摘 要：為提高胸腰椎骨折術(shù)后固定支具的韌性，采用3D打印技術(shù)，以聚乳酸（PLA）樹(shù)脂和聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）樹(shù)脂為共混樹(shù)脂體系，添加納米二氧化硅和連續(xù)型碳纖維，制備一種全樹(shù)脂打印材料，并探討其在胸腰椎骨折術(shù)后護(hù)理中的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，PLA樹(shù)脂和PBAT樹(shù)脂的優(yōu)選質(zhì)量比為92∶8，納米二氧化硅優(yōu)選添加量為1%，此時(shí)制備的全樹(shù)脂打印材料拉伸強(qiáng)度為38.7 MPa、彎曲強(qiáng)度為84.5 MPa、沖擊強(qiáng)度為182.2 kJ·m -2 。除此之外，在胸腰椎骨折術(shù)后臨床護(hù)理中，使用全樹(shù)脂打印材料固定支具的研究組患者脊柱后凸角和疼痛情況均得到明顯改善，優(yōu)于對(duì)照組。因此，本研究制備的全樹(shù)脂打印材料綜合性能良好，可為胸腰椎骨折固定提供臨床參考。

關(guān)鍵詞：胸腰椎骨折；樹(shù)脂；納米二氧化硅；沖擊強(qiáng)度；脊柱后凸角

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ323 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2025）03-0130-04

Preparation of nano-SiO 2 modified resin printing materialsand their effectiveness in fracture fixation

WANG Yalin，JI Fuli，ZHAO Longdi，WEI Zhenyu，ZHAO Weihong

（Weichang Manchu Mongol Autonomous County Hospital， Chengde 068450，Hebei China）

Abstract：In order to improve the treatment effect of thoracolumbar vertebral fractures and reduce patient pain，3Dprinting was used，using poly（lactic acid）（PLA）resin and poly（butylene adipate-co-terephthalate）（PBAT）resinas a blend resin system，adding nano silica and continuous carbon fiber to produce a whole resin printing material，and its application effect in postoperative care of thoracolumbar vertebral fractures was explored. The results showthat the optimal mass ratio of PLA resin and PBAT resin is 92∶8，and the optimal amount of nano silica added is1%. At this time，the tensile strength of the all resin printing material is 38.7 MPa，the bending strength is 84.5 MPa，and the impact strength is 182.2 kJ·m -2 . In addition，in the postoperative clinical care of thoracolumbar fractures，the study group of patients who used all resin printed materials to fix the support showed significant improvement inspinal kyphosis and pain，which was better than the control group. Therefore，the comprehensive performance of theall resin printing material in this study is good，which can provide clinical reference for the fixation of thoracolum?bar fractures.

Key words：thoracic and lumbar vertebral fractures；resin；nano-SiO 2 ；impact strength；spinal kyphosis angle

胸腰椎骨折是一種常見(jiàn)的人體脊柱損傷疾病。在目前的胸腰椎骨折治療方式中，切開(kāi)復(fù)位手術(shù)可以達(dá)到內(nèi)固定傷椎、糾正胸腰椎畸形等目的 [1-2] 。除了手術(shù)治療外，還要利用一些非手術(shù)療法來(lái)減輕患者疼痛、恢復(fù)傷椎高度等 [3-4] 。但不管是手術(shù)治療還是非手術(shù)治療，胸腰椎骨折護(hù)理時(shí)傳統(tǒng)外固定支具的應(yīng)用都尤為重要，可以起到矯形治療、保持傷椎高度等作用。因此，關(guān)于傳統(tǒng)外固定支具的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。蔣朋翔等 [5] 利用高延展性、低成本的玄武巖纖維代替納米碳纖維，結(jié)合真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑技術(shù)，制備復(fù)合醫(yī)用支具材料。蔡學(xué)峰等 [6] 使用三維（3D）打印外固定支具和手法復(fù)位的方式，治療單純性胸腰椎壓縮性骨折。仲鋒鋒等 [7] 針對(duì)胸腰椎壓縮骨折，采用了可調(diào)式脊柱外固定器結(jié)合過(guò)伸復(fù)位法。研究表明，在15°～20°的過(guò)伸固定高度條件下，這種治療方法不僅可以減緩患者疼痛度、維持椎體高度，還能提高治療依從性、提高患者固定舒適度。由此可見(jiàn)，外固定支具材料在各種骨折治療中極為重要。

