一种碳纤维复合材料人工气管支架制造技术

本实用新型专利技术公开了一种碳纤维复合材料人工气管支架，其由多个C形气管支架单元组装形成连续的侧壁带有轴向缺口的镂空管状结构；C形气管支架单元的主体为U形或梨形的带状结构，且其由碳纤维/碳复合材料基体及其表面的碳涂层构成。该气管支架具有良好的生物相容性和力学性能，且与软骨具有相类似的弹性模量，在与自体气管端口接合时，生物力学性能吻合度高，可实现生物学固定，特别是其类似于气管软骨环结构，通过C形开口，在呼吸过程中可收可张，满足生理学功能，且具有连续的镂空管状结构，稳定性好，可以实现轴向伸缩。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合材料人工气管支架
本技术涉及一种人工气管支架，特别涉及一种由碳纤维复合材料构成的具有连续结构的人工气管支架，属于生物结构修复

技术介绍
临床上因肿瘤、外伤等导致较长气管的切除，采用人工材料进行重建已成为必然趋势。但是，由于气管组织环境的复杂性对替代物要求较多，对人工气管材料提出了诸多挑战，如移植于体内无法与机体达到生物学融合固定，端口连接不当而伴发脱落、泄漏、狭窄或梗塞等，在呼吸过程中的气管扩张与收缩功能复原等。现有技术中，中国专利(CN100428919C)公开了一种人工气管，以聚四氟乙烯多孔气管假体作为气管主体，结合钛环实现端部连接。钛环与自体骨存在较大的弹性模量差异，将导致自体组织的萎缩而导致吻合口裂开。中国专利(CN105056302B)公开了一种人工气管，其采用的是3D打印制成镂空管状的定型结构，也面临着端部固定的问题，同时也无法实现呼吸过程中的气管扩张与收缩。中国专利(CN105055060B)公开了一种采用聚己内酯(PCL)为C型环的气管支架。其存在PCL降解后气管的管状结构消失后减弱而带来的继续狭窄或失效。
技术实现思路
针对现有技术中的人工气管支架存在的缺陷，本技术的目的是在于提供一种碳纤维复合材料人工气管支架，该气管支架由碳纤维/碳复合材料构成，具有良好的生物相容性和力学性能，且与软骨具有相类似的弹性模量，在与自体气管端口接合时，生物力学性能吻合度高，可实现生物学固定，特别是其类似于气管软骨环结构，通过C形开口，在呼吸过程中可收扩，满足生理学功能，且具有连续的镂空管状结构，稳定性好，具有轴向伸缩性能。为了实现上述技术目的，本技术提供了一种碳纤维复合材料人工气管支架，其由多个C形气管支架单元通过C形气管支架单元的两端按照Z形或V形顺次连接组装形成连续的侧壁带有轴向缺口的镂空管状结构；所述C形气管支架单元的主体为U形或梨形的带状结构；所述带状结构由碳纤维/碳复合材料基体及其表面的碳涂层构成。作为一个优选的技术方案，所述C形气管支架单元的两端分别为首端和尾端，第一个C形气管支架单元的尾端与第二个C形气管支架单元的尾端连接，第二个C形气管支架单元的首端与第三个C形气管支架单元的首端连接，依此类推，多个C形气管支架单元按照Z形或V形顺次连接组装形成连续的侧壁带有轴向缺口的镂空管状结构，或者，第一个C形气管支架单元的尾端与第二个C形气管支架单元的首端连接，第二个C形气管支架单元的尾端与第三个C形气管支架单元的首端连接，依此类推，多个C形气管支架单元按照Z形或V形顺次连接组装形成连续的侧壁带有轴向缺口的镂空管状结构。C形气管支架单元为对称结构，指定其任意一端为首端，另一端为尾端，C形气管支架单元之间按照“-首尾-首尾-首尾-”的方式固定连接或者按照“-首尾-尾首-首尾-”的方式固定连接成连续结构，在管轴上提供支撑，可为前期修复时提供支架整体协调性及提高稳定性，且赋予了更好的伸缩支撑性能。且C形气管支架单元按照Z形或V形组装，可实现人体活动中轴向的伸缩支撑。作为一个优选的技术方案，由4～20个C形气管支架单元通过C形气管支架单元的两端按照Z形或V形顺次连接组装形成连续的侧壁带有轴向缺口的镂空管状结构，且相邻两个C形气管支架单元之间的节距为5mm～15mm。C形气管支架单元的个数根据实际需要来进行组装。作为一个优选的技术方案，所述带状结构厚度为0.5mm～2.0mm，宽度为3mm～10mm。其厚度设计接近于气管壁厚，而宽度设计有利于根据实际需要组装成实际长度。作为一个优选的技术方案，所述带状结构壁上设有若干固定孔。有利于人工气管支架在实际应用过程中在组织上的固定。作为一个优选的技术方案，所述固定孔的孔径大小为0.5mm～2.0mm。作为一个优选的技术方案，所述碳纤维/碳复合材料基体由碳纤维织物及其内部的碳基体构成(碳基体分布在碳纤维表面和填充在碳纤维之间)。作为一个优选的技术方案，所述碳纤维织物具有辫状结构，辫状结构具有优异的力学性能。作为一个优选的技术方案，所述碳涂层为热解碳涂层和/或类金刚石涂层。该碳涂层硬度高，摩擦系数小，不仅不易破损，而且可阻断碳基颗粒的脱落，避免黑肤效应。