一体化多层仿生软骨支架的制作方法

1.本实用新型涉及一种一体化多层仿生软骨支架。


背景技术：

2.由创伤、疾病和年龄老化等导致的骨软骨缺损已经成为一个世界性的问题，严重影响患者的生活质量。关节软骨根据其形态特征和结构组成的差异可分为软骨浅表层、软骨中间层、软骨深层以及钙化软骨层。关节软骨的分层结构和特殊的形态构成，对于软骨维持软骨稳定及有效应对高频度的摩擦力及剪切力，有着不可替代的作用。由于骨软骨组织自愈能力有限，常常需要依靠外部介入的方式治疗。
3.目前使用组织工程软骨支架修复骨软骨缺损是最有希望的修复方法之一，然而现有的组织工程软骨支架在结构方面存在许多问题。比如授权公告号为cn103989541b(申请号为201410211521.1)的中国发明专利《具有复杂型面的高强度复合材料软骨支架的制备方法》,其中公开的的软骨支架是一单层结构，与天然的骨软骨组织的分层结构存在巨大差异，很难保证良好的应用体验。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能够有效仿生软骨的多层结构，并且结构整体性强的一体化多层仿生软骨支架。
5.本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种一体化多层仿生软骨支架，其特征在于：包括对应于软骨浅表层设置的第一仿生层、对应于软骨中间层设置的第二仿生层、对应于软骨深层设置的第三仿生层、对应于钙化软骨层设置的第四仿生层，所述第一仿生层、第二仿生层、第三仿生层、第四仿生层自上而下依次一体连接，第四仿生层的底部还一体连接有至少一个楔形支腿。
6.优选地，所述第一仿生层的厚度为h1，第二仿生层的厚度为h2，第三仿生层的厚度为h3，第四仿生层的厚度为h4，其中h1＝h3＜h2＜h4。
7.可选择地，所述第一仿生层的厚度为0.3～0.8mm，第二仿生层的厚度为1～2mm，第三仿生层的厚度为0.3～0.8mm，第四仿生层的厚度为1.5～2.5mm。
8.优选地，所述第一仿生层的厚度为0.5mm，第二仿生层的厚度为1.5mm，第三仿生层的厚度为0.5mm，第四仿生层的厚度为2mm。
9.优选地，所述第一仿生层、第二仿生层、第三仿生层、第四仿生层均为具有网孔的网状结构层。
10.优选地，所述第一仿生层、第二仿生层、第三仿生层均为3d打印机利用聚已内酯打印的网状结构层，第四仿生层为3d打印机利用聚己内酯和羟基磷灰石混合材料打印的网状结构层。
11.优选地，所述第一仿生层的网孔直径为d1，第二仿生层的网孔直径为d2，第三仿生层的网孔直径为d3，第四仿生层的网孔直径为d4，其中d1＜d2＜d3＜d4。
12.可选择地，所述第一仿生层的网孔直径为150～250μm，第二仿生层的网孔直径为250～350μm，第三仿生层的网孔直径为350～450μm，第四仿生层的网孔直径为450～550μm。
13.优选地，所述第一仿生层的网孔直径为200μm，第二仿生层的网孔直径为300μm，第三仿生层的网孔直径为400μm，第四仿生层的网孔直径为500μm。
14.为了保证连接的稳定性以及连接强度，所述第四仿生层的底部一体连接有以第四仿生层的中心对称的两个楔形支腿。
15.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型中的一体化多层仿生软骨支架结构，由于一体设置，其结构完整性好。并且其多层结构的密度、厚度可根据需要进行个性化定制，和患者的匹配性能够更高。另外，该一体化多层仿生软骨支架在仿生天然的骨软骨组织结构的基础上，还额外设置了楔形支腿，便于手术时在软骨下骨上进行固定。移植后该软骨支架与骨软骨组织牢牢固定，能更好的促进骨软骨修复。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例中一体化多层仿生软骨支架的立体图。
具体实施方式
17.以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
18.关节软骨根据其形态特征和结构组成的差异可分为软骨浅表层、软骨中间层、软骨深层以及钙化软骨层。其中软骨浅表层的作用为：为软骨提供了平滑、滑动的表面和极小的摩擦力，使软骨接触面能够有效地抵挡剪切力的作用；其结构特点为：层占关节软骨全厚的10
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20％，该层的胶原整齐排列，与软骨表面平行。软骨中间层的作用为：中间层的各种组分能够在压力作用下重新定向和排列，从而更有效地在外界压力下产生应变；其结构特点为：中间层在关节软骨中所占区域最大，占组织体积的40
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60％，中间层也是糖胺聚糖含量最为丰富的区域。软骨深层的作用为：该区是关节软骨中形变能力最小的区域，是软骨承重的主要部位之一；其结构特点为：深层约占关节软骨总体积的30％。钙化软骨层的作用为：构成了软骨组织天然的强度梯度，起到了承重支撑的作用；其结构特点为：钙化软骨主要由钙化的软骨细胞和纤维组成，该区域的软骨细胞，不再产生细胞外基，其机械强度介于软骨和软骨下骨之间。
