CN103463676A - 一种仿生骨/软骨复合支架及其制备工艺和固定方法 - Google Patents
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Abstract
仿生骨软骨复合支架及其制备工艺和固定方法,根据患者骨软骨缺损部位的结构,利用反求工程和CAD技术设计与缺损部位相匹配的复合支架,该复合支架包括生物陶瓷骨支架、聚乳酸固定桩以及水凝胶软骨支架;利用光固化间接成型制造出生物陶瓷骨支架;向生物陶瓷骨支架灌注聚乳酸,并在真空铸型机保温炉中固化后打磨,得到生物陶瓷/聚乳酸复合支架;利用光固化快速成型及水凝胶溶液制备得到仿生骨软骨复合支架;在缺损部位进行手术来制造置放仿生骨软骨复合支架的缺损,并在其上钻支架固定;向支架固定孔中倒入骨水泥后,立即将聚乳酸固定桩打入固定孔中,固化后即完成骨软骨复合支架的植入。本发明用于修复大面积骨/软骨缺损,具有良好的效果。
Description
技术领域
本发明属于制造工程领域,特别涉及一种修复大面积骨/软骨缺损的仿生骨软骨复合支架及其制备工艺和固定方法。
背景技术
据统计65岁以上人群骨关节病发病率高达80%,特定人群如运动员中的发病率为22%~50%,外伤、手术切除(如肿瘤)、感染、痛风和退变等均会引起关节损伤。虽然在很多临床情况中骨的愈合能力较好,但是超过一定尺寸的骨软骨缺损并不能自发愈合。自体骨移植和异体骨移植具有一定的局限性,只能用于局部缺损,在大面积缺损修复中效果并不显著,人工关节置换对于有些大面积损伤或半关节损伤,需切除未受损关节面,增加了手术范围,不利于术后患者康复或功能恢复,并且人工假体置换还存在着远期骨溶解和无菌松动等问题。骨软骨组织工程为骨缺损修复提供新的思路。
骨组织工程的研究与应用绝大多数限于小、薄的骨软骨缺损的修复,由各种创伤、感染、先天畸形和恶性肿瘤等造成的大块、大面积骨软骨缺损在临床上最常见,大块骨软骨缺损在与组织相匹配的支架制造、支架固定等方面仍然存在很多问题。
发明内容
本发明的目的在于针对目前存在的大面积骨/软骨缺陷的问题,提出了一种仿生骨/软骨复合支架及其制备工艺和固定方法。
为达到上述目的,本发明的制备工艺为:
1)根据患者骨软骨缺损部位的结构,利用反求工程和CAD技术设计与缺损部位相匹配的仿生骨软骨复合支架,该仿生骨软骨复合支架包括生物陶瓷骨支架、聚乳酸固定桩以及水凝胶软骨支架;
2)利用光固化直接成型或光固化间接成型制造出仿生骨软骨复合支架中生物陶瓷骨支架部分;
3)向制造的生物陶瓷骨支架中的聚乳酸灌注孔中灌注在190℃熔化的聚乳酸,然后放在真空铸型机里面的保温炉中,将真空度设定为-0.03MPa,保持3~5分钟后取出冷却,将包裹在聚乳酸外面的生物陶瓷打磨掉,得到生物陶瓷/聚乳酸复合支架;
4)利用光敏材料聚乙二醇双丙烯酸酯,按照体积比为聚乙二醇双丙烯酸酯:去离子水:光引发剂Ⅰ-1173=40:60:0.5来配制水凝胶溶液,首先利用光固化快速成型机成型一个内腔形貌与生物陶瓷/聚乳酸复合支架外轮廓一致的水凝胶定位物,然后将制造的生物陶瓷/聚乳酸复合支架放入该水凝胶定位物种,再将水凝胶固化到复合支架表面及孔道中,得到生物陶瓷/聚乳酸/水凝胶的仿生骨软骨复合支架。
优选地,所述生物陶瓷骨支架外形具有减少应力集中的倒角结构,倒角半径为2~4mm,内部具有相互连通的孔道结构,该孔道用于骨长入,支架上表面也分布着孔道,该孔道使在表面成型的水凝胶嵌入,提高水凝胶软骨支架与生物陶瓷骨支架的结合强度,所有孔道直径均不小于400μm,支架内部还具有聚乳酸灌注孔道,该孔道的直径不小于4mm,三种孔道互不连通。
