一种股骨头坏死功能重建多孔生物陶瓷棒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种股骨头坏死功能重建多孔生物陶瓷棒及其制备方法和应用，属于医疗器械技术领域。本发明专利技术采用3D打印技术制备有机微球三维多孔模板，形成所需微结构、形态和尺寸的有机构架，经灌浆和烧结形成相应结构的多孔生物陶瓷棒。通过精准控制所述有机构架的有机微球粒径、粘结方法和打印方法等关键参数，改变单元模板中有机微球接触点数和面积，实现所述陶瓷棒的孔隙、孔径和内连接径可控制造，而且通过3D打印软件设置能精准调控陶瓷棒的形态和尺寸。本发明专利技术所制备的多孔生物陶瓷棒能在股骨粗隆与股骨头坏死区之间架起引血桥梁，使得二者各自独立的血运系统融为一体，促使坏死股骨头的血运重建和新骨形成。股骨头的血运重建和新骨形成。股骨头的血运重建和新骨形成。

【技术实现步骤摘要】
一种股骨头坏死功能重建多孔生物陶瓷棒及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，尤其涉及一种股骨头坏死功能重建多孔生物陶瓷棒及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]股骨头缺血性坏死是多种原因造成股骨头血液循环障碍，因静脉回流受阻引发动脉灌注不足，形成骨内高压和骨骼坏死，最终关节损毁。目前患者激增，酒精性和激素性股骨头坏死高达90％。多发于中青年，可累及多关节，一旦确诊如不采取积极有效措施，超过80％的患者在1至4年内发生股骨头塌陷和功能损毁，不得不行人工关节置换。
[0003]目前，股骨头坏死的治疗方法很多，包括髓芯减压、打压植骨、腓骨或钽棒植入，但各有侧重。单纯随芯减压是治疗早期骨坏死的最常用方法，能减轻内高压和缓解症状；但死骨未清除，无法改善血供和阻止病程发展，仅适用于I期和II早期病例。髓芯减压结合打压植骨和腓骨移植的结构支撑，防止股骨头在修复期塌陷。血管化骨移植期望成活骨的植入来重建血供，带血管蒂的腓骨移植疗效已被证实，但手术大、创伤重和并发症多。多孔钽棒植入具有引导骨再生及降低应力遮挡的特点，对将要塌陷的股骨头有很好的支撑，能推迟髋关节置换时间。截骨手术是将负重坏死区至非负重区，代之已有正常骨结构部承载负荷；但截骨术创伤较大、二次塌陷发生率高，以及失败后给人工关节置换术带来困难。上述治疗方法以减压缓痛和支撑防塌为主，缺乏对血管再生提供所需三维空间结构的认识和理论支持，无法达到预期目标。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种股骨头坏死功能重建多孔生物陶瓷棒及其制备方法和应用，所制备的多孔生物陶瓷棒能在股骨粗隆与股骨头坏死区之间架起引血桥梁，使得二者各自独立的血运系统融为一体，促使坏死股骨头的血运重建和新骨形成。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种股骨头坏死功能重建多孔生物陶瓷棒的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将有机微球进行粘结预处理，得到含粘结层的有机微球；
[0008]将所述含粘结层的有机微球进行3D打印，得到所需特定结构的有机构架；
[0009]将陶瓷粉料和液体介质配制成陶瓷浆液，将所述陶瓷浆液灌注于所述有机构架中，依次进行脱模和干燥后，得到陶瓷坯体；
[0010]将所述陶瓷坯体依次进行排胶和烧结，得到股骨头坏死功能重建多孔生物陶瓷棒。
[0011]优选的，所述有机微球包括食糖、石蜡、油脂和塑料中的至少一种；所述塑料包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚氨酯和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；
[0012]所述有机微球的粒径为50～1000μm。
[0013]优选的，所述粘结预处理的方法包括加热熔融、溶剂溶解或胶水涂层；
[0014]所述加热的目标温度为40～600℃，所述加热的升温速率为1℃/s～1℃/h，所述加热的时间为1s～24h，达到所述目标温度后进行降温，所述降温的速率为0.1～100℃/s；所述加热所形成的熔融层的厚度为所述有机微球直径的0.01％～50％；
[0015]所述溶剂包括水、丙酮、酒精和氯仿中的至少一种，所述溶剂的浓度为1～100wt％；所述溶剂溶解的温度为
‑
50～120℃，时间为0.1s～10h；所述溶剂溶解所形成的溶解层的厚度为所述有机微球直径的0.01～50％；
[0016]所述胶水涂层所用胶水包括瞬干胶401、406、495和496中的至少一种；所述胶水涂层的粘结温度为
‑
50～120℃，粘结时间为0.1s～10h；所述胶水涂层的厚度为1～500μm。
[0017]优选的，所述3D打印的方法为分层叠加增材制造，每叠加层的厚度至少为一个所述有机微球的直径，所述有机微球的叠加层数＝有机构架高度/有机微球直径。
[0018]优选的，所述陶瓷粉料包括羟基磷灰石、磷酸三钙、硅酸钙、碳酸钙、氧化铝、氧化锆、二氧化钛和铝镁尖晶石中的至少一种；所述陶瓷粉料的质量占所述陶瓷浆液的40～90wt％。
