一种骨修复用多孔支架及制备方法技术

本发明专利技术涉及医用植入材料技术领域，公开了一种骨修复用多孔支架，其特征在于：包括多个呈立方体结构的第一结构单元，所述第一结构单元包括第一球形节点和第一连接杆，所述第一球形节点分别位于立方体的各个顶点和立方体的体心，位于顶点的第一球形节点与位于体心的第一球形节点之间均对应设置有第一连接杆，多个所述第一结构单元在水平面上依次排列，相邻的第一结构单元之间的第一球形节点重合以形成复合单元，所述复合单元沿空间方向阵列以形成多孔支架。本发明专利技术还公开了一种骨修复用多孔支架的制备方法。其有益效果在于：本多孔支架的具有较低的弹性模量和残余应力，具有合适孔隙率和承载力，有益于骨损伤修复和人体机能恢复。

A porous scaffold for bone repair and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种骨修复用多孔支架及制备方法
本专利技术涉及医用植入材料
，具体涉及一种骨修复用多孔支架及制备方法。
技术介绍
外伤或者疾病导致的大面积骨缺损修复方法中骨组织工程修复方法是最具前景的一种修复手段。例如修复股骨粉碎性骨折损伤所需植入物，该植入物需要与自体骨相近的性模量和承载能力。金属多孔支架是骨组织工程领域中最常用材料，通过合理的空隙结构设计可以制备与自体骨匹配的弹性模量以防应力屏蔽，同时具有一定承载力防止植入物早期断裂。现有产品中，钛合金多孔植入体具有绝对的优势，因为其优良的力学相容性和生物学相容性。钛合金的弹性模量相对其他金属与自然骨组织更加接近，合金中无致病或者少致病元素。尽管如此，实心钛合金植入体的弹性模量依然高于自然骨，由此，多孔架构工程支架应运而生。通过优化钛合金多孔支架的结构设计可以提高植入体孔隙率，降低其弹性模量，增加血液运输通道，促进细胞粘附与增殖。多孔支架设计过程中需要平衡弹性模量与强度的要求。一味的追求低弹性模量可能导致该植入体承载力不够，引起植入体早期断裂失效。而过度追求承载能力将导致工程支架弹性模量高于自然骨组织，从而出现应力屏蔽导致骨组织吸收，引起植入体松动、脱落等失效。此外，合理结构设计可以降低多孔支架中的残余应力，减少残余应力导致的打印精度及应力集中等问题。因此，研发一种合理的单元结构对提高金属植入物的适用性，促进骨修复具有重要的科学意义和实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种低弹性模量、低残余应力、合适孔隙率和承载力的骨修复用多孔支架。本专利技术还提供了一种骨修复用多孔支架的制备方法。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种骨修复用多孔支架，包括多个呈立方体结构的第一结构单元，所述第一结构单元包括第一球形节点和第一连接杆，所述第一球形节点分别位于立方体的各个顶点和立方体的体心，位于顶点的第一球形节点与位于体心的第一球形节点之间均对应设置有第一连接杆，所述第一连接杆的截面半径为r1，所述第一球形节点半径为r2，其中，多个所述第一结构单元在水平面上依次排列，相邻的第一结构单元之间的第一球形节点重合以形成复合单元，所述复合单元沿空间方向阵列以形成多孔支架。进一步地，还包括第一增强梁，所述第一增强梁平行于空间方向，并沿多孔支架的水平面轮廓曲线均匀分布，所述第一增强梁的截面半径为r3，其中，r3>r1。进一步地，所述第一增强梁沿空间方向与多孔支架中位于立方体顶点的第一球形节点重合。进一步地，所述第一连接杆和第一增强梁均呈圆柱形。一种骨修复用多孔支架，包括多个呈立方体结构的第一结构单元和多个呈立方体结构第二结构单元；所述第一结构单元的外轮廓边长为a1，所述第一结构单元包括第一球形节点和第一连接杆，所述第一球形节点分别位于立方体的各个顶点和立方体的体心，位于顶点的第一球形节点与位于体心的第一球形节点之间均对应设置有第一连接杆，所述第一连接杆的截面半径为r1，所述第一球形节点半径为r2；所述第二结构单元的外轮廓边长为a2，所述第二结构单元包括第二球形节点和第二连接杆，所述第二球形节点分别位于立方体的各个顶点，所述第二连接杆分别位于立方体的十二条棱上，所述第二连接杆的两端与对应的第二球形节点连接，所述第二连接杆的截面半径为r4，第二球形节点的半径为r5，其中a1＝a2，r1＝r4，r2＝r5，所述第一结构单元和第二结构单元在水平面上交替设置，相邻的第一球形节点与第二球形节点重合以形成复合单元，所述复合单元沿空间方向阵列以形成多孔支架。进一步地，还包括第二增强梁，所述第二增强梁平行于空间方向，并沿多孔支架的水平面轮廓线均匀分布，所述第二增强梁的截面半径为r6，其中，r6>r4。进一步地，所述第二增强梁沿空间方向与立方体顶点的第一球形节点重合或与立方体侧棱的第二连接杆重合。进一步地，所述第二连接杆和第二增强梁均呈圆柱形。一种基于上述骨修复用多孔支架的制备方法，包括如下步骤，S101、通过计算机绘图软件绘制出结构单元，将结构单元在水平方向拼接成指定形状，再沿垂直方向拼接成复合单元结构，相邻结构单元以球形节点相互重合实现连接；S102、然后将拼接好的复合结构单元沿空间方向阵列形成多孔支架的模型；；S103、通过布尔运算获得修复所需外形结构的多孔支架，并在表层添加增强梁结构；S104、对多孔支架的模型进行分层处理，随后将模型转换为金属打印机可识别的STL文件；S105、将S104中的文件导入金属打印设备，采用激光烧结技术打印成型。进一步地，所述多孔支架采用Ti-6AL-4V粉末经激光烧结技术打印而成。本专利技术相对于现有技术具有如下优点：1、本专利技术中的多孔支架结构简单，设计合理，具有较低的低弹性模量、低残余应力，通过少量梁柱结构承担主要的载荷，多孔结构提供细胞粘附区域，两者相互结合实现力学相容性和生物相容性共同提高。2、本专利技术中设计有增强梁，在最大程度上实现强度与孔隙率的平衡。3、本专利技术中的多孔支架中的结构单元不限一种，结构单元间可根据实际需求排布。其中第一结构单元的孔径较小其为细胞粘附提供适宜的微观环境，第二结构单元的孔径较大其多孔支架提供营养运输通道。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了根据本专利技术的实施例1的第一结构单元的结构示意图；图2示出了图1的主视图；图3示出了根据本专利技术的实施例1的多孔支架的结构示意图；图4示出了图3的侧视图；图5示出了根据本专利技术实施例1制成的股骨截断位置修复用圆柱形多孔支架的结构示意图；图6示出了图5的俯视图；图7示出了在图5中增加第一增强梁的结构示意图；图8示出了图7的俯视图；图9示出了图7的侧视图；图10示出了根据本专利技术的实施例2的第二结构单元的结构示意图；图11示出了根据本专利技术的实施例2的主视图；图12示出了根据本专利技术的实施例2的多孔支架的结构示意图；图13示出了图12的俯视图；图14示出了根据本专利技术实施例2制成的股骨截断位置修复用圆柱形多孔支架的结构示意图；图15示出了图14的俯视图；图16示出了图14的主视图；图17示出了在图14中增加第二增强梁的结构示意图；图18示出了图17的俯视图；图19示出了图17的主视图；图20示出了实施例3中复合单元的结构示意图；图21示出了图20的俯视图；图中，1为第一结构单元；2为第一球形节点；3为第一连接杆；4为第一增强梁；5为第二结构单元；6为第二球形节点；7为第二连接杆；8为第二增强梁；X表示水平方向；Y表示空间方向；Z表示垂直方向；X、Z所在平面为水平面。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1：如图1-图6所示，一种骨修复用多孔支架，包括多个呈立方体结构的第一结构单元1，所述第一结构单元的外轮廓边长为a1，所述第一结构单元1包括九个第一球形节点2和八条第一连接杆3，其中八个所述第一球形节点2分别位于立方体的各个顶点，另外一个第一球心节点2位于立方体的体心，位于顶点的第一球形节点2与位于体心的第一球形节点2之间均对应设置有第一连接杆3，所述第一连接杆3的截面半径为r1，所述第一球形节点2半径为r2，其中，多个所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种骨修复用多孔支架，其特征在于：包括多个呈立方体结构的第一结构单元，所述第一结构单元包括第一球形节点和第一连接杆，所述第一球形节点分别位于立方体的各个顶点和立方体的体心，位于顶点的第一球形节点与位于体心的第一球形节点之间均对应设置有第一连接杆，所述第一连接杆的截面半径为r1，所述第一球形节点半径为r2，其中，