針對(duì)胸腰椎骨折固定，本研究研制了一種性能良好的全樹(shù)脂打印材料，并探討其在胸腰椎骨折術(shù)后護(hù)理中的應(yīng)用效果。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

主要材料：連續(xù)型碳纖維（工業(yè)純，上海力碩復(fù)合材料科技有限公司）；納米二氧化硅（SiO 2 ，工業(yè)純，靈壽縣正旭礦產(chǎn)產(chǎn)品加工廠）；聚乳酸（PLA）樹(shù)脂（工業(yè)純，上海一倫塑化有限公司）；聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）樹(shù)脂（工業(yè)純，湖北成豐化工有限公司）；ATBC增塑劑（工業(yè)純，濟(jì)南祥豐偉業(yè)化工有限公司）。

主要設(shè)備：GX-8011-A型伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（東莞市高鑫檢測(cè)設(shè)備有限公司）；CH-260型3D打印機(jī)（深圳市創(chuàng)想三維科技股份有限公司）；LZJ-JL-01型沖擊試驗(yàn)機(jī)（東莞笠智精電子科技有限公司）；BM65型雙螺桿擠出機(jī)（南京寶歐銘橡塑機(jī)械有限公司）；DSH-5.0型高速混合機(jī)（江蘇大金干燥科技有限公司）。

1.2 全樹(shù)脂打印材料制備

以PLA樹(shù)脂和PBAT樹(shù)脂作為共混樹(shù)脂體系，添加適量納米二氧化硅，制作3D打印樹(shù)脂線材。

然后將這種3D打印樹(shù)脂線材與連續(xù)型碳纖維以單擠入口單噴頭的方式進(jìn)行3D打印，最終獲得全樹(shù)脂打印材料。在制備過(guò)程中，進(jìn)行了共混樹(shù)脂體系配比和納米二氧化硅添加量的優(yōu)化，具體如后文所述。

1.2.1 3D打印樹(shù)脂線材的優(yōu)選制備

（1）使用干燥機(jī)以恒溫60 ℃對(duì)PLA樹(shù)脂以及PBAT樹(shù)脂進(jìn)行干燥2 h；

（2）稱量適量干燥后的PLA樹(shù)脂，添加8% PBAT樹(shù)脂與少量ATBC增塑劑進(jìn)行預(yù)混，再添加1%納米二氧化硅 [8-9] 。并利用高速混合機(jī)，將以上材料混合均勻；

（3）使用雙螺桿擠出機(jī)將混合后的原材料進(jìn)行熔融共混，再切粒、烘干，得到全樹(shù)脂打印材料顆粒；

（4）將全樹(shù)脂打印材料顆粒添加到雙螺桿擠出機(jī)中，設(shè)置擠出機(jī)一區(qū)溫度170 ℃、二區(qū)溫度180 ℃、三區(qū)溫度190 ℃、四區(qū)溫度180 ℃，以20 mm/s轉(zhuǎn)速擠出3D打印樹(shù)脂線材；

1.2.2 全樹(shù)脂打印材料3D打印成型

將3D打印樹(shù)脂線材與連續(xù)型碳纖維以單擠入口單噴頭的方式進(jìn)行3D打印，制成全樹(shù)脂打印材料試樣，用于后續(xù)試驗(yàn)。3D打印成型參數(shù)如表1所示 [10-11] 。