[0019]优选的，所述液体介质包括纯水、蒸馏水和酒精中的至少一种，所述液体介质的质量占所述陶瓷浆液的10～60wt％。
[0020]优选的，所述排胶的温度为200～600℃，时间为12～48h；所述烧结的温度为600～1600℃，时间为2～10h。
[0021]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的股骨头坏死功能重建多孔生物陶瓷棒。
[0022]优选的，陶瓷棒的形态为直形棒状体或锥形棒状体，陶瓷棒的内部为均一结构或至少含有一个中空管；陶瓷棒和所述中空管的截面形状为圆形、椭圆形、方形、长方形和三角形中的至少一种；陶瓷棒的直径和长宽独立为3～30mm，高度为6～200mm。
[0023]本专利技术提供了上述技术方案所述股骨头坏死功能重建多孔生物陶瓷棒在制备股骨头坏死功能重建材料中的应用。
[0024]本专利技术提供了一种股骨头坏死功能重建多孔生物陶瓷棒的制备方法，包括以下步骤：将有机微球进行粘结预处理，得到含粘结层的有机微球；将所述含粘结层的有机微球进行3D打印，得到所需特定结构的有机构架；将陶瓷粉料和液体介质配制成陶瓷浆液，将所述陶瓷浆液灌注于所述有机构架中，依次进行脱模和干燥后，得到陶瓷坯体；将所述陶瓷坯体依次进行排胶和烧结，得到股骨头坏死功能重建多孔生物陶瓷棒。
[0025]本专利技术采用3D打印技术制备有机多孔模板，形成所需微结构、形态和尺寸的有机构架，经灌浆和烧结形成相应结构的多孔生物陶瓷棒，能够通过精准控制所述有机构架的有机微球粒径、粘结方法和打印方法(热打、冷打、改变角度或速度)等关键参数，改变单元模板(指有机微球堆积形成的模板，用于造孔和内连接的形成)中有机微球接触点数和面积，实现所述陶瓷棒的孔隙、孔径和内连接径可控制造(陶瓷棒的内部微结构能够引导血管和骨组织再生，实现死骨替代)，而且通过3D打印软件设置能精准调控陶瓷棒的形态和尺寸。本专利技术所制备的多孔生物陶瓷棒能在股骨粗隆与股骨头坏死区之间架起引血桥梁，使得二者各自独立的血运系统融为一体，促使坏死股骨头的血运重建和新骨形成。
[0026]与传统生物陶瓷微结构相比，本专利技术制备的多孔陶瓷生物棒的球孔曲面为细胞提供更大更适宜的栖宿环境，内连接迫使细胞即时减速有利于细胞贴附，形成的流体剪切力促进细胞增殖和分化。而且陶瓷棒的孔隙率影响力学强度，微孔影响蛋白吸附和材料降解，内连接影响血管化和组织再生。本专利技术的多孔生物陶瓷棒的微结构能直接影响新生血管根数、管径及分布，内连接发挥着决定性作用。本专利技术制备的多孔生物陶瓷棒的互通性球形立体空间能够促进血管形成和骨再生，为所述股骨头坏死功能重建多孔生物陶瓷棒的仿生设计制造提供了理论依据。
[0027]与传统股骨头坏死治疗技术相比，本专利技术通过潜行刮刀有效清除股骨头内死骨，打破阻碍血管长入的硬化骨屏障，为血管长入和骨再生提供三维修复空间。将陶瓷颗粒(多孔陶瓷颗粒和密质陶瓷颗粒)通过植骨器植入死骨清除腔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种股骨头坏死功能重建多孔生物陶瓷棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将有机微球进行粘结预处理，得到含粘结层的有机微球；将所述含粘结层的有机微球进行3D打印，得到所需特定结构的有机构架；将陶瓷粉料和液体介质配制成陶瓷浆液，将所述陶瓷浆液灌注于所述有机构架中，依次进行脱模和干燥后，得到陶瓷坯体；将所述陶瓷坯体依次进行排胶和烧结，得到股骨头坏死功能重建多孔生物陶瓷棒。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机微球包括食糖、石蜡、油脂和塑料中的至少一种；所述塑料包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚氨酯和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；所述有机微球的粒径为50～1000μm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结预处理的方法包括加热熔融、溶剂溶解或胶水涂层；所述加热的目标温度为40～600℃，所述加热的升温速率为1℃/s～1℃/h，所述加热的时间为1s～24h，达到所述目标温度后进行降温，所述降温的速率为0.1～100℃/s；所述加热所形成的熔融层的厚度为所述有机微球直径的0.01％～50％；所述溶剂包括水、丙酮、酒精和氯仿中的至少一种，所述溶剂的浓度为1～100wt％；所述溶剂溶解的温度为
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50～120℃，时间为0.1s～10h；所述溶剂溶解所形成的溶解层的厚度为所述有机微球直径的0.01～50％；所述胶水涂层所用胶水包括瞬干胶401、406、495和496中的至少一种；所述胶水涂层的粘结温...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢霄，卢建熙，张元凯，陈献涛，张海宁，姚宸维，罗欣，高旭，
申请(专利权)人：卢建熙，
类型：发明
国别省市：