一种3D打印仿骨结构磷酸钙陶瓷多孔修复体

本发明涉及医疗器械，特别涉及一种3d打印仿骨结构磷酸钙陶瓷多孔修复体。

背景技术：

1、由肿瘤、创伤和骨质疏松等疾病导致的骨缺损已成为人类生活中常见的疾病，较小尺寸的骨缺损问题仅凭借人体自愈能力即可实现完好修复，而较大尺寸，尤其是超过临界尺寸的骨缺损修复仍是亟待解决的医学难题。骨移植成为解决骨缺损问题的主要方式。

2、骨移植包括自体骨移植、异体骨移植和人工骨移植三种。自体骨与患者具有良好的相容性，无不良反应，一度被认为是骨移植的“金标准”，但自体骨获取过程往往为患者带来二次损伤，对于体质较弱的患者而言有较大风险。相比之下异体骨移植来源更广，但具有免疫排斥和携带病原体的风险。由化学合成等方式合成原料，进一步制备成形的人工骨，具有来源广泛且无疾病传染风险等优点而备受青睐，但在生物相容性和生物功能性等方面仍需进一步提升。

3、多孔磷酸钙陶瓷因成分与天然骨矿物质相似而具有优异的骨诱导性，其多孔结构赋予陶瓷良好的骨传导性，因此被应用于骨缺损修复中。但传统方法制备的多孔陶瓷的力学性能普遍较差，多孔结构难以精确控制，从而限制其生物学性能和力学性能的提升。

4、3d打印技术，也称为增材制造技术，是近几年发展的新型制造技术，对成品的几何形状控制具有较强的控制能力，在制备多孔磷酸钙陶瓷方面具有较大优势。当前针对3d打印多孔陶瓷孔结构的生物学性能和力学性能有相当多的研究，但陶瓷本身的脆性使得制备出的多孔陶瓷容易发生断裂，大大限制其在承力骨部位的应用。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明旨在提供一种3d打印仿骨结构磷酸钙陶瓷多孔修复体，通过将其外部设计为仿骨密质的致密结构，增强修复体整体力学强度，通过将其内部设计为多孔结构，增强修复体的生物学性能，并通过在修复体内部预留髓内钉安装通道，使其与髓内钉配合使用，降低陶瓷断裂风险，解决当前多孔磷酸钙陶瓷在承力骨部位的应用局限性。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种3d打印仿骨结构磷酸钙陶瓷多孔修复体，包括致密结构、多孔结构以及内衬；

4、所述致密结构用于仿骨密质，呈管状且表面设有滋养孔道；

5、所述多孔结构用于仿骨松质，包括一种或多种子多孔结构；

6、所述内衬用于放置髓内钉，呈管状且同轴设置在所述致密结构中，所述内衬通过直杆与所述致密结构相连。

7、作为优选，所述子多孔结构选自金刚石结构、八面体结构、球形堆积结构和极小曲面结构。

8、作为优选，所述多孔结构的宏孔孔径为400μm-1000μm。

9、作为优选，所述多孔结构的孔隙率为40％-70％。

10、作为优选，所述修复体通过以下步骤制作而成：

11、s1：设计仿骨密质的管状致密结构，并在所述致密结构上切割出滋养孔道；

12、s2：设计与髓内钉尺寸匹配的管状结构，与所述致密结构同轴放置，作为髓内钉的内衬；

13、s3：在所述致密结构和所述内衬之间，设计内径与所述内衬匹配，外径与所述致密结构匹配的柱状结构，并将其重建为多孔结构；

14、s4：设计直杆，使所述致密结构与所述内衬通过所述直杆相连，获得修复体模型；

15、s5：将所述修复体模型输出为打印文件，配置陶瓷浆料，进行3d打印、烧结后即可获得所述修复体。

16、作为优选，步骤s4中，采用三维喷墨打印、选择性激光烧结、立体光固化成型、数字光处理中的任意一种或多种3d打印技术进行3d打印。

17、作为优选，步骤s4中，配置陶瓷浆料时，所述陶瓷浆料采用羟基磷灰石、磷酸三钙或双相磷酸钙进行配置。

18、本发明的有益效果是：

19、本发明通过设置致密结构和多孔结构仿照天然骨，重建骨松质与骨密质结构，通过骨密质结构增强磷酸钙陶瓷修复体的力学强度，并在其上设计滋养孔道，以便植入后营养物质和代谢废物运输；通过可控骨松质结构优化磷酸钙陶瓷修复体的生物学性能，促进磷酸钙陶瓷对骨缺损的修复；通过多结构与多成分的组合应用，赋予修复体多重功能；通过设计髓内钉内衬，使髓内钉和磷酸钙修复体配合使用，降低陶瓷修复体断裂风险，并防止髓内钉对多孔结构的破坏，内衬形状多样，适用于不同髓内钉产品。

技术特征：

1.一种3d打印仿骨结构磷酸钙陶瓷多孔修复体，其特征在于，包括致密结构、多孔结构以及内衬；

2.根据权利要求1所述的3d打印仿骨结构磷酸钙陶瓷多孔修复体，其特征在于，所述子多孔结构选自金刚石结构、八面体结构、球形堆积结构和极小曲面结构。

3.根据权利要求1所述的3d打印仿骨结构磷酸钙陶瓷多孔修复体，其特征在于，所述多孔结构的宏孔孔径为400μm-1000μm。

4.根据权利要求1所述的3d打印仿骨结构磷酸钙陶瓷多孔修复体，其特征在于，所述多孔结构的孔隙率为40％-70％。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的3d打印仿骨结构磷酸钙陶瓷多孔修复体，其特征在于，所述修复体通过以下步骤制作而成：

6.根据权利要求5所述的3d打印仿骨结构磷酸钙陶瓷多孔修复体，其特征在于，步骤s4中，采用三维喷墨打印、选择性激光烧结、立体光固化成型、数字光处理中的任意一种或多种3d打印技术进行3d打印。

7.根据权利要求5所述的3d打印仿骨结构磷酸钙陶瓷多孔修复体，其特征在于，步骤s4中，配置陶瓷浆料时，所述陶瓷浆料采用羟基磷灰石、磷酸三钙或双相磷酸钙进行配置。

技术总结
本发明公开了一种3D打印仿骨结构磷酸钙陶瓷多孔修复体，属于生物医学工程技术。所述修复体包括致密结构、多孔结构以及内衬；所述致密结构用于仿骨密质，呈管状且表面设有滋养孔道；所述多孔结构用于仿骨松质，包括一种或多种子多孔结构；所述内衬用于放置髓内钉，呈管状且同轴设置在所述致密结构中，所述内衬通过直杆与所述致密结构相连。本发明通过致密结构和髓内钉增强修复体的力学强度，降低陶瓷断裂风险，利用多变的材料组合及多孔结构赋予修复体多重功能，可实现磷酸钙陶瓷多孔修复体在承力骨上的应用。

技术研发人员：朱向东,曹全乐,刘芸伊,李向锋,袁波,张兴栋
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13