优选地,所述聚乳酸固定桩的个数至少为两个。
优选地,所述生物陶瓷为β-磷酸三钙或羟基磷灰石。
本发明的仿生骨软骨复合支架是根据本发明的制备工艺得到的,该仿生骨软骨复合支架包括生物陶瓷骨支架、聚乳酸固定桩以及水凝胶软骨支架,所述聚乳酸固定桩和水凝胶软骨支架分别嵌入安装在所述生物陶瓷骨支架的两端。
本发明的另一个目的在于针对目前存在的修复大面积骨/软骨缺陷的仿生骨软骨复合支架难以固定的问题,提出了一种仿生骨软骨复合支架固定方法。
为达到上述目的,本发明的技术方案为:
1)利用光固化快速成型机制造与生物陶瓷/水凝胶复合支架外观形貌相同的树脂试样,然后在骨软骨缺损部位进行手术来制造置放仿生骨软骨复合支架的缺损,经过多次与树脂试样比对,得到外观形貌与生物陶瓷/水凝胶复合支架一致的骨缺损,然后在此缺损上根据聚乳酸固定桩的位置和尺寸钻支架固定孔;
2)向支架固定孔中倒入骨水泥,然后立即将仿生骨软骨复合支架的聚乳酸固定桩打入固定孔中,待骨水泥固化后即完成仿生骨软骨复合支架的植入。
本发明上述仿生骨软骨复合支架的制备工艺简单,条件温和易控制,通过该制备工艺可制作出修复大面积骨/软骨缺损的仿生骨软骨复合支架,该仿生骨软骨复合支架与患者骨软骨缺损部位相匹配,并且,在使用该仿生骨软骨复合支架修复患者骨软骨缺损部位时,便于临床操作。因此,本发明的仿生骨软骨复合支架及其制备工艺和固定方法在生物医学材料领域和临床实践中均有理想的推广和应用价值。
附图说明
图1是设计的生物陶瓷/水凝胶/聚乳酸仿生骨软骨复合支架模型示意图,(a)为等轴测图,(b)为剖面图;
图2是仿生骨软骨复合支架植入缺损部位示意图。
其中,1、水凝胶软骨支架,2、生物陶瓷骨支架,3、聚乳酸固定桩,4、仿生骨软骨复合支架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。
本发明的仿生骨软骨复合支架及其制备工艺详细描述如下:
1)根据患者骨软骨缺损部位的结构,利用反求工程和CAD技术设计与缺损部位相匹配的仿生骨软骨复合支架4,该仿生骨软骨复合支架4包括生物陶瓷骨支架2、聚乳酸固定桩3以及水凝胶软骨支架1三部分,如图1所示,生物陶瓷骨支架2外形具有减少应力集中的倒角结构,倒角半径为2~4mm,内部具有相互连通的孔道结构,该孔道用于骨长入,支架上表面也分布着孔道,该孔道使在表面成型的水凝胶嵌入,提高水凝胶软骨支架1与生物陶瓷骨支架2的结合强度,所有孔道直径均不小于400μm,支架内部还具有聚乳酸灌注孔道,该孔道的直径不小于4mm,三种孔道互不连通,聚乳酸固定桩的个数为两个;
2)利用光固化间接成型制造出β-磷酸三钙生物陶瓷骨支架;
3)向制造的β-磷酸三钙生物陶瓷骨支架中的聚乳酸灌注孔中灌注在190℃熔化的聚乳酸,然后放在真空铸型机里面的保温炉中,将真空度设定为-0.03MPa保持3~5分钟后取出冷却,将包裹在聚乳酸外面的生物陶瓷打磨掉,得到生物陶瓷/聚乳酸复合支架;
4)利用光敏材料聚乙二醇双丙烯酸酯,按照体积比为聚乙二醇双丙烯酸酯:去离子水:光引发剂Ⅰ-1173=40:60:0.5来配制水凝胶溶液,首先利用光固化快速成型机成型一个内腔形貌与生物陶瓷/聚乳酸复合支架外轮廓一致的水凝胶定位物,然后将制造的生物陶瓷/聚乳酸复合支架放入该水凝胶定位物种,再将水凝胶固化到复合支架表面及孔道中,得到生物陶瓷/聚乳酸/水凝胶复合的仿生骨软骨支架;
本发明的仿生骨软骨复合支架4是根据本发明的制备工艺得到的,该仿生骨软骨复合支架4包括生物陶瓷骨支架2、聚乳酸固定桩3以及水凝胶软骨支架1,所述聚乳酸固定桩3和水凝胶软骨支架1分别嵌入安装在所述生物陶瓷骨支架2的两端。