作为一个优选的技术方案，所述带状结构的两端带耳或不带耳，带状结构两端的耳截面为圆形、水滴形或椭圆形或其他不规则形状。本技术提供的碳纤维复合材料人工气管支架可以由多个C形气管支架单元通过C形气管支架单元的两端按照Z形或V形顺次连接组装形成连续的侧壁带有轴向缺口的镂空管状结构，根据用途不同选择不同数量的C形气管支架单元构建不同长度，可用于与自体气管组织端部搭接固定或者可用做人工气管的软骨环。本技术提供的碳纤维复合材料人工气管支架中碳纤维质量百分比含量为60％～80％，碳基体质量百分比含量为20％～40％。本技术提供的碳纤维复合材料人工气管支架C形单元及人工气管支架的制备方法，包括以下具体步骤如下：1)将复数根(如1k(k表示一千根)、1.5k、3k、6k)碳纤维编织成碳纤维辫(具体如直接采用至少两束碳纤维束织成碳纤维辫，或者先将至少两束碳纤维束加捻成碳纤维绳，再将碳纤维绳织成碳纤维辫)，再将碳纤维辫通过模具辅助制成截面为U形、梨形的碳纤维预制体；2)将碳纤维预制体经化学气相沉积和/或液体浸渍增密，制成所需要的碳纤维复合材料C形人工气管支架单元坯体；化学气相沉积增密基体碳的过程为：将碳纤维预制体置于沉积炉中，在850℃～1300℃温度下，通入的含碳气源，沉积10h～100h；浸渍-裂解增密基体碳的过程为：将碳纤维预制体依次经过树脂或沥青真空加压浸渍、固化和裂解处理；浸渍压力为1.0MPa～5.0MPa，浸渍时间为2h～10h；固化温度为160℃～230℃，固化时间为10h～50h；树脂裂解温度为900℃～1050℃，压力为常压，裂解时间为2h～20h；沥青裂解温度为750℃～850℃，压力为50MPa～200MPa，裂解时间为2h～20h；3)对C形人工气管支架单元坯体进行机加工，进行包括切割端部或加工固定孔等，孔径大小0.5mm～2.0mm，其中，固定孔可在碳纤维预制体制备过程中进行预留，可有效避免后期加工中去除对C形人工气管支架增强体的损伤带来的力学性能变差；4)将机加工后的C形人工气管支架单元坯体放入高温炉中，在真空或保护气氛条件下加热进行除杂(此步骤可根据需要选择采用)，其中条件为：温度1500℃～2300℃，保温1h～10h；5)将碳纤维复合材料C形人工气管支架单元坯体表面制备热解碳涂层或/和类金刚石涂层后得到碳纤维复合材料C形人工气管支架；所述热解碳涂层通过化学气相沉积生成，生成条件：采用气体碳源(如天然气、甲烷、丙烯等常见的气体碳源)，在900℃～1500℃温度下沉积10h～50h；所述类金刚石涂层通过磁控溅射生成，生成条件：真空度为1×10-1Pa～5×10-1Pa；工件负偏压为10V～200V；Ar流量为50sccm～120scc本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维复合材料人工气管支架，其特征在于：由多个C形气管支架单元通过C形气管支架单元的两端按照Z形或V形顺次连接组装形成连续的侧壁带有轴向缺口的镂空管状结构；所述C形气管支架单元的主体为U形或梨形的带状结构；所述带状结构由碳纤维/碳复合材料基体及其表面的碳涂层构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料人工气管支架，其特征在于：由多个C形气管支架单元通过C形气管支架单元的两端按照Z形或V形顺次连接组装形成连续的侧壁带有轴向缺口的镂空管状结构；所述C形气管支架单元的主体为U形或梨形的带状结构；所述带状结构由碳纤维/碳复合材料基体及其表面的碳涂层构成。


2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料人工气管支架，其特征在于：所述C形气管支架单元的两端分别为首端和尾端，第一个C形气管支架单元的尾端与第二个C形气管支架单元的尾端连接，第二个C形气管支架单元的首端与第三个C形气管支架单元的首端连接，依此类推，多个C形气管支架单元按照Z形或V形顺次连接组装形成连续的侧壁带有轴向缺口的镂空管状结构，或者，第一个C形气管支架单元的尾端与第二个C形气管支架单元的首端连接，第二个C形气管支架单元的尾端与第三个C形气管支架单元的首端连接，依此类推，多个C形气管支架单元按照Z形或V形顺次连接组装形成连续的侧壁带有轴向缺口的镂空管状结构。


3.根据权利要求2所述的一种碳纤维复合材料人工气管支架，其特征在于：所述带状结构的两端带耳或不带耳。


4.根据权利要求2所述的一种碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭周建，张翔，王斌，刘波，蔡志霞，
申请(专利权)人：湖南碳康生物科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖南;43