2 結(jié)果與分析

2.1 共混樹(shù)脂體系優(yōu)化

首先對(duì)共混樹(shù)脂體系中的PBAT樹(shù)脂添加量進(jìn)行優(yōu)化，測(cè)試不同PBAT樹(shù)脂添加量的全樹(shù)脂打印材料試樣的拉伸強(qiáng)度與沖擊強(qiáng)度，如圖1所示。由圖1可知，隨著共混樹(shù)脂體系中PBAT樹(shù)脂的增加，試樣的拉伸強(qiáng)度下降，而沖擊強(qiáng)度上升。通過(guò)這些現(xiàn)象可知，PBAT樹(shù)脂的添加，可以增強(qiáng)PLA/PBAT共混樹(shù)脂體系的沖擊性能，但是使材料體系拉伸性能下降。因此，為獲得韌性良好的全樹(shù)脂打印材料，共混樹(shù)脂體系中的PBAT樹(shù)脂應(yīng)當(dāng)少量添加，PBAT樹(shù)脂添加量?jī)?yōu)選為樹(shù)脂總質(zhì)量的8%。

2.2 性能測(cè)試分析

2.2.1 拉伸強(qiáng)度分析

圖2為在不同納米二氧化硅添加量條件下，全樹(shù)脂打印材料試樣的拉伸強(qiáng)度。當(dāng)全樹(shù)脂打印材料中添加的納米二氧化硅逐漸增多時(shí)，試樣拉伸強(qiáng)度呈先升后降趨勢(shì)。雖然納米二氧化硅對(duì)PLA復(fù)合材料體系有一定的增強(qiáng)增韌效果，但是其添加量過(guò)多時(shí)，由于材料體系中的納米二氧化硅顆粒與各種樹(shù)脂顆粒體積相差較大，納米二氧化硅會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象 [12-14] ，進(jìn)而導(dǎo)致3D打印熔融擠出的全樹(shù)脂打印材料成型試樣上存在較多缺陷。因此，材料強(qiáng)度性能會(huì)降低。綜上，在0.5%～1.5%添加量范圍內(nèi)，納米二氧化硅可以提高全樹(shù)脂打印材料拉伸強(qiáng)度。添加1%納米二氧化硅的全樹(shù)脂打印材料拉伸性能最佳。

2.2.2 彎曲強(qiáng)度分析

圖3為在不同納米二氧化硅添加量條件下，全樹(shù)脂打印材料試樣的彎曲強(qiáng)度。當(dāng)全樹(shù)脂打印材料中添加的納米二氧化硅逐漸增多時(shí)，試樣彎曲強(qiáng)度先升后降，與拉伸強(qiáng)度變化一致。而當(dāng)納米二氧化硅的添加量超過(guò)1%時(shí)，試樣彎曲強(qiáng)度反而開(kāi)始下降。添加2%納米二氧化硅的試樣彎曲強(qiáng)度已經(jīng)下降到64.7MPa。這主要?dú)w因于過(guò)多二氧化硅在全樹(shù)脂打印材料中的團(tuán)聚作用導(dǎo)致的材料性能下降。通過(guò)這些變化可得，為獲得彎曲性能良好的全樹(shù)脂打印材料，納米二氧化硅添加量宜為1%。

2.3 臨床應(yīng)用效果觀察

隨機(jī)選取于2022年12月～2024年2月期間，在我院進(jìn)行胸腰椎骨折治療的患者84例，并對(duì)這些患者進(jìn)行隨機(jī)分組，對(duì)照組和研究組各42例。各組患者的骨折部位、年齡以及性別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。納入標(biāo)準(zhǔn)：①患者年齡在18～70歲范圍內(nèi)；②患者均屬于單節(jié)段胸腰椎壓縮性骨折；③患者胸腰椎骨折受傷時(shí)間均在2周以內(nèi)；④患者及家屬均知曉并自愿參與此次研究。排除標(biāo)準(zhǔn)：①患者被診斷為病理性或骨質(zhì)疏松性骨折；②患者合并嚴(yán)重基礎(chǔ)病或其他嚴(yán)重?fù)p傷；③患者是孕婦或哺乳期婦女 [15-17] 。

