一种聚醚醚酮光热抗癌支架及其制作方法技术

本发明专利技术属于复合材料的先进制造及医学治疗领域，更具体地，涉及一种聚醚醚酮光热抗癌支架及其制作方法。该支架以聚醚醚酮为基材，其中还含有光热转换剂，且该支架中光热转换剂的含量以及孔隙率呈梯度分布；该支架的结构与癌症病人的骨缺损部位结构匹配；设置于存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率小于设置于不存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率；植入深度越大的支架区域其光热转换剂的含量越高。本发明专利技术光热抗癌支架能够一体化治疗残余癌细胞消融和大面积骨缺损，解决了植入深度增加，光热转化效率衰减的问题，并针对病人情况，能够个性化调控不同区域的光热转化效率，提高了治疗效果。提高了治疗效果。提高了治疗效果。

【技术实现步骤摘要】
一种聚醚醚酮光热抗癌支架及其制作方法


[0001]本专利技术属于复合材料的先进制造及医学治疗领域，更具体地，涉及一种聚醚醚酮光热抗癌支架及其制作方法，尤其涉及一种适用于骨肉瘤的聚醚醚酮光热抗癌支架及其制作方法。

技术介绍

[0002]骨肉瘤是一种高危的恶性骨肿瘤，多见于儿童和青少年，全球每年发病率约为百万分之五，是目前死亡率很高的疾病。骨肉瘤起源于原始间充质成骨干细胞，通常发生在快速生长的腿部或手臂末端的骨骼中。
[0003]骨肉瘤的标准治疗方式是通过外科手术切除肿瘤组织，防止扩散后辅助化疗以及放疗。肿瘤组织切除以后，常常会造成大面积骨缺损，并且存在不可避免的残余肿瘤细胞，这些残余肿瘤细胞可能会复发并且转移。目前，消除残余肿瘤细胞通常是采用化疗的方法，然而化疗虽然可以消灭肿瘤组织，但是也会对人体正常组织产生明显的副作用，引起病人不适甚至器官功能衰竭。大面积骨缺损通常通过植入生物活性支架(生物玻璃、β
‑
TCP等)通过释放生物活性因子促进成骨细胞增殖分化进而诱导成骨，但是这也会促进肿瘤细胞的生长与增殖。因此，残余肿瘤组织消除和大面积骨缺损修复是互相矛盾的，难以同步解决。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术目的在于提供一种聚醚醚酮光热抗癌支架，其尤其适用于骨肉瘤的术后治疗，能够克服现有技术的生物活性支架存在的残余肿瘤组织消除和大面积骨缺损修复存在相互矛盾的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种聚醚醚酮光热抗癌支架，该支架以聚醚醚酮为基材，其中还含有光热转换剂，且该支架中光热转换剂的含量以及孔隙率呈梯度分布；
[0006]该支架的结构与癌症病人的骨缺损部位结构匹配；设置于存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率小于设置于不存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率，且支架上距离存在残余肿瘤细胞的位置越近的支架区域其孔隙率越小；植入深度越大的支架区域其光热转换剂的含量越高。
[0007]该支架在被使用时，将支架划分为不同的区域，位于存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率小于位于不存在残余肿瘤细胞的支架区域的孔隙率，且支架上距离存在残余肿瘤细胞的位置越近的支架区域其孔隙率越小；且该支架在使用时随着植入深度的增加，其支架上光热转换剂的含量逐渐增大。
[0008]优选地，所述存在残余肿瘤细胞的位置为支架与人骨的交界区域，所述不存在残余肿瘤细胞的位置为远离人骨的支架内部区域。
[0009]优选地，所述光热转换剂为熔点超过400℃的医用级粉末材料，所述的光热转换剂在该支架材料中的质量分数为1～10wt％。
[0010]进一步优选地，所述光热转换剂为氧化石墨烯、纳米金结构、碳纳米管、纳米四氧
化三铁中的一种或多种。
[0011]优选地，所述支架的孔隙率为30～90％。
[0012]进一步优选地，设置于存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率为30～70％；设置于不存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率为50～90％。
[0013]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的聚醚醚酮光热抗癌支架的制作方法，包括如下步骤：
[0014](1)制备一系列含有不同质量分数的光热转换剂的复合粉末，所述复合粉末包括聚醚醚酮粉末和光热转换剂；
[0015](2)基于病人的骨缺损部位结构设计抗癌支架的多孔点阵三维结构模型，使得该支架的结构与癌症病人的骨缺损部位结构相匹配；根据残余肿瘤细胞的分布区域与分布密度，设计该抗癌支架内部结构不同单胞的孔隙率分布和不同植入深度对应的支架区域中光热转换剂的含量分布；具体为：设置于存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率小于设置于不存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率；且植入深度越大的支架区域其光热转换剂的含量越高；
[0016](3)采用激光选区烧结工艺成形步骤(1)所设计的多孔点阵三维结构模型，得到所述抗癌支架。
