一種3d打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種3D打印醫(yī)用金屬植入物，具體涉及一種3D打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架，其有利于骨組織長(zhǎng)入，促進(jìn)骨性愈合。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印制備多孔金屬對(duì)于組織工程骨的發(fā)展有重要意義，減少了因自體骨移植對(duì)患者身體造成的損傷，同時(shí)也避免了異體骨移植高昂的費(fèi)用問(wèn)題。瑞典Arcam通過(guò)3D打印技術(shù)成功制備的金屬合金白杯、股骨干、脊柱及顱骨等骨科植入物，其中部分多孔金屬合金骨修復(fù)植入物已經(jīng)在臨床得以應(yīng)用。
[0003]多孔金屬打印主要采用目前如瑞典Arcam公司等依靠電子束熔煉(EBM)3D打印技術(shù)制造的多孔金屬，可以通過(guò)電腦設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)精確控制微孔大小，孔隙率，孔道走向及聯(lián)通情況，其孔徑最小可達(dá)到400微米，孔隙率最大可達(dá)85 %。而選擇性激光熔煉技術(shù)(SLM)可以達(dá)到更高的精度(100微米)，可以更精確的控制支架材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0004]而現(xiàn)今3D打印微孔單一，多為單一結(jié)構(gòu)的重復(fù)，往往是固定大小的孔徑和單一的孔道聯(lián)通結(jié)構(gòu)，而這與人體骨組織骨小梁結(jié)構(gòu)并不相符，且不利于骨組織長(zhǎng)入，易造成骨組織和成纖維同時(shí)長(zhǎng)入，大量的纖維組織導(dǎo)致纖維愈合而非骨愈合。且隨著組織長(zhǎng)入，必然需要更大的爬行空間，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案還導(dǎo)致了骨組織長(zhǎng)入后期出現(xiàn)生長(zhǎng)空間不足的問(wèn)題。EBM或SLM可以足夠精確地控制內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但目前對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重視并不夠，并沒有充分發(fā)揮3D打印精確控制內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，單一重復(fù)的結(jié)構(gòu)并不利于骨愈合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)單一重復(fù)的微孔結(jié)構(gòu)不利于骨組織長(zhǎng)入，骨組織植入物難以和自身骨達(dá)到骨性愈合的問(wèn)題，提供一種3D打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制作孔隙漸變的組織工程骨支架，通過(guò)呈梯度漸變的孔隙調(diào)控骨組織及成纖維等的長(zhǎng)入，最終達(dá)到最佳的骨愈合。
[0006]本實(shí)用新型是通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種3D打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架，其整體為六面體結(jié)構(gòu)，由組件A、組件B和組件C緊密排列組成，組件A陣列于六面體結(jié)構(gòu)最外層，組件B陣列于次外層，組件C陣列于最內(nèi)層;組件A、組件B、組件C均為六面體框架結(jié)構(gòu)，且組件A的孔徑大于組件B的孔徑，組件B的孔徑大于組件C的孔徑。
[0008]所述的一種3D打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架，其中，組件C由支撐柱和引導(dǎo)桿構(gòu)成，多條支撐柱連接構(gòu)成六面體框架結(jié)構(gòu)的邊棱，引導(dǎo)桿位于六面體框架結(jié)構(gòu)每相對(duì)兩個(gè)面的中心連線，相鄰組件的引導(dǎo)桿互相連接;組件A和組件B均由支撐柱、引導(dǎo)桿和分隔柵構(gòu)成，分隔柵位于六面體框架結(jié)構(gòu)每個(gè)面的對(duì)角線位置，且組件B中分隔柵的數(shù)量少于組件A中分隔柵的數(shù)量。
[0009]所述的一種3D打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架，其中，組件B中分隔柵的數(shù)量為組件A中分隔柵的數(shù)量的一半。
[0010]所述的一種3D打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架，其中，組件A中六面體框架結(jié)構(gòu)每個(gè)面上設(shè)有兩條分隔柵，而組件B中六面體框架結(jié)構(gòu)每個(gè)面上僅設(shè)一條分隔柵。
