【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于组织工程、生物制造技术与医疗，具体涉及一种自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物及其方法。
技术介绍
1、骨创伤、骨感染、肿瘤等原因造成骨缺损一直是骨科修复领域的一项重大难题，虽然骨组织存在一定的自愈能力，但是骨缺损的长度超过临界尺寸就需要进行骨移植进行治疗。由于人工骨的材料来源广泛，同时成分和性能可调，具有良好的生物相容性，在骨修复领域受到了广泛关注，为当前生物制造领域的热点。
2、目前人工骨植入物使用的材料中，聚醚醚酮(peek)因具有良好的力学相容能，能够满足植入物的力学需求，模量接近人骨，可避免应力屏蔽；具有耐热性和稳定性，可承受反复的高压灭菌；优异的生物稳定性，无毒且存在潜在的抑菌性；x射线可穿透性和无磁性，不会影响医疗检测等优点使其成为下一代极具应用前景的生物材料，但是由于其生物惰性导致peek骨植入物与自然骨之间的整合力能不足，周围的骨组织难以与聚醚醚酮等热塑性材料光滑的表面紧密贴附，不利于植入物的长期稳定，限制了peek骨植入物进一步的临床发展，因此peek骨植入物与周围骨组织难以紧密结合是临床应用中急需解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物及其方法，用于解决peek材料作为骨植入物与骨组织结合不稳定的技术问题。
2、本专利技术采用以下技术方案：
3、自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物，包括骨长入诱导区，
4、优选地，骨长入诱导区为多孔结构，由聚合物基体/压电材料/导电增强相复合材料构成。
5、更优选地，压电材料的含量为0wt％～70wt％，导电增强相复合材料的含量为0wt％～5wt％。
6、优选地，骨长入诱导区内部的孔径为0.1～2.0mm，孔隙率为0％～70％。
7、优选地，承载区为实体结构，由聚合物基体/导电增强相复合材料或聚合物基体单独构成。
8、更优选地，承载区中增强相材料的含量为5wt％；剩余为聚合物基体材料。
9、优选地，骨长入诱导区的孔径和孔隙率沿骨长入诱导区的外侧经孔骨长入诱导区内侧至承载区呈梯度递减设置。
10、本专利技术的另一技术方案是，一种自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物的3d打印方法，包括以下步骤：
11、s1、确定骨植入物的初步几何模型；
12、s2、建立骨植入物与自然骨的有限元模型，将骨植入物与自然骨接触的临近区域设置为骨长入诱导区，其余区域设置为承载区；
13、s3、根据骨植入物的初步几何模型，设置力学载荷、力学约束条件和电气约束条件；
14、s4、对骨植入物有限元模型中的各模型单元赋予等效性能值，骨长入诱导区多孔结构赋予等效力学性能be,1和等效压电性能bd，承载区实体区赋予力学性能be,2；
15、s5、对骨植入物与自然骨的有限元模型分别进行应力、压电响应的有限元分析，根据分析得到的结果对骨植入物分别进行初期强度和远期骨生长动态平衡评估；
16、s6、将满足短期强度要求和远期骨生长动态平衡要求的最优等效力学性能be,1、be,2分别赋予骨长入诱导区多孔结构和承载区实体区，最优等效压电性能bd赋予骨长入诱导区多孔结构，打印完成适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物。
17、优选地，步骤s2中，骨植入物与自然骨接触的临近区域为二者接触面距离a以内的三维区域，a值为2～10mm。
18、优选地，步骤s5中，若不满足要求，对等效性能值be,1、be,2与bc进行优化，具体如下：
19、s501、获取骨植入物的应力数据与压电响应数据；
20、s502、根据骨植入物的应力数据判断初期强度要求和远期能否实现骨再生动态平衡，如不能，根据应力数据和压电响应数据重新赋予骨长入诱导区等效力学性能be,1与等效压电性能bd和承载区等效力学性能be,2；
21、s503、对重新赋予过等效力学性能和等效压电性能的骨植入物重新进行有限元分析，获得新的应力数据和压电响应数据；
22、s504、当步骤s503得到的有限元分析结果不满足初期强度要求，则继续修改骨长入诱导区多孔结构和承载区实体区的等效力学性能；
23、s505、当步骤s503得到的有限元分析结果不满足远期骨长入和骨流失的动态平衡，则继续修改骨长入诱导区多孔结构的等效压电性能；当步骤s503得到的有限元分析结果满足远期骨长入和骨流失的动态平衡，得到优化后的骨长入诱导区等效力学性能be,1与等效压电性能bd和承载区等效力学性能be,2。
24、与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
25、自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物，过压电材料和增强相材料在peek基体中精确分布并配合多孔结构的设计，加强骨植入物与骨组织的生物结合，实现生物固定，将骨植入物划分为承载区和骨长入诱导区，骨长入诱导区具有良好的生物兼容性，能与周围骨组织实现良好的骨长入和骨整合，通过承载区保证骨植入物植入初期的强度，使得骨植入物兼具生物相容性和力学性能。
26、进一步的，骨长入诱导区中具有梯度多孔结构，通过多孔区设置能够促进骨植入物周围骨组织的长入，增强与周围骨组织的结合强度，实现骨植入物的自适应调控骨长入效果。
