一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物制造技术

本发明专利技术公开了一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，包括软组织共生区，软组织共生区设置于骨植入物表面的局部多孔区域，承载区为单一热塑性材料，位于骨植入内部或表面的实体三维区域，软组织共生区与承载区之间设置有过渡区，过渡区为孔隙率和孔径呈梯度变化的多孔结构。实现骨植入物植入后伤口的快速愈合。

A thermoplastic / soft tissue implant based on 3D printing

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物
本专利技术属于医疗
，具体涉及一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物。
技术介绍
肿瘤、外部创伤、畸形等造成的大段骨缺损，患者骨缺损位置和特征具有明显的特异性差异，传统的加工方式难以满足骨植入个性化制造的要求，因此仅能根据患者具体病情对骨缺损进行个性化定制，3D打印技术作为一种增材制造技术，可根据所打印样件的几何形状将材料层层累加，节省材料、降低制造成本并且提高了制造效率，3D打印技术同样适用于个性化需求较高的骨植入的制备，目前应用较多的3D打印骨植入物为钛合金骨植入物，其中钛合金骨植入物在下颌骨、颅骨、肋骨椎体等得到了广泛的应用，但钛合金力学性能与自然骨相差较大，容易造成应力遮挡和骨流失，且CT等影像学观察过程中存在伪影，不利于术后检测，较高的热导率同样影响钛合金骨植入物的舒适性，因此骨替代物需要新材料改善传统钛合金骨植入缺点。聚芳醚酮、聚已内脂、聚乳酸等热塑性材料为具有较好生物兼容性的热塑性聚合物，在3D打印骨植入物研究领域得到广泛的关注与应用，聚醚醚酮等热塑性材料的密度和力学性能与人体自然骨骼接近，其作为骨替代物可有效的避免应力遮挡，在一定程度上改善骨流失，与传统金属骨植入相比，聚醚醚酮等热塑性材料在CT、MRI等影像学检测方式下呈弱显影性且没有伪影，便于患者术后康复观察，较低的热导率可提高的热塑性材料骨植入物主观舒适性，但是热塑性材料作为骨植入物具有较强的生物惰性，周围的软组织难以与聚醚醚酮等热塑性材料光滑的表面紧密贴附，容易形成纤维囊并限制术后恢复过程中伤口结缔组织必要的收缩，且材料与软组织之间的缝隙容易造成积液进而造成术后感染，因此热塑性材料骨植入物与周围软组织难以紧密结合是临床应用中急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，以解决热塑性材料作为骨植入物与其周围软组织的难以紧密贴附的问题，加快骨植入物植入后伤口的愈合。本专利技术采用以下技术方案：一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，包括软组织共生区，软组织共生区设置于骨植入物表面的局部多孔区域，承载区为热塑性材料，位于骨植入内部或表面的实体三维区域，软组织共生区与承载区之间设置有过渡区，过渡区为孔隙率和孔径呈梯度变化的多孔结构。具体的，软组织共生区的内部为多孔结构。进一步的，多孔结构的孔径在0.1～5mm梯度变化，孔隙率为0％～95％。具体的，软组织共生区采用热塑性材料、生物陶瓷和纤维的复合材料制备而成，生物陶瓷和纤维含量在0％wt～60％wt之间可梯度变化。具体的，过渡区采用热塑性材料、生物陶瓷和纤维的复合材料制备而成，过渡区内生物陶瓷和纤维的含量从连接软组织共生区的一侧到承载区的一侧呈梯度递减。具体的，过渡区内部为多孔结构，孔径在0.1～5mm变化，孔隙率在0％～95％梯度变化，过渡区的孔隙率由连接软组织共生区一侧向承载区的一侧呈梯度递减。进一步的，热塑性材料包括聚醚醚酮PEEK、聚已内脂PCL、聚乳酸PLA、聚乙烯PE、聚丙烯PC和/或尼龙PA中的一种或多种。进一步的，多孔结构包括由单胞结构阵列而成的多孔结构，骨小梁仿生多孔结构，拓扑优化的多孔结构和/或由特定函数生成的多孔结构中的一种或多种。进一步的，3D打印方式包括激光烧结打印、熔融沉积打印或光固化成形打印方式。