[0011 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0012]本實(shí)用新型著重設(shè)計(jì)3D打印金屬骨組織支架的細(xì)微結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)3種不同組件，依據(jù)不同組件的排列調(diào)整孔隙的變化，每種組件分別包括支撐柱、分隔柵和引導(dǎo)桿組成。本實(shí)用新型可以通過(guò)調(diào)整支撐柱的長(zhǎng)度，進(jìn)而依次改變分隔柵的長(zhǎng)度，從而改變孔隙面積進(jìn)而改變孔徑大小。因此本實(shí)用新型可以簡(jiǎn)單方便的調(diào)整孔徑。
[0013]本實(shí)用新型骨組織支架以六面體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，為了達(dá)到孔隙漸變的目的，設(shè)計(jì)了分隔柵，以分隔柵改變孔隙的孔徑。
[0014]本實(shí)用新型為了促進(jìn)細(xì)胞組織爬行，為例骨組織支架設(shè)計(jì)了引導(dǎo)桿，著重起到引導(dǎo)細(xì)胞迀移爬行的作用。更有利于骨組織沿引導(dǎo)桿方向長(zhǎng)入金屬支架內(nèi)，使組織和支架之間緊密結(jié)合，達(dá)到骨性愈合的目的。
[0015]本實(shí)用新型為孔徑漸變的梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架，有利于細(xì)胞組織有序合理的長(zhǎng)入金屬骨組織支架內(nèi)部。同時(shí)支撐柱、分隔柵、引導(dǎo)桿的長(zhǎng)度可以進(jìn)行調(diào)整，并帶動(dòng)孔徑大小變化，方法簡(jiǎn)單有效，可以生產(chǎn)出不同孔徑梯度的漸變孔隙金屬骨組織支架。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型3D打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架的整體結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型構(gòu)建梯度孔隙結(jié)構(gòu)的組件A結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是本實(shí)用新型構(gòu)建梯度孔隙結(jié)構(gòu)的組件B結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4是本實(shí)用新型構(gòu)建梯度孔隙結(jié)構(gòu)的組件C結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:
[0021 ] 1-支撐柱，2-分隔柵，3-引導(dǎo)桿。
【具體實(shí)施方式】
[0022]現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的構(gòu)成。
[0023]圖1所示為3D打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架的結(jié)構(gòu)示意圖，該支架完整結(jié)構(gòu)為六面體結(jié)構(gòu)，圖1為部分省略視圖，只保留相互正交的三個(gè)外立面，圖2至圖4為組成該支架的三種組件。3D打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架由組件A、組件B和組件C組成，組件A、組件B、組件C分別位于立體結(jié)構(gòu)外中內(nèi)層面，即組件A陣列于最外層，提供最小的孔徑，組件B陣列于次外層，提供中級(jí)孔徑，組件C陣列于最內(nèi)層，提供最大孔徑，即組件A孔徑大于組件B的孔徑，組件B的孔徑大于組件C的孔徑。
[0024]本實(shí)施例中，該支架為6*6*6的六階立方體結(jié)構(gòu)，組件A均布在立方體結(jié)構(gòu)最外一層，組件B均布在次外一層，組件C均布在最內(nèi)層兩層。
[0025]組件A、組件B、組件C均為六面體框架結(jié)構(gòu)，組件C由支撐柱1和引導(dǎo)桿3構(gòu)成，多根支撐柱1連接構(gòu)成六面體框架結(jié)構(gòu)的邊棱;組件A和組件B均由支撐柱1、引導(dǎo)桿3和分隔柵2構(gòu)成，且組件B中分隔柵2的數(shù)量少于組件A中分隔柵2的數(shù)量。
[0026]支撐柱1為六面體框架結(jié)構(gòu)的邊棱，各支撐柱1相互連接構(gòu)成3D打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架的主體立體結(jié)構(gòu)。
[0027]分隔柵2位于六面體框架結(jié)構(gòu)每個(gè)面的對(duì)角線位置，用于分割金屬骨組織支架的孔隙，通過(guò)控制分隔柵的數(shù)量可以將孔徑分為大中小三種。本實(shí)施例中，組件A與組件B的區(qū)別在于，組件A中六面體的每個(gè)面上設(shè)置兩根分隔柵2，而組件B中六面體的每個(gè)面上僅設(shè)置一根分隔柵2。
[0028]引導(dǎo)桿3為組件A、組件B、組件C的共有成分，位于六面體框架結(jié)構(gòu)每相對(duì)兩個(gè)面的中心連線，相鄰組件的引導(dǎo)桿3互相連接，為細(xì)胞組織的長(zhǎng)入提供導(dǎo)向作用。圖1中為了避免線條數(shù)過(guò)多，未示出引導(dǎo)桿3。
