一种利用3D打印技术制备人工关节假体的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用3D打印技术制备人工关节假体的方法，它包括以下步骤：(1)设计出人工关节假体的数字模型；所述人工关节假体包括多孔层、致密层和嵌入层；(2)将数字模型导入3D打印设备；(3)根据导入的数字模型逐层熔融纳米羟基磷灰石/聚酰胺66粉末原料，利用3D打印制备出人工关节假体。本发明专利技术利用3D打印技术“量身定制”的具有多孔层、致密层和嵌入层的特殊结构的人工关节假体、与患者骨骼匹配更精准，患肢功能恢复更快，且可明显缩短手术时间，降低了假体松动下沉的并发症，延长了人工关节的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种利用3D打印技术制备人工关节假体的方法
本专利技术涉及一种利用3D打印技术制备人工关节假体的方法。
技术介绍
随着经济的发展和人们生活水平的提高，人工关节置换已广泛地应用于临床并取得了良好的临床效果，被公认为是各类终极关节疾病的有效治疗方法。然而，随着时间的推移，由这一手术产生的假体松动下沉等并发症也日益突出，严重影响了手术的临床疗效和患者的生活质量。一旦患者出现这些不良后果，往往需要患者进行翻修手术治疗，这不仅增加了患者的手术痛苦和医疗费用，而且翻修后的临床疗效也远不如初次手术理想。目前，临床上应用的人工关节材料主要包括医用金属材料和医用高分子材料。关节假体由医用金属材料制成，近年来新型钛基金属的研制以及表面涂层处理技术的改进，改善了金属人工关节假体的耐磨性和力学性能，生物安全性也得以提高。然而，当前已商业化的人工关节假体存在许多问题，如易发生无菌性松动、耐磨性不足、疲劳强度低以及生物力学相容性差等。首先，现有合金材料与骨组织之间的结合靠纤维组织实现，始终无法形成良好的骨结合界面。其次，合金材料的弹性模量(E＝100～200GPa)与人体骨骼的弹性模量(E＝10～40GPa)差距悬殊，因此假体植入后将不可避免地发生应力遮挡效应。应力遮挡将使得植入体周围骨应变减少，继发骨质疏松、骨质变薄、髓腔扩大，是发生假体-骨界面微动和术后骨折甚至关节脱位的根本原因。另外，关节衬垫由医用高分子材料制成，应用较为广泛的是超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。UHMWPE良好的耐磨性、低摩擦性及自润滑特性使其成为关节表面和关节衬垫的组成成分，组成金属-UHMWPE衬垫摩擦组合极大地提高了人工关节的工作年限。然而，UHMWPE晚期磨损严重，常产生大量磨屑。UHMWPE的磨损不仅直接破坏关节稳定性，而且产生了大量聚乙烯碎屑微粒。碎屑微粒成为摩擦界面的第三方颗粒，反复切削划伤摩擦界面表面，又加重了UHMWPE的磨损。更为重要的是，关节活动造成包括聚乙烯颗粒及骨水泥微粒在内的大量碎屑产生，将活化假体周围界膜中的巨噬细胞和异物巨细胞，促使TNF-α等细胞因子的释放。研究表明，这些细胞因子能活化破骨细胞和成纤维细胞，引起假体周围骨吸收、骨溶解和纤维增生，破坏植入物-骨组织的界面结合强度，促使假体发生松动。而假体松动又加重磨损，形成磨损-松动-磨损的恶性循环。而且，传统方法制备得到的人工假体与手术部位的形态拟合性较差，手术过程中常需反复尝试各种型号的假体，易加重局部创伤，延长手术时间。因此亟需通过恰当的材料和巧妙的设计制备出一种具有仿生功能的人工关节假体，解决人工关节假体松动下沉的并发症，生物性固定关节假体并降低关节面的摩擦损耗，延长假体的使用寿命。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种利用3D打印技术制备人工关节假体的方法。3D打印技术“量身定制”的个体化植入物与患者骨骼匹配更精准，患肢功能恢复更快，手术过程中常无需通过反复尝试各种型号的假体，避免加重局部创伤，且可明显缩短手术时间。纳米羟基磷灰石/聚酰胺66(nHA/PA66)是新型仿生的生物陶瓷类材料，具有优良的生物安全性、生物活性和与人体骨骼匹配的力学性能。nHA/PA66现已制成人工椎体、椎间融合器和骨填充材料等广泛应用于临床。大量实验证明，这种生物活性材料具有良好的骨整合能力，能够与人体骨组织整合。nHA/PA66制成的假体柄(即嵌入层)能与人体骨良好结合，实现骨组织血管化，避免假体植入部位发生微动,有利于早期临床愈合。目前，多孔nHA/PA66制备工艺成熟，孔隙率和孔隙尺寸可控，具有良好的生物力学性能。其强度和弹性模量与人体骨骼相似，能应用于承力部位骨的修复重建(即致密层)。且植入后应力遮挡效应弱，有利于植入周围骨组织的生长，减少了骨吸收和松动的发生率。多孔nHA/PA66(即多孔层)作为软骨细胞培养的组织工程支架，具有生物相容性良好的优点，且孔径和孔隙率可控，可作为一种理想的人工合成支架材料。