【技术特征摘要】
1.一种骨修复用多孔支架，其特征在于：包括多个呈立方体结构的第一结构单元，所述第一结构单元包括第一球形节点和第一连接杆，所述第一球形节点分别位于立方体的各个顶点和立方体的体心，位于顶点的第一球形节点与位于体心的第一球形节点之间均对应设置有第一连接杆，所述第一连接杆的截面半径为r1，所述第一球形节点半径为r2，其中，多个所述第一结构单元在水平面上依次排列，相邻的第一结构单元之间的第一球形节点重合以形成复合单元，所述复合单元沿空间方向阵列以形成多孔支架。2.根据权利要求1所述的骨修复用多孔支架，其特征在于：还包括第一增强梁，所述第一增强梁平行于空间方向，并沿多孔支架的水平面轮廓曲线均匀分布，所述第一增强梁的截面半径为r3，其中，r3>r1。3.根据权利要求2所述的骨修复用多孔支架，其特征在于：所述第一增强梁沿空间方向与多孔支架中位于立方体顶点的第一球形节点重合。4.根据权利要求2所述的骨修复用多孔支架，其特征在于：所述第一连接杆和第一增强梁均呈圆柱形。5.一种骨修复用多孔支架，其特征在于：包括多个呈立方体结构的第一结构单元和多个呈立方体结构第二结构单元；所述第一结构单元的外轮廓边长为a1，所述第一结构单元包括第一球形节点和第一连接杆，所述第一球形节点分别位于立方体的各个顶点和立方体的体心，位于顶点的第一球形节点与位于体心的第一球形节点之间均对应设置有第一连接杆，所述第一连接杆的截面半径为r1，所述第一球形节点半径为r2；所述第二结构单元的外轮廓边长为a2，所述第二结构单元包括第二球形节点和第二连接杆，所述第二球形节点分别位于立方体的各个顶点，所述第二连接杆分别位于立方体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑华德，刘丽丽，张明，
申请(专利权)人：华南协同创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44