[0029]本實(shí)用新型不同于以往3D打印金屬骨組織支架，在傳統(tǒng)立體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使金屬骨組織支架具有孔隙漸變的特性。
[0030]如圖1所示以正六面體金屬骨組織支架為例，若支撐柱1長(zhǎng)度為1.4mm，該支架最外一層由組件A組成，組件A中的孔隙面積0.49mm2，則孔隙等效孔徑約為400um。次外層由組件B組成，孔隙面積為0.98mm2，則等效孔徑約為560um。最內(nèi)層由組件C組成，孔隙面積為1.96mm2，則等效孔徑為790um。
[0031 ]若支撐柱1長(zhǎng)度為2_，該支架最外一層由組件A組成，組件A中的孔隙面積1mm2，則孔隙等效孔徑約為556um。次外層由組件B組成，孔隙面積為2mm2，則等效孔徑約為798um。最內(nèi)層由組件C組成，孔隙面積為4mm2，則等效孔徑為1120um可見本實(shí)用新型可以通過(guò)調(diào)節(jié)支撐柱1的長(zhǎng)度進(jìn)而調(diào)整孔隙孔徑變化，方法簡(jiǎn)單有效，并能結(jié)合分隔柵2達(dá)到孔徑漸變的目的。
[0032]為了更好的促進(jìn)骨組織長(zhǎng)入，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了引導(dǎo)桿3，當(dāng)組織細(xì)胞爬行到金屬骨組織支架最外層表面時(shí)，可以沿引導(dǎo)桿3爬行，有利于細(xì)胞迀移，進(jìn)而促進(jìn)骨組織長(zhǎng)入。弓丨導(dǎo)桿3可以根據(jù)放入骨缺損的位置進(jìn)行調(diào)整取舍，保留和骨骼長(zhǎng)入方向一致的引導(dǎo)桿，使細(xì)胞爬行長(zhǎng)入更符合人體自然骨組織方向。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種3D打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架，其特征在于，其整體為六面體結(jié)構(gòu)，由組件A、組件B和組件C緊密排列組成，組件A陣列于六面體結(jié)構(gòu)最外層，組件B陣列于次外層，組件C陣列于最內(nèi)層;組件A、組件B、組件C均為六面體框架結(jié)構(gòu)，且組件A的孔徑大于組件B的孔徑，組件B的孔徑大于組件C的孔徑。2.如權(quán)利要求1所述的一種3D打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架，其特征在于，所述組件C由支撐柱(1)和引導(dǎo)桿(3)構(gòu)成，多條支撐柱(1)連接構(gòu)成六面體框架結(jié)構(gòu)的邊棱，引導(dǎo)桿(3)位于六面體框架結(jié)構(gòu)每相對(duì)兩個(gè)面的中心連線，相鄰組件的引導(dǎo)桿(3)互相連接;組件A和組件B均由支撐柱(1)、引導(dǎo)桿(3)和分隔柵(2)構(gòu)成，分隔柵(2)位于六面體框架結(jié)構(gòu)每個(gè)面的對(duì)角線位置，且組件B中分隔柵(2)的數(shù)量少于組件A中分隔柵(2)的數(shù)量。3.如權(quán)利要求2所述的一種3D打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架，其特征在于，所述組件B中分隔柵(2)的數(shù)量為組件A中分隔柵(2)的數(shù)量的一半。4.如權(quán)利要求2所述的一種3D打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架，其特征在于，所述組件A中六面體框架結(jié)構(gòu)每個(gè)面上設(shè)有兩條分隔柵(2)，而組件B中六面體框架結(jié)構(gòu)每個(gè)面上僅設(shè)一條分隔柵(2)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種3D打印梯度孔徑醫(yī)用多孔金屬骨組織支架，旨在克服現(xiàn)有技術(shù)單一重復(fù)的微孔結(jié)構(gòu)不利于骨組織長(zhǎng)入，骨組織植入物難以和自身骨達(dá)到骨性愈合的問(wèn)題，其整體為六面體結(jié)構(gòu)，由組件A、組件B和組件C緊密排列組成，組件A陣列于六面體結(jié)構(gòu)最外層，組件B陣列于次外層，組件C陣列于最內(nèi)層；組件A、組件B、組件C均為六面體框架結(jié)構(gòu)，且組件A的孔徑大于組件B的孔徑，組件B的孔徑大于組件C的孔徑。本實(shí)用新型通過(guò)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制作孔隙漸變的組織工程骨支架，通過(guò)呈梯度漸變的孔隙調(diào)控骨組織及成纖維等的長(zhǎng)入，最終達(dá)到最佳的骨愈合。
【IPC分類】A61L27/56
【公開號(hào)】CN205126948
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520857150
【發(fā)明人】秦彥國(guó), 李瑞延
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年10月30日