本发明的仿生骨软骨复合支架固定方法详细描述如下:
1)利用光固化快速成型机制造与生物陶瓷/水凝胶复合支架外观形貌相同的树脂试样,然后在骨软骨缺损部位进行手术来制造置放仿生骨软骨复合支架4的缺损,经过多次与树脂试样比对,得到外观形貌与生物陶瓷/水凝胶复合支架一致的骨缺损,然后在此缺损上根据聚乳酸固定桩的位置和尺寸钻支架固定孔,如图2所示;
2)向支架固定孔中倒入骨水泥,然后立即将仿生骨软骨复合支架4的聚乳酸固定桩打入固定孔中,待骨水泥固化后即完成仿生骨软骨复合支架的植入。
Claims (6)
1.仿生骨软骨复合支架的制备工艺,其特征在于:
1)根据患者骨软骨缺损部位的结构,利用反求工程和CAD技术设计与缺损部位相匹配的仿生骨软骨复合支架(4),该仿生骨软骨复合支架(4)包括生物陶瓷骨支架(2)、聚乳酸固定桩(3)以及水凝胶软骨支架(1);
2)利用光固化直接成型或光固化间接成型制造出仿生骨软骨复合支架(4)中生物陶瓷骨支架部分;
3)向制造的生物陶瓷骨支架(2)中的聚乳酸灌注孔中灌注在190℃熔化的聚乳酸,然后放在真空铸型机里面的保温炉中,将真空度设定为-0.03MPa,保持3~5分钟后取出冷却,将包裹在聚乳酸外面的生物陶瓷打磨掉,得到生物陶瓷/聚乳酸复合支架;
4)利用光敏材料聚乙二醇双丙烯酸酯,按照体积比为聚乙二醇双丙烯酸酯:去离子水:光引发剂Ⅰ-1173=40:60:0.5来配制水凝胶溶液,首先利用光固化快速成型机成型一个内腔形貌与生物陶瓷/聚乳酸复合支架外轮廓一致的水凝胶定位物,然后将制造的生物陶瓷/聚乳酸复合支架放入该水凝胶定位物种,再将水凝胶固化到复合支架表面及孔道中,即得到生物陶瓷/聚乳酸/水凝胶的仿生骨软骨复合支架。
2.根据权利要求1所述的仿生骨软骨复合支架的制备工艺,其特征在于,所述生物陶瓷骨支架外形具有减少应力集中的倒角结构,倒角半径为2~4mm,内部具有相互连通的孔道结构,该孔道用于骨长入,支架上表面也分布着孔道,该孔道使在表面成型的水凝胶嵌入,提高水凝胶软骨支架(1)与生物陶瓷骨支架(2)的结合强度,所有孔道直径均不小于400μm,支架内部还具有聚乳酸灌注孔道,该孔道的直径不小于4mm,三种孔道互不连通。
3.根据权利要求1所述的仿生骨软骨复合支架的制备工艺,其特征在于,所述聚乳酸固定桩的个数至少为两个。
4.根据权利要求1所述的仿生骨软骨复合支架的制备工艺,其特征在于,所述生物陶瓷为β-磷酸三钙或羟基磷灰石。
5.一种根据权利要求1的制造工艺得到的仿生骨软骨复合支架,其特征在于,该仿生骨软骨复合支架(4)包括生物陶瓷骨支架(2)、聚乳酸固定桩(3)以及水凝胶软骨支架(1),所述聚乳酸固定桩(3)和水凝胶软骨支架(1)分别嵌入安装在所述生物陶瓷骨支架(2)的两端。
6.一种根据权利要求5所述的仿生骨软骨复合支架的固定方法,其特征在于:
1)利用光固化快速成型机制造与生物陶瓷/水凝胶复合支架外观形貌相同的树脂试样,然后在骨软骨缺损部位进行手术来制造置放仿生骨软骨复合支架(4)的缺损,经过多次与树脂试样比对,得到外观形貌与生物陶瓷/水凝胶复合支架一致的骨缺损,然后在此缺损上根据聚乳酸固定桩的位置和尺寸钻支架固定孔;
2)向支架固定孔中倒入骨水泥,然后立即将仿生骨软骨复合支架(4)的聚乳酸固定桩打入固定孔中,待骨水泥固化后即完成仿生骨软骨复合支架的植入。
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