27、进一步的，骨植入物的结构与压电效应耦合可以实现自动调控骨生长的速度，即根据新骨增长量调整骨植入物所能够产生的电刺激，从而对骨组织产生不同的效果，最终能够实现骨组织的骨再生量和骨流失量的动态平衡，骨植入物具有压电性能，在生物力刺激下能产生电刺激，进一步促进骨组织的再生和长入。
28、进一步的，通过调整骨长入诱导区中多孔区域的孔径、孔隙率、孔深以及材料含量，并通过优化能够得到具有最优强度和促进骨组织长入的功能的骨植入物。
29、进一步的，承载区设置为实体结构，为骨植入物提供初期强度，保证其在植入后不会因强度不足而松动或破坏，同时采用导电增强相材料能够加强聚合物基体材料的力学强度与性能，进一步保证了骨植入物的初期强度。
30、进一步的，承载区中增强相材料含量为5wt％，剩余为聚合物基体材料可以实现增强相材料与骨长入诱导区中增强相材料梯度衔接，聚合物基体为主体材料保证了承载区的初期强度要求。
31、进一步的，骨长入诱导区的孔径和孔隙率沿骨长入诱导区的外侧经孔骨长入诱导区内侧至承载区呈梯度递减既增强了骨组织与骨植入物之间结合的强度，加强了骨整合能力，同时与骨植入物压电性能相适应从而实现骨植入物自适应调控骨长入的功能。
32、自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物3d打印方法，骨植入物设本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物，其特征在于，包括骨长入诱导区(1)，骨长入诱导区(1)设置于骨植入物表面的局部多孔区域，骨植入物内部或表面的实体区域设置有承载区(2)，骨长入诱导区(1)和承载区(2)之间通过孔隙率和孔径呈梯度变化的多孔结构实现过渡连接。
2.根据权利要求1所述的自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物，其特征在于，骨长入诱导区(1)为多孔结构，由聚合物基体/压电材料/导电增强相复合材料构成。
3.根据权利要求2所述的自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物，其特征在于，压电材料的含量为0wt％～70wt％，导电增强相复合材料的含量为0wt％～5wt％。
4.根据权利要求1所述的自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物，其特征在于，骨长入诱导区(1)内部的孔径为0.1～2.0mm，孔隙率为0％～70％。
5.根据权利要求1所述的自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物，其特征在于，承载区(2)为实体结构，由聚合物基体/导电增强相复合材料或聚合物基体单独构成。
6.根据权利要求5所述
7.根据权利要求1所述的自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物，其特征在于，骨长入诱导区(1)的孔径和孔隙率沿骨长入诱导区(1)的外侧经孔骨长入诱导区内侧至承载区(2)呈梯度递减设置。
8.一种3D打印权利要求1至7中任一项所述自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物3D打印方法，其特征在于，步骤S2中，骨植入物与自然骨接触的临近区域为二者接触面距离a以内的三维区域，a值为2～10mm。
10.根据权利要求8所述的自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物3D打印方法，其特征在于，步骤S5中，若不满足要求，对等效性能值bE，1、bE，2与bd进行优化，具体如下：
...【技术特征摘要】
1.自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物，其特征在于，包括骨长入诱导区(1)，骨长入诱导区(1)设置于骨植入物表面的局部多孔区域，骨植入物内部或表面的实体区域设置有承载区(2)，骨长入诱导区(1)和承载区(2)之间通过孔隙率和孔径呈梯度变化的多孔结构实现过渡连接。
2.根据权利要求1所述的自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物，其特征在于，骨长入诱导区(1)为多孔结构，由聚合物基体/压电材料/导电增强相复合材料构成。
3.根据权利要求2所述的自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物，其特征在于，压电材料的含量为0wt％～70wt％，导电增强相复合材料的含量为0wt％～5wt％。
4.根据权利要求1所述的自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物，其特征在于，骨长入诱导区(1)内部的孔径为0.1～2.0mm，孔隙率为0％～70％。
5.根据权利要求1所述的自适应调控骨长入的压电复合材料梯度骨植入物，其特征在于，承载区(2)为实体结构，由聚合物基体/导电...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙畅宁，彭思琦，张益涵，王玲，李涤尘，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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