選用質(zhì)量比為92∶8的PLA樹(shù)脂和PBAT樹(shù)脂作為共混樹(shù)脂體系，添加1%納米二氧化硅，制成3D打印樹(shù)脂線材。根據(jù)影像學(xué)參數(shù)，使用3D打印單擠入口單噴頭工藝，將這種線材與連續(xù)型碳纖維制作成胸腰椎骨折術(shù)后固定支具。研究組患者在術(shù)后護(hù)理中使用本研究中制備的固定支具，對(duì)照組患者則使用普通固定支具。

通過(guò)如下2個(gè)指標(biāo)評(píng)判本文制備的全樹(shù)脂打印材料的臨床應(yīng)用效果。脊柱后凸角（Cobb角）：在胸腰椎骨折術(shù)后，對(duì)患者進(jìn)行固定支具護(hù)理。在護(hù)理一定時(shí)間后，根據(jù)患者在治療前后的CT檢查情況以及胸腰椎X線片，測(cè)量Cobb角 [18-19] 。疼痛情況：使用疼痛視覺(jué)模擬評(píng)分法（VAS），對(duì)術(shù)后護(hù)理一定時(shí)間的患者疼痛情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。VAS評(píng)分越高則代表患者疼痛感越強(qiáng)。

由表2可知，與治療前相比，各組患者術(shù)后護(hù)理3個(gè)月的Cobb角均有一定改善。其中，研究者患者術(shù)后護(hù)理3個(gè)月的Cobb角更小，改善程度更大，且兩組患者術(shù)后護(hù)理3個(gè)月的Cobb角比較時(shí)， p＜0.05 。由表3可知，與對(duì)照組患者相比，研究者患者的疼痛感明顯更小，且2組疼痛情況比較時(shí)， p＜0.05 。這些數(shù)據(jù)表明，利用本研究中的全樹(shù)脂打印材料制備的胸腰椎骨折固定支具，在臨床護(hù)理中固定效果良好，舒適性更強(qiáng)，可為胸腰椎骨折術(shù)后臨床護(hù)理提供參考。

3 結(jié)論

（1）以PAL樹(shù)脂和PBAT樹(shù)脂作為共混樹(shù)脂體系。當(dāng)共混樹(shù)脂體系中PBAT樹(shù)脂添加量增加時(shí)，材料拉伸強(qiáng)度降低，沖擊強(qiáng)度提高。優(yōu)選PBAT樹(shù)脂添加量為8%。

（2）當(dāng)納米二氧化硅添加量增多時(shí)，材料拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊韌性均先升后降。添加1%納米二氧化硅的材料力學(xué)性能最佳。

（3）在胸腰椎骨折術(shù)后護(hù)理中，使用全樹(shù)脂打印材料的研究者患者在術(shù)后護(hù)理3個(gè)月的Cobb角明顯改善，疼痛情況也得到改善，均優(yōu)于對(duì)照組，表明這種全樹(shù)脂打印材料制成的固定支具臨床應(yīng)用效果良好。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 陳祥鎧，鄭豐裕.經(jīng)皮與開(kāi)放兩種手術(shù)方式治療單節(jié)段胸腰椎骨折的療效對(duì)比[J]. 現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生，2022，38（6）：1022-1027.

[2] 彭亮，李城華，戴慧，等. 不同入路切開(kāi)復(fù)位內(nèi)固定術(shù)對(duì)胸腰椎壓縮骨折患者應(yīng)激反應(yīng)及疼痛程度的影響[J]. 中國(guó)醫(yī)學(xué)創(chuàng)新，2023，20（25）：60-63.

[3] 包志強(qiáng)，陳國(guó)強(qiáng)，陳賢藝，等. 骨質(zhì)疏松性胸腰椎壓縮骨折經(jīng)皮椎體成形術(shù)后非手術(shù)椎體繼發(fā)骨折的危險(xiǎn)因素分析[J]. 中國(guó)骨與關(guān)節(jié)損傷雜志，2024，39（1）：73-76.

