一种多孔结构、椎间融合器及椎间融合器制备方法技术

本发明专利技术属于医用植入物相关技术领域，其公开了一种多孔结构、椎间融合器及椎间融合器制备方法，其中多孔结构由多个三维单胞排列组阵形成，每个三维单胞均包括相交连接的第一二维单胞和第二二维单胞，在任一三维单胞的第一二维单胞所在平面上，多个三维单胞的第一二维单胞呈阵列排布，且沿第一方向从两侧向中心第一二维单胞在第二方向上的支撑强度逐渐增强，其中第一方向和第二方向垂直。本发明专利技术设置在第一二维单胞所在平面上，沿第一方向中间部位对第二方向的支撑强度大于两侧部位对第二方向的支撑强度，通过对多孔结构力学性能的定向调控，在实际应用时，能够提高中间易凹陷部位的支撑强度，有利于提高多孔结构的力学性能，保证使用寿命。证使用寿命。证使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔结构、椎间融合器及椎间融合器制备方法


[0001]本专利技术属于医用植入物相关
，更具体地，涉及一种多孔结构、椎间融合器及椎间融合器制备方法。

技术介绍

[0002]由于人口的快速增长和老龄化趋势，当今社会对骨植入物的需求正迅速增加，临床上对能够植入人体的外部植入物的各项性能提出了更高的要求。在金属植入物中，常使用的材料有不锈钢、钴基合金及钛合金。然而临床研究发现，以上合金材料在服役过程主要存在以下问题：合金材料的弹性模量过高，以Ti6Al4V合金为例，其弹性模量约为110GPa，远高于人骨模量(0.022
‑
21.8GPa)。过高弹性模量的合金材料长期植入人体会导致原有骨组织功能退化、被重新吸收，造成“应力屏蔽”现象，导致植入失败。因此，亟需开发出生物相容性和力学性能更接近人体天然骨的人工植入物。
[0003]从结构上考虑，多孔结构的特殊构造使其弹性模量相较于致密材料大大降低，有效减小应力屏蔽效应。基于这一原因，多孔结构正逐渐取代致密材料成为植入物的理想候选材料。多孔结构能够有效改善植入物和人骨之间的应力传递，使植入物和骨组织之间获得更好的生物结合，同时由于多孔结构拥有更大的表面积，能够让细胞从周围的骨组织向其结构内部补充和渗透，促进骨再生和血管化，还有利于细胞增殖和黏附，在生物医学植入物中具有巨大的潜力。
[0004]然而，如今生物医用植入件采用的多孔构型存在诸多问题，主要是多孔构型植入件在降低弹性模量的同时力学性能有所下降，无法做到两者兼具。例如，多孔构型植入件在受载环境中易出现应力集中现象，降低了植入件的使用寿命。此外，目前商用的大多数椎间融合器假体由边部的实体结构和内部填充的多孔结构组成，导致这类椎间融合器假体在承受载荷时外部的实体结构由于缺少支撑而容易发生变形，这种现象可能导致多孔结构呈现不同程度的应力集中，导致整体椎间融合器假体的严重变形、下沉甚至过早失效。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种多孔结构、椎间融合器及椎间融合器制备方法，解决了现有多孔构型植入件在降低弹性模量的同时力学性能有所下降，无法做到两者兼具的问题，提高了多孔结构的承载能力，从而改善了多孔结构的力学性能。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种多孔结构，所述多孔结构由多个三维单胞排列组阵形成，每个所述三维单胞均包括相交连接的第一二维单胞和第二二维单胞，在任一所述三维单胞的所述第一二维单胞所在平面上，多个所述三维单胞的所述第一二维单胞呈阵列排布，且在所述第一二维单胞所在平面上，沿第一方向多个所述三维单胞中的所述第一二维单胞具有多种变形，使得沿第一方向从两侧向中心所述第一二维单胞在第二方向上的支撑强度逐渐增强，其中所述第一方向和第二方向垂直。
[0007]根据本专利技术提供的多孔结构，所述第一二维单胞为正泊松比二维形状，且在所述第一二维单胞所在平面上，沿第一方向从两侧向中心，所述第一二维单胞的斜边与所述第一方向之间的夹角逐渐增大。
[0008]根据本专利技术提供的多孔结构，在所述第一二维单胞所在平面上，相邻两个所述三维单胞的所述第一二维单胞的节点相连。
[0009]根据本专利技术提供的多孔结构，所述第一二维单胞为菱形单胞或六边形单胞；
[0010]所述第一二维单胞为菱形单胞时，在所述第一二维单胞所在平面上，沿第一方向从两侧向中心，所述第一二维单胞沿所述第一方向的宽度逐渐减小，所述第一二维单胞在所述第二方向上的长度相同。
[0011]根据本专利技术提供的多孔结构，每个所述三维单胞中的所述第一二维单胞与所述第二二维单胞垂直相连，且不同所述三维单胞中的所述第二二维单胞的长度和宽度尺寸相同，在所述第二二维单胞所在平面上，多个所述三维单胞的所述第二二维单胞成阵列排布。
[0012]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种椎间融合器，包括：
[0013]多孔结构，所述多孔结构为上述任一项所述的多孔结构；
[0014]框架，所述多孔结构设置在所述框架内部。
