负泊松比胞元体制造技术

本发明专利技术提供一种负泊松比胞元体

【技术实现步骤摘要】
负泊松比胞元体、多孔骨微结构及其制备方法和植入体


[0001]本专利技术涉及骨科医疗器械领域，具体涉及一种负泊松比胞元体
、
多孔骨微结构及其制备方法和植入体
。

技术介绍

[0002]现在越来越多的老年人面临骨科疾病的困扰，如颈椎关节等问题
。
在临床上治疗常用骨植入的方式进行功能修复，骨植入的方式有自体骨植入
、
异体骨植入
。
前者资源有限，不足以满足需求，目前主要以人工骨植入为方式应用于临床，其中金属人工骨应用广泛，但是也存在一些弊端，如：由于人体骨组织结构复杂
、
存在多孔结构
、
弹性模量低，而金属实体结构弹性模量高且不利于营养物质输送
。
因此，金属实体人工骨和人体骨组织存在结构与力学不匹配问题，从而带来骨组织再生困难和“应力屏蔽”问题，术后效果不佳
。
[0003]随着进一步研究，在实体中引入了多孔结构，常见的有简单立方点阵结构
、
金刚石结构等，可以有效的降低弹性模量和质量，同时为营养物质输送提供通道，据研究表明，具有较高孔隙率
(60
％
‑
90
％
)
的多孔结构能够促进骨细胞生长，然而较高的孔隙率虽然可以降低弹性模量，但是也会导致强度下降；另外，传统多孔结构多为直杆连接，容易导致应力集中而引起植入体松动，同时直杆结构连接面积小，不利于细胞吸附
。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术为改善上述问题，提供一种负泊松比胞元体
、
多孔骨微结构及其制备方法和植入体
。
解决现有技术对于人工骨植入后产生“应力屏蔽”的缺陷和弹性模量调控困难以及受压时出现应力集中的问题
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]一种负泊松比胞元体，包括二个负泊松比单元和一个第一内凹四边框，二个负泊松比单元均包括第二内凹四边框
、
上椭圆
、
下椭圆
、
左连杆和右连杆，所述第一内凹四边框和第二内凹四边框均由四个内凹的边框构成，分别是上韧带
、
下韧带
、
左韧带和右韧带；所述上椭圆连接第二内凹四边框的上韧带，所述下椭圆连接第二内凹四边框的下韧带，所述左连杆连接第二内凹四边框的左韧带，所述右连杆连接第二内凹四边框的右韧带；定义负泊松比单元上下方向延伸的中心轴线为
Z
轴轴线，二个负泊松比单元和一个第一内凹四边框的中心点相重合，二个负泊松比单元的
Z
轴轴线相重合且相垂直设置，所述第一内凹四边框垂直于
Z
轴轴线设置；进而使二个负泊松比单元和一个第一内凹四边框在三维空间内垂直并相嵌套
。
[0007]进一步的，所述上韧带
、
下韧带
、
左韧带和右韧带均是内凹的圆弧段
。
[0008]进一步的，所述上椭圆和下椭圆的长轴线平行于左连杆和右连杆的延伸方向
。
[0009]一种多孔骨微结构，包括多个上述所述的负泊松比胞元体，多个负泊松比胞元体在三维空间内排列形成一个立体结构的多孔骨微结构，竖直方向上的相邻二个负泊松比胞元体通过上椭圆和下椭圆相连接，水平方向上的相邻二个负泊松比胞元体通过左连杆和右
连杆相连
。
[0010]进一步的，竖直方向上的相邻二个负泊松比胞元体通过上椭圆和下椭圆相重合而形成连接
。
[0011]一种多孔骨微结构的制备方法，包括如下步骤：
[0012]A1
，通过三维建模软件建立内凹四边框的模型，该内凹四边框的模型为二维的内凹四边框，包括上韧带
、
下韧带
、
左韧带和右韧带，得到第一内凹四边框的模型；
[0013]A2
，通过三维建模软件建立负泊松比单元的模型，在步骤
A1
的模型基础上，在上韧带上建立上椭圆，在下韧带上建立下椭圆，在左韧带上建立左连杆，在右韧带上建立右连杆；得到单个负泊松比单元的模型；
[0014]A3
，通过三维建模软件将二个负泊松比单元的模型和一个第一内凹四边框的模型进行组合，具体方式是：二个负泊松比单元的模型和一个第一内凹四边框的模型的中心点相重合，二个负泊松比单元的模型的
Z
轴轴线相重合且相垂直设置，所述第一内凹四边框的模型垂直于
Z
轴轴线设置；进而使二个负泊松比单元的模型和一个第一内凹四边框的模型在三维空间内垂直并相嵌套；得到单个负泊松比胞元体的模型；
[0015]A4