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，将骨植入物划分为软组织共生区、承载区、过渡区，软组织共生区可实现骨植入物与周围软组织有效结合，承载区保证骨植入物的整体的力学强度，而过渡区实现承载区和软组织共生区的有效结合，防止区域之间的分层和剥离，同时不同区域之间的生物陶瓷、纤维的分布不同，实现对材料生物活性和力学性能的调控，最后使用3D打印的方式制备骨植入物。进一步的，软组织共生区的内部为孔径0.1～0.5mm，通过多孔结构的设计促进骨植入物周围软组织的的长入，实现骨植入物与周围软组织的有效结合。进一步的，软组织共生区多孔结构的孔径在0.1～5mm内梯度变化，由于不同位置的软组织的最佳长入孔径不同，因此通过多孔结构孔径梯度变化使不同位置的软组织均满足其最佳的长入孔径，以实现不同位置软骨组织的有效长入。进一步的，软组织共生区中的生物陶瓷和纤维含量均在0％wt～60％wt之间可调，生物陶瓷有利于提高材料生物活性，纤维可增加材料力学性能，因此可根据生物活性和力学性能需求，将生物陶瓷和纤维按照不同含量的组合实现软组织共生区生物活性和力学性能调控。进一步的，过渡区内生物陶瓷和纤维的含量从连接软组织共生区的一侧到承载区的一侧递减，使得过渡区与软组织共生区界面接触部位以及过渡区与承载区界面接触部位材料成分相近，可有效加强过渡区和软组织共生区、过渡区和承载区的界面结合强度，提高骨植入物整体的力学性。进一步的，过渡区的孔隙率由连接软组织共生区一侧向承载区一侧梯度递减，实现软组织共生区的多孔结构向承载区实体结构的渐变，避免不同分区之间的结构突变，提高界面结合强度。综上所述，本专利技术热塑性材料骨植入物与周围软组织的贴附紧密，能够实现骨植入物植入后伤口的快速愈合。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术聚醚醚酮软组织共生骨植入物结构示意图，其中，(a)为分区示意图，(b)分区示意图的局部剖视图；图2为本专利技术聚醚醚酮软组织共生肋骨骨替代物；图3为本专利技术聚醚醚酮软组织共生肋骨骨替代物纵向剖视图；图4为本专利技术聚醚醚酮软组织共生肋骨骨替代物横向剖视图；图5为本专利技术聚醚醚酮软组织共生肩胛骨骨替代物，其中，(a)为前视图，(b)为后视图；图6为本专利技术聚醚醚酮软组织共生肩胛骨骨替代物局部剖视图；图7为本专利技术聚醚醚酮软组织共生垫块，其中，(a)为垫块分区示意图，(b)为垫块分区局部剖视图。其中：1.软组织共生区；2.过渡区；3.承载区。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，其特征在于，包括软组织共生区(1)，软组织共生区(1)设置于骨植入物表面的局部多孔区域，承载区(3)为热塑性材料，位于骨植入内部或表面的实体三维区域，软组织共生区(1)与承载区(3)之间设置有过渡区(2)，过渡区(2)为孔隙率和孔径呈梯度变化的多孔结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，其特征在于，包括软组织共生区(1)，软组织共生区(1)设置于骨植入物表面的局部多孔区域，承载区(3)为热塑性材料，位于骨植入内部或表面的实体三维区域，软组织共生区(1)与承载区(3)之间设置有过渡区(2)，过渡区(2)为孔隙率和孔径呈梯度变化的多孔结构。


2.根据权利要求1所述的基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，其特征在于，软组织共生区(1)的内部为多孔结构。


3.根据权利要求2所述的基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，其特征在于，多孔结构的孔径在0.1～5mm梯度变化，孔隙率为0％～95％。


4.根据权利要求1所述的基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，其特征在于，软组织共生区(1)采用热塑性材料、生物陶瓷和纤维的复合材料制备而成，生物陶瓷和纤维含量在0％wt～60％wt之间梯度变化。


5.根据权利要求1所述的基于3D打印热塑性材料/软组织共生骨植入物，其特征在于，过渡区(2)采用热塑性材料、生物陶瓷和纤维的复合材料制备而成，过渡区...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涤尘，郑纪豹，王玲，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61