[4] 鄧紅妹，羅艷. 臨床椎體成形術(shù)及椎體后凸成形術(shù)在高齡重癥胸腰椎壓縮骨折中的應(yīng)用[J]. 當(dāng)代醫(yī)學(xué)，2020，26

（17）：41-44.

[5] 蔣朋翔，董哲. 新型納米復(fù)合材料支具在下肢關(guān)節(jié)損傷康復(fù)中的應(yīng)用[J]. 粘接，2023，50（7）：85-89.

[6] 蔡學(xué)峰，嚴(yán)杰偉，陳華.手法復(fù)位聯(lián)合3D打印外固定支具治療胸腰椎骨折臨床研究[J]. 河南中醫(yī)，2022，42（4）：596-600.

[7] 仲鋒鋒，孟祥奇，朱宏，等. 過(guò)伸復(fù)位法聯(lián)合可調(diào)式脊柱外固定器不同固定高度下對(duì)胸腰椎壓縮骨折效果影響研究[J]. 遼寧中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2023，25（8）：197-203.

[8] 王森. 3D打印用抗菌ABS線材及高韌PLA線材制備與性能研究[D]. 北京：北京化工大學(xué)，2020.

[9] 張海峰，張桂鑫，胡躍鑫，等. MAM相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)PLA/PBAT/MAM共混物結(jié)構(gòu)與性能的影響[J]. 遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2024，44（1）：9-14.

[10] 郝亞暾. 3D打印用玄武巖纖維/聚乳酸復(fù)合線材力學(xué)性能的研究[J]. 化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2022，20（6）：55-58.

[11] 劉暢. 連續(xù)型碳纖維增強(qiáng)聚乳酸基復(fù)合材料仿生設(shè)計(jì)與3D打印制備研究[D]. 吉林：吉林大學(xué)，2022.

[12] 沈瑩，艾潔，陳曉芬，等.二氧化硅基Janus納米片增韌增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂[J].高分子材料科學(xué)與工程，2022，38 （1）：75-81.

[13] 高會(huì)娜. 納米SiO 2 改性環(huán)氧樹(shù)脂碳纖維體育材料及性能試驗(yàn)[J]. 粘接，2022，49（3）：32-35.

[14] 陳廷. 納米二氧化硅改性聚乳酸/劍麻纖維復(fù)合材料的制備及表征[J]. 塑料科技，2020，48（11）：33-36.

[15] 劉彬，張廷偉，李佳佳，等. 骨盆牽引聯(lián)合充氣式彈性脊柱牽引器外固定治療胸腰椎壓縮骨折983例[J]. 中國(guó)中醫(yī)骨傷科雜志，2024，32（2）：82-85.

[16] 蔡成成，羅海濱，王經(jīng)韜. 通用脊柱固定系統(tǒng)治療胸腰椎爆裂骨折后椎管形態(tài)和神經(jīng)功能的恢復(fù)情況[J]. 臨床骨科雜志，2020，23（4）：479-482.

[17] 陳永亮. 復(fù)元活血湯輔助椎弓根釘內(nèi)固定治療胸腰椎骨折的療效[J]. 承德醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2024，41（1）：41-45.

[18] 劉立峰，馬驗(yàn)，馮鵬，等. 3D打印技術(shù)輔助經(jīng)椎弓根椎體截骨術(shù)治療脊柱后凸畸形患者的臨床效果[J]. 臨床醫(yī)學(xué)研究與實(shí)踐，2023，8（32）：33-36.

[19] 馬航展，賀少杰，謝一心，等. 骨質(zhì)疏松性椎體骨折不同復(fù)位程度椎體成形比較[J]. 中國(guó)矯形外科雜志，2023，31（20）：1854-1859.

（責(zé)任編輯：張玉平）