[0017]优选地，步骤(1)采用行星式球磨机将聚醚醚酮粉末和光热转换剂进行干混，制备得到一系列含有不同质量分数的光热转换剂的复合粉末，转速保持在250～350rpm/min，混合时间为2～4h。
[0018]优选地，步骤(2)采用Matlab软件设计多孔点阵三维结构模型，其多孔点阵结构为Gyroid、Diamond、Batwing、F
‑
RD或I
‑
WP，点阵结构的单胞大小为1～3mm，点阵结构的孔隙率为30～90％。
[0019]优选地，步骤(2)中所设计的多孔点阵三维结构模型，其中孔隙率最小的单胞与孔隙率最大的单胞满足如下关系：
[0020][0021]P
min
为具有最小孔隙率的单胞的孔隙率；P
max
为具有最大孔隙率的单胞的孔隙率。
[0022]优选地，步骤(2)中采用Magics软件把病人通过扫描的骨缺损三维模型轮廓和Matlab设计得出的多孔点阵三维结构模型进行布尔运算得到最终的抗癌支架三维模型。
[0023]优选地，步骤(3)将所述抗癌支架三维模型划分为若干个打印高度区间，每一个高度区间采用具有不同质量分数的光热转换剂的复合粉末进行打印，使得打印得到的抗癌支架在高度方向上光热转换剂的含量呈梯度分布；且打印时所采用的具有不同质量分数的光热转化剂的复合粉末种类的数目能整除高度方向的单胞数目。
[0024]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0025](1)本专利技术提供的一种聚醚醚酮光热抗癌支架，其尤其适用于骨肉瘤患者的术后治疗，通过外科手术切除肿瘤组织后，在骨缺损区域放入本专利技术提出的抗癌支架。该抗癌支架结构依据患者骨缺损区域进行个性化设计，且根据患者残留肿瘤细胞的分布情况对该支架孔隙率以及其中光热转换剂含量分布进行个性化设计，基本原则是：设置于或靠近存在
残余肿瘤细胞的位置的支架区域其孔隙率小于设置于不存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率；且该支架在使用时随着植入深度的增加，其支架上光热转换剂的含量逐渐增大。通过对光热支架上不同高度区间的光热转化剂质量分数的梯度分布，来调控光热转化效率，避免植入组织深度对支架光热转化效率的影响，使支架不同植入深度区间的光热效率保持一致，从而保证温度在高度方向的均匀性。通过选择性设计不同区域的支架的孔隙率，契合病人的实际需求，减少高温消融肿瘤细胞同时对整体植入区域成骨细胞的损害。
[0026](2)相比于熔融沉积结合技术，本专利技术采用激光选区烧结技术成形聚醚醚酮光热支架，具有更好的层间结合与打印精度，力学性能较高，且聚醚醚酮支架的弹性模量和人骨接近，不会出现应力屏蔽效应，并且生物相容性好。同时，光热支架的治疗方式时空精度高、对正常组织毒性极小，并可智能化调控温度区间达到不同的疗效，从而达到4D打印支架抗癌与骨修复功能变化的调控效果。
[0027](3)本专利技术光热抗癌支架能够一体化治疗残余癌细胞消融和大面积骨缺损解决了植本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚醚醚酮光热抗癌支架，其特征在于，该支架以聚醚醚酮为基材，其中还含有光热转换剂，且该支架中光热转换剂的含量以及孔隙率呈梯度分布；该支架的结构与癌症病人的骨缺损部位结构匹配；设置于存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率小于设置于不存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率，且支架上距离存在残余肿瘤细胞的位置越近的支架区域其孔隙率越小；植入深度越大的支架区域其光热转换剂的含量越高。2.如权利要求1所述的抗癌支架，其特征在于，所述存在残余肿瘤细胞的位置为支架与人骨的交界区域，所述不存在残余肿瘤细胞的位置为远离人骨的支架内部区域。3.如权利要求1所述的抗癌支架，其特征在于，所述光热转换剂为熔点超过400℃的医用级粉末材料，所述的光热转换剂在该支架材料中的质量分数为1～10wt％。4.如权利要求1所述的抗癌支架，其特征在于，所述支架的孔隙率为30～90％；优选地，设置于存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率为30～70％；设置于不存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率为50～90％。5.一种如权利要求1至4任一项所述的聚醚醚酮光热抗癌支架的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备一系列含有不同质量分数的光热转换剂的复合粉末，所述复合粉末包括聚醚醚酮粉末和光热转换剂；(2)基于病人的骨缺损部位结构设计抗癌支架的多孔点阵三维结构模型，使得该支架的结构与癌症病人的骨缺损部位结构相匹配；根据残余肿瘤细胞的分布区域与分布密度，设计该抗癌支架内部结构不同单胞的孔隙率分布和不同植入深度对应的支架区域中光热转换剂的含量分布；具体为：设置于存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率小于设置于不存在残余肿瘤细胞的位置的支架区域的孔隙率；且植入深度越大的...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫春泽，王浩则，陈鹏，苏瑾，蔡昊松，伍宏志，史玉升，王明哲，王从军，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：