案的內(nèi)容描述了本發(fā)明，但是將理解，本發(fā)明不限于所公開的實施方案，而是，相反地，意圖覆蓋被包括在所附的權(quán)利要求、發(fā)明的詳細描述 和附圖的范圍內(nèi)的各種修改和等效布置。
【權(quán)利要求】
1.一種膜式支架，包括: 第一層，其被配置為與身體中的骨組織接觸并且包括以第一間隔平行地布置的至少一個纖維層；以及 第二層，其被層壓在所述第一層上，被配置為與所述身體中的軟組織接觸并且包括以第二間隔平行地布置的至少一個纖維層， 其中所述第一間隔比所述第二間隔大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜式支架，其中: 所述第一層包括以所述第一間隔平行地布置并且在第一方向延伸的第一纖維，并且所述第二層包括以所述第二間隔平行地布置并且在交叉所述第一方向的第二方向延伸的第二纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜式支架，其中: 所述第一間隔在150μηι至400μηι的范圍內(nèi)，并且 所述第二間隔在30μπι至50μπι的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膜式支架，其中: 所述第一纖維和所述第二纖維的高度各自在50 μ m至100 μ m的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜式支架，其中: 所述第一纖維和所述第二纖維包含聚己酸內(nèi)酯(PCL)，并且 所述第一纖維還包含羥基磷灰石和磷酸三鈣(TCP)中的至少一種。`
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的膜式支架，其中: 所述第一纖維和所述第二纖維除了聚己酸內(nèi)酯(PCL)之外還包含作為輔助組分的聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸-共-乙醇酸(PLGA)中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜式支架，其中: 所述第一層包括以所述第一間隔布置并且在第三方向延伸的第三纖維，以及被固定至所述第三纖維上、以所述第一間隔布置并且在交叉所述第三方向的第四方向延伸的第四纖維，并且 所述第二層包括以所述第二間隔布置并且在第五方向延伸的第五纖維，以及被固定至所述第五纖維上、以所述第二間隔布置并且在交叉所述第五方向的第六方向延伸的第六纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的膜式支架，其中: 所述第一間隔在150μηι至400μηι的范圍內(nèi)，并且 所述第二間隔在30μπι至50μπι的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的膜式支架，其中: 所述第三纖維、所述第四纖維、所述第五纖維和所述第六纖維的高度各自在50 μ m至100 μ m的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的膜式支架，其中: 所述第三纖維、所述第四纖維、所述第五纖維和所述第六纖維包含聚己酸內(nèi)酯(PCL)，并且 所述第三纖維和所述第四纖維還包含羥基磷灰石和磷酸三鈣(TCP )中的至少一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的膜式支架，其中:所述第三纖維、所述第四纖維、所述第五纖維和所述第六纖維除了聚己酸內(nèi)酯(PCL)之外還包含作為輔助組分的聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸-共-乙醇酸(PLGA)中的至少一種。
12.一種制造膜式支架的方法，包括: 把第一生物聚合物和第二生物聚合物分別地提供至第一沉積頭部和第二沉積頭部的注射器； 把所述第一生物聚合物通過所述第一沉積頭部的噴嘴噴霧以形成包含以第一間隔平行地布置的至少一個纖維層的第一層；以及 把所述第二生物聚合物通過所述第二沉積頭部的噴嘴噴霧在所述第一層上以形成包含以第二間隔平行地布置的至少一個纖維層的第二層， 其中 所述第一間隔和所述第二間隔具有不同的值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中: 所述第一層被配置為與身體中的骨組織接觸， 所述第二層被配置為與所述身體中的軟組織接觸，并且 所述第一間隔比所述第二間隔大。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中: 所述第一間隔在150μηι至400 μ m的范圍內(nèi)，并且 所述第二間隔在30μπι至50μπι的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中: 至少一個纖維層的高度在50μπι至100 μ m的范圍內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中: 所述第一層和所述第二層包含聚己酸內(nèi)酯(PCL)，并且 所述第一層還包含羥基磷灰石和磷酸三鈣(TCP)中的至少一種。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中: 所述第一層和所述第二層除了聚己酸內(nèi)酯(PCL)之外還包含作為輔助組分的聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸-共-乙醇酸(PLGA)中的至少一種。
【文檔編號】A61L27/14GK103889471SQ201280051010
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月18日
【發(fā)明者】沈鎮(zhèn)亨, 曹東佑, 金正容, 金鐘永 申請人:浦項工科大學校產(chǎn)學協(xié)力團