[0015]根据本专利技术提供的椎间融合器，所述框架具有上表面、下表面以及连接在所述上表面和所述下表面之间的侧边，所述侧边呈向内凹陷状，其中，所述上表面相对所述下表面的方向与所述第二方向一致。
[0016]根据本专利技术提供的椎间融合器，所述上表面和所述下表面之间沿周向间隔设有多个所述侧边。
[0017]根据本专利技术提供的椎间融合器，所述上表面和所述下表面分别设有通孔；所述上表面和所述下表面上分别设有齿结构。
[0018]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种椎间融合器制备方法，所述椎间融合器为上述任一项所述的椎间融合器，所述制备方法包括：
[0019]选取第一二维单胞，通过改变所述第一二维单胞的形状和/或尺寸，获取所述第一二维单胞的多种变形，使得所述第一二维单胞的多种变形在第二方向上的支撑强度不同；
[0020]选取第二二维单胞，设置所述第二二维单胞与所述第一二维单胞相交连接，形成三维单胞；
[0021]对所述三维单胞进行排列组阵获得多孔结构，使得在任一所述三维单胞的所述第一二维单胞所在平面上，沿第一方向设有所述第一二维单胞的多种变形，且从两侧向中心，所述第一二维单胞在第二方向上的支撑强度逐渐增强；
[0022]设置框架，其中，所述框架具有上表面、下表面以及连接在所述上表面和所述下表面之间的侧边，所述侧边呈向内凹陷状；
[0023]将所述多孔结构设置到所述框架中，且使得所述上表面相对所述下表面的方向与所述第二方向一致，获得椎间融合器的模型；
[0024]采用增材制造技术对所述模型进行打印制造，获得椎间融合器。
[0025]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，本专利技术提供的多孔结构、椎间融合器及椎间融合器制备方法：
[0026]1.设置多孔结构由三维单胞排列组阵形成，模型构造简单便于模型的构建以及生
产制造，设置三维单胞由第一二维单胞和第二二维单胞相交连接形成，便于三维单胞进行排列扩展，且设置在第一二维单胞所在平面上，沿第一方向中间部位对第二方向的支撑强度大于两侧部位对第二方向的支撑强度，通过对多孔结构力学性能的定向调控，在实际应用时，能够提高中间易凹陷部位的支撑强度，从而有利于减少多孔结构应力集中现象的产生，提高多孔结构的力学性能，保证使用寿命；
[0027]2.多孔结构在中间部位的孔尺寸与两侧部位的孔尺寸不同，进而多孔结构内部具有多种不同尺寸的孔隙，可形成梯度多孔结构，在多孔结构用于医用植入物时，有利于细胞的粘附和增殖，提高植入物的生物相容性；
[0028]3.基于内入六边形的特征来设置获得融合器框架，设置框架上表面和下表面之间具有内入的侧边，使得框架在第二方向上受力时的变形能力增强，能够起到一定的变形缓冲作用，有利于减少承载时的应力集中，提高融合器力学性能，且框架内入的侧边还能够更好的将侧边受到的压力传递至多孔结构上，可通过多孔结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔结构，其特征在于，所述多孔结构由多个三维单胞排列组阵形成，每个所述三维单胞均包括相交连接的第一二维单胞和第二二维单胞，在任一所述三维单胞的所述第一二维单胞所在平面上，多个所述三维单胞的所述第一二维单胞呈阵列排布，且在所述第一二维单胞所在平面上，沿第一方向多个所述三维单胞中的所述第一二维单胞具有多种变形，使得沿第一方向从两侧向中心所述第一二维单胞在第二方向上的支撑强度逐渐增强，其中所述第一方向和第二方向垂直。2.如权利要求1所述的多孔结构，其特征在于，所述第一二维单胞为正泊松比二维形状，且在所述第一二维单胞所在平面上，沿第一方向从两侧向中心，所述第一二维单胞的斜边与所述第一方向之间的夹角逐渐增大。3.如权利要求1所述的多孔结构，其特征在于，在所述第一二维单胞所在平面上，相邻两个所述三维单胞的所述第一二维单胞的节点相连。4.如权利要求1所述的多孔结构，其特征在于，所述第一二维单胞为菱形单胞或六边形单胞；所述第一二维单胞为菱形单胞时，在所述第一二维单胞所在平面上，沿第一方向从两侧向中心，所述第一二维单胞沿所述第一方向的宽度逐渐减小，所述第一二维单胞在所述第二方向上的长度相同。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的多孔结构，其特征在于，每个所述三维单胞中的所述第一二维单胞与所述第二二维单胞垂直相连，且不同所述三维单胞中的所述第二二维单胞的长度和宽度尺寸相同，在所述第二二维单胞所在平面上，多个所述三维单胞的所述第二二维单胞成阵列排布。6.一种椎间融合器，其特征在于，包括：多孔结构，所述多孔结构为上述权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：李冬冬，陈东旭，李元元，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：