19.如图1所示，本实施例中的一体化多层仿生软骨支架，可以固定在软骨下骨上进行使用，进而实现对由创伤、疾病和年龄老化等导致的骨软骨缺损的情况进行骨软骨修复。
20.该一体化多层仿生软骨支架包括对应于软骨浅表层设置的第一仿生层1、对应于软骨中间层设置的第二仿生层2、对应于软骨深层设置的第三仿生层3、对应于钙化软骨层设置的第四仿生层4，第一仿生层1、第二仿生层2、第三仿生层3、第四仿生层4自上而下依次一体连接，第四仿生层4的底部还一体连接有至少一个楔形支腿5。本实施例中，第四仿生层4的底部一体连接有以第四仿生层4的中心对称的两个楔形支腿5，如此可以有效保证连接的稳定性以及连接强度。
21.第一仿生层1、第二仿生层2、第三仿生层3、第四仿生层4的厚度不同，第一仿生层1、第二仿生层2、第三仿生层3、第四仿生层4的厚度可以根据患者的需要进行定制，进而使得各仿生层均能发挥对应软骨结构层的作用。具体地，第一仿生层1的厚度为h1，第二仿生
层2的厚度为h2，第三仿生层3的厚度为h3，第四仿生层4的厚度为h4，根据软骨结构层的特点，对应设置h1＝h3＜h2＜h4。
22.根据患者的年龄、骨骼形态等特点，各仿生层的厚度可以在一定合理的的范围内进行选择定制，本实施例中，所述第一仿生层的厚度为0.3～0.8mm，第二仿生层的厚度为1～2mm，第三仿生层的厚度为0.3～0.8mm，第四仿生层的厚度为1.5～2.5mm。
23.对于普通的成年人来讲，优选第一仿生层1的厚度为0.5mm，第二仿生层2的厚度为1.5mm，第三仿生层3的厚度为0.5mm，第四仿生层4的厚度为2mm。
24.根据软骨中各结构层不同密度的特点，本实施例中的第一仿生层1、第二仿生层2、第三仿生层3、第四仿生层4均采用具有网孔的网状结构层。第一仿生层1、第二仿生层2、第三仿生层3可以采用3d打印机利用聚已内酯打印的网状结构层，第四仿生层4为了仿生钙化软骨层的特有结构，则使用聚已内酯和羟基磷灰石作为打印材料进行3d打印成形。而两个楔形支腿5也采用3d打印机利用聚已内酯打印。通过3d打印机的打印保证了该一体化多层仿生软骨支架的一体性，同时能够更好的匹配患者的软骨形态。打印时，每个仿生层可以具有多层聚已内酯打印层，每层聚已内酯打印层为相互平行且间隔设置的聚已内酯线条，相邻的两层聚已内酯打印层上的线条交错设置，进而形成整体的网状结构层。
25.根据软骨中各结构层的密度不同的特点，该一体化多层仿生软骨支架中的各仿生层密度也不同，各仿生层的密度可以根据患者需要进行定制。而各仿生层的密度则通过各仿生层的网孔直径来体现，密度越大，网孔直径则越小。其中第一仿生层1的网孔直径为d1，第二仿生层2的网孔直径为d2，第三仿生层3的网孔直径为d3，第四仿生层4的网孔直径为d4，通常d1＜d2＜d3＜d4。具体各仿生层的网孔直径可以在下述范围进行选择。第一仿生层1的网孔直径为150～250μm，第二仿生层2的网孔直径为250～350μm，第三仿生层3的网孔直径为350～450μm，第四仿生层4的网孔直径为450～550μm。优选，第一仿生层1的网孔直径为200μm，第二仿生层2的网孔直径为300μm，第三仿生层3的网孔直径为400μm，第四仿生层4的网孔直径为500μm。利用3d打印机打印各仿生层时，两个仿生层的连接处可以过渡打印，即两个仿生层连接处的网孔直径可以自一个仿生层的网孔直径慢慢过渡至另一仿生层的网孔直径。
26.该一体化多层仿生软骨支架中第一仿生层1的厚度和密度能够匹配于软骨浅表层致密光滑，占软骨总体积约10
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20％的特点；第二仿生层2的厚度和密度能够匹配于软骨中间层体积占比大，体积占比为40
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60％，结构丰富的特点；第三仿生层3的厚度和密度能够匹配于软骨深层体积较小，体积占比一般为30％，孔径较疏松，形变小的特点，第四仿生层4的厚度和密度能够匹配于钙化软骨层强度较高，与骨组织形态和孔径相近的特点。
27.使用时，将两个楔形支腿5固定在骨软骨下骨内，进而实现固定，移植后该一体化多层仿生软骨支架与骨软骨组织牢牢固定。该一体化多层仿生软骨支架符合骨软骨组织工程要求，为促进骨软骨修复提供了良好的工具。
28.本实用新型中的一体化多层仿生软骨支架结构，由于一体设置，其结构完整性好。并且其多层结构的密度、厚度可根据需要进行个性化定制，和患者的匹配性能够更高。另外，该一体化多层仿生软骨支架在仿生天然的骨软骨组织结构的基础上，还额外设置了楔形支腿5，便于手术时在软骨下骨上进行铆合固定。移植后该软骨支架与骨软骨组织牢牢固定，能更好的促进骨软骨修复。