，通过三维建模软件将多个负泊松比胞元体模型在三维空间内排列形成一个立体结构的多孔骨微结构的模型，其中，竖直方向上的相邻二个负泊松比胞元体通过上椭圆和下椭圆相连接，水平方向上的相邻二个负泊松比胞元体通过左连杆和右连杆相连；
[0016]A5
，将步骤
A4
得到的多孔骨微结构的模型导入三维打印软件中，并通过
3D
打印机打印出成品
。
[0017]进一步的，所述上韧带
、
下韧带
、
左韧带和右韧带均是内凹的圆弧段，在步骤
A1
中，上韧带内曲线
L
通过双曲线方程：
(
‑
1.5≤x≤1.5)
得到，之后通过双曲线参数化设计四韧带弧度及大小；再通过圆心阵列式分布得到四个韧带，韧带带宽
d
和带厚
t
取值为
0.4mm
‑
0.8mm
，再对相邻韧带之间倒圆角
。
[0018]进一步的，步骤
A2
中，所述上椭圆和下椭圆的长轴线平行于左连杆和右连杆的延伸方向
。
[0019]进一步的，步骤
A4
中，竖直方向上的相邻二个负泊松比胞元体通过上椭圆和下椭圆相重合而形成连接
。
[0020]进一步的，步骤
A5
中，具体为：将所设计的多孔骨微结构的模型保存为
.STL
格式导入三维打印软件中，进行支撑生成以及打印参数设定，完成相关设置后导入
3D
打印
SLM
设备进行样件打印；其中功率为
195w
；层厚
0.03mm
；基板预热温度
35℃
；扫描速度
1200mm
；扫描间距
0.13mm
；腔体通入保护气体，打印完成后冷却至室温再进行热处理和喷砂处理
。
[0021]一种植入体，具有上述所述的多孔骨微结构
。
[0022]通过本专利技术提供的技术方案，具有如下有益效果：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种负泊松比胞元体，其特征在于：包括二个负泊松比单元和一个第一内凹四边框，二个负泊松比单元均包括第二内凹四边框
、
上椭圆
、
下椭圆
、
左连杆和右连杆，所述第一内凹四边框和第二内凹四边框均由四个内凹的边框构成，分别是上韧带
、
下韧带
、
左韧带和右韧带；所述上椭圆连接第二内凹四边框的上韧带，所述下椭圆连接第二内凹四边框的下韧带，所述左连杆连接第二内凹四边框的左韧带，所述右连杆连接第二内凹四边框的右韧带；定义负泊松比单元上下方向延伸的中心轴线为
Z
轴轴线，二个负泊松比单元和一个第一内凹四边框的中心点相重合，二个负泊松比单元的
Z
轴轴线相重合且相垂直设置，所述第一内凹四边框垂直于
Z
轴轴线设置；进而使二个负泊松比单元和一个第一内凹四边框在三维空间内垂直并相嵌套
。2.
根据权利要求1所述的负泊松比胞元体，其特征在于：所述上韧带
、
下韧带
、
左韧带和右韧带均是内凹的圆弧段
。3.
根据权利要求1所述的负泊松比胞元体，其特征在于：所述上椭圆和下椭圆的长轴线平行于左连杆和右连杆的延伸方向
。4.
一种多孔骨微结构，其特征在于：包括多个权利要求1‑3任一所述的负泊松比胞元体，多个负泊松比胞元体在三维空间内排列形成一个立体结构的多孔骨微结构，竖直方向上的相邻二个负泊松比胞元体通过上椭圆和下椭圆相连接，水平方向上的相邻二个负泊松比胞元体通过左连杆和右连杆相连
。5.
根据权利要求4所述的多孔骨微结构，其特征在于：竖直方向上的相邻二个负泊松比胞元体通过上椭圆和下椭圆相重合而形成连接
。6.
一种多孔骨微结构的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
A1
，通过三维建模软件建立内凹四边框的模型，该内凹四边框的模型为二维的内凹四边框，包括上韧带
、
下韧带
、
左韧带和右韧带，得到第一内凹四边框的模型；
A2
，通过三维建模软件建立负泊松比单元的模型，在步骤
A1
的模型基础上，在上韧带上建立上椭圆，在下韧带上建立下椭圆，在左韧带上建立左连杆，在右韧带上建立右连杆；得到单个负泊松比单元的模型；
A3
，通过三维建模软件将二个负泊松比单元的模型和一个第一内凹四边框的模型进行组合，具体方式是：二个负泊松比单元的模型和一个第一内凹四边框的模...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟锋，曾达，甘艺良，王泽正，陈详欣，薛镱埴，郭显榕，
申请(专利权)人：上海大博医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：