复合转化生长因子和骨形态发生蛋白等多种生长因子的多孔支架能提供良好的软骨生长微环境，诱导软骨细胞、骨髓间充质干细胞等软骨种子细胞增殖、分化，分泌软骨细胞外基质，最终获得关节软骨面。关节软骨面的实现可重建关节运动功能，且避免了磨损颗粒的产生，减少无菌性炎症和假体松动，获得比金属人工关节更长的使用寿命。本专利技术提供了一种利用3D打印技术制备人工关节假体的方法，它包括以下步骤：(1)设计出人工关节假体的数字模型；所述人工关节假体包括多孔层、致密层和嵌入层；(2)将数字模型导入3D打印设备；(3)根据导入的数字模型逐层熔融纳米羟基磷灰石/聚酰胺66粉末原料，利用3D打印制备出人工关节假体。进一步的，步骤(1)中，所述多孔层具有多孔结构。进一步的，所述多孔结构的孔隙率为75％以上，优选为85％～90％。进一步的，所述多孔结构的孔的内径为100～800μm，优选为200～350μm；所述多孔结构的孔的内径平均为200～300μm。进一步的，所述多孔结构的孔是贯通的。进一步的，步骤(1)中，所述多孔层的长度为3～5mm。进一步的，步骤(1)中，所述致密层包括有两组互相垂直的大孔结构；所述大孔的直径为6～10mm。进一步的，步骤(1)中，所述致密层的长度为10～25cm。进一步的，步骤(1)中，所述嵌入层包括有4个直径为4～8mm的孔。进一步的，步骤(1)中，所述嵌入层的长度为10cm。进一步的，步骤(3)中，所述3D打印的温度为275～280℃。本专利技术提供了一种利用3D打印技术制备人工关节假体的方法，本专利技术利用3D打印技术“量身定制”的具有仿生功能的人工关节假体与患者骨骼匹配更精准，患肢功能恢复更快，手术过程中常无需通过反复尝试各种型号的假体，避免加重局部创伤，且可明显缩短手术时间；该人工关节假体通过特定的纳米羟基磷灰石/聚酰胺66材料，结合多孔层、致密层和嵌入层的特殊设计，例如，通过在致密层增设大孔结构以填充自体骨组织，使得人工关节假体与周围骨组织“生长”为一体，可实现良好的骨组织融合、自体骨组织血管化和更好支撑功能；从而制备得到了具有仿生功能的人工关节假体，降低了假体松动下沉的并发症，延长了人工关节的使用寿命。显然，根据本专利技术的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利技术上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。以下通过实施例形式的具体实施方式，对本专利技术的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均属于本专利技术的范围。附图说明图1为本专利技术人工关节假体的正面示意图。图2为本专利技术人工关节假体的立体示意图。图3为实际制作而成的人工关节的形状。具体实施方式本专利技术具体实施方式中使用的原料、设备均为已知产品，通过购买市售产品获得。纳米羟基磷灰石/聚酰胺66材料：四川国纳科技有限公司。实施例1本专利技术人工关节假体一、本专利技术人工关节假体的结构本专利技术具有仿生功能的人工关节假体是由多孔层、致密层和嵌入层组成。如图1-图3所示，其中，图1和图2表示了不同层之间的位置关系、比例关系以及各层的内部结构，图3表示实际制作而成的人工关节的形状，制成的人工关节的尺寸可以根据患者的具体情况进行调整。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用3D打印技术制备人工关节假体的方法，其特征在于：它包括以下步骤：(1)设计出人工关节假体的数字模型；所述人工关节假体包括多孔层、致密层和嵌入层；(2)将数字模型导入3D打印设备；(3)根据导入的数字模型逐层熔融纳米羟基磷灰石/聚酰胺66粉末原料，利用3D打印制备出人工关节假体。

【技术特征摘要】
2018.03.02 CN 20181017586791.一种利用3D打印技术制备人工关节假体的方法，其特征在于：它包括以下步骤：(1)设计出人工关节假体的数字模型；所述人工关节假体包括多孔层、致密层和嵌入层；(2)将数字模型导入3D打印设备；(3)根据导入的数字模型逐层熔融纳米羟基磷灰石/聚酰胺66粉末原料，利用3D打印制备出人工关节假体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述多孔层具有多孔结构。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述多孔结构的孔隙率为75％以上，优选为85％～90％。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述多孔结构的孔的内径为100～800μm，优选为200～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘铁龙，胡一为，白广建，高欣，王静，刘永刚，陈广辉，汪洋，刘戈，曹佳实，刘伟波，杨家祥，董连峰，信保全，吕凯，
申请(专利权)人：上海长征医院，
类型：发明
国别省市：上海,31