CN110384570A - 一种多孔骨支架 - Google Patents

一种多孔骨支架 Download PDF

Info

Publication number
CN110384570A
CN110384570A CN201910490070.2A CN201910490070A CN110384570A CN 110384570 A CN110384570 A CN 110384570A CN 201910490070 A CN201910490070 A CN 201910490070A CN 110384570 A CN110384570 A CN 110384570A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bracket
bone
base rack
fixed bracket
cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910490070.2A
Other languages
English (en)
Inventor
何思渊
张运
周银
霍梦科
金纪勇
周平
周光泉
胡高宁
陈诗婷
王婉莹
曹熠炜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201910490070.2A priority Critical patent/CN110384570A/zh
Publication of CN110384570A publication Critical patent/CN110384570A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/28Bones
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/28Bones
    • A61F2002/2835Bone graft implants for filling a bony defect or an endoprosthesis cavity, e.g. by synthetic material or biological material

Abstract

本发明公开了一种多孔骨支架,可以提高骨支架与骨的结合速度。所述多孔骨支架包括基础支架和固定支架;固定支架连接在基础支架内部,且固定支架的骨连接面与基础支架的骨连接面齐平。

Description

一种多孔骨支架
技术领域
本发明涉及一种多孔骨支架。
背景技术
由创伤、炎症、肿瘤等导致的骨缺损是临床上引起患者功能丧失和生活质量 下降的重要原因之一。传统的治疗方法采用骨移植技术。骨移植技术存在诸多缺 陷,如自体骨移植取骨量有限、供骨区损伤增加患者痛苦,异体骨移植、骨愈合 缓慢、存在免疫排斥等。以多孔骨支架作为移植替代物的骨组织工程学逐渐发展 起来。
3D打印技术的出现,为组织工程人工骨支架的设计和制造提供了新的方法。 与其他骨组织工程支架制备方法相比,3D打印技术具有高精度、构建速度快、 空间结构复杂度高等优势,可以实现支架结构的个性化设计制备。近年来,3D 打印技术已广泛应用于组织工程支架、假体植入物等的制作中。
然而,目前临床应用的3D打印支架孔结构单一,往往是同一孔径和孔道结 构的简单重复,在骨长入后期容易出现长入速度过慢等问题。另外,现有的3D 打印多孔支架,孔径约为300-2000μm,孔径普遍较大,容易造成支架/骨界面 处骨沉积量过低、连接强度不足,从而导致支架松动。因此,应当对多孔支架结 构进行设计,充分利用3D打印技术能够精确控制内部结构的优势,实现更好的 骨长入效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种多孔骨支架,可以提高骨支架与骨 的结合速度。
为解决上述技术问题,本发明实施例采用以下技术方案:
一种多孔骨支架,包括基础支架和固定支架;固定支架连接在基础支架内部, 且固定支架的骨连接面与基础支架的骨连接面齐平。
作为优选例,所述基础支架为连通孔结构。
作为优选例,所述固定支架为连通孔结构。
作为优选例,所述基础支架的等效扩散系数大于固定支架的等效扩散系数。
作为优选例,所述基础支架的等效扩散系数与液体的体扩散系数的比值大于 等于0.3。
作为优选例,所述固定支架的等效扩散系数与液体的体扩散系数的比值小于 等于0.3。
作为优选例,在骨长入方向上,所述固定支架的深度小于基础支架的深度。
作为优选例,所述固定支架的横截面积占整个支架横截面积的10%~80%。
作为优选例,所述固定支架与基础支架的横截面积比为10~50%。
作为优选例,所述固定支架的四周具有壁面。
与现有技术相比,本发明实施例具有以下有益效果:
1.本发明所述的组合孔结构多孔金属支架,改变了现有3D打印支架孔结构 单一的现状,能够充分利用3D打印技术的优势,根据组织工程模型设计支架内 部孔洞结构,为生长因子运输和细胞迁移分化提供最理想的环境。
2.本发明所述的组合孔结构多孔金属支架,在支架连接处设置了等效扩散系 数较小的具有复杂扩散场的支架结构,许多体内实验已证明,孔弯曲度较小的支 架细胞更容易向内迁移,长入深度较高。而弯曲程度较高的孔具有复杂的扩散场, 能促使细胞在管口处沉积。因此,在基础支架前段设计弯曲孔有助于前期骨组织 快速长入和固定,避免连接强度不足造成支架松动。
3.本发明所述的组合孔结构多孔金属支架,两个主要组成部分均采用孔隙率 较大的结构,能够保证支架整体具有较大的孔隙率,有利于干细胞和内皮细胞向 内迁移,促进支架内部血管生成,提高支架内部的骨长入深度和沉积量。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意简图;
图2是本发明实施例的局部剖面图;
图3是本发明实施例测试用的仿真过程流程图;
图4是本发明实施例中,多孔骨支架等效扩散系数测量方法示意图;
图5(a)至图5(c)是本发明实施例的固定支架为S形结构的三种示意图;
图6(a)至图6(f)是本发明实施例的固定支架为金刚石结构的六种示意 图;
图7(a)是本发明实施例的固定支架所采用的金刚石立方晶胞的基本结构 示意图;
图7(b)是本发明实施例的另一方向的金刚石立方晶胞的基本结构示意图;
图8是本发明实施例的基础支架为桁架结构的一种实施方式;
图9(a)是本发明实施例的基础支架为方形孔结构的第一种示意图;
图9(b)是本发明实施例的基础支架为方形孔结构的第二种示意图;
图9(c)是本发明实施例的基础支架为方形孔结构的第三种示意图;
图10是本发明实施例的多孔骨支架的另一种实施方式结构示意图;
图11是本发明实施例的支架与现有的桁架结构支架的骨沉积百分比图;
图12是现有桁架结构的骨支架结构示意图;
图13是采用本发明实施例结构的一种有壁面复合结构示意图;
图14是采用本发明实施例结构的一种无壁面复合结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。在此仅给出所述支架部分实施 方式。应当说明,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本 发明。
如图1和图2所示,本发明实施例的一种多孔骨支架,包括基础支架1和固 定支架2。固定支架2的数量可以为多个,也可以为一个。固定支架2连接在基 础支架1内部。固定支架2的骨连接面与基础支架1的骨连接面齐平。即固定支 架2的骨连接面与基础支架1的骨连接面位于同一面上。
上述多孔骨支架中,基础支架1和固定支架2的外形尺寸可根据植入部位需 求而改变。多孔骨支架可以采用金属、生物陶瓷、高分子材料、复合材料等材料 制成。上述实施例的多孔骨支架中,基础支架1构成多孔骨支架的主体结构,起 支撑作用。固定支架2的作用是使骨迅速长入和固定,避免骨支架松动。
使用上述实施例的多孔骨支架时,在骨长入面上同时存在固定支架2和基础 支架1两个部分。固定支架2的等效扩散系数较小。这种结构使得干细胞迁移进 入固定支架后,能够更快地分化成熟,并沉积成骨。同时,基础支架1又能保证 细胞继续向内迁移,而不会在骨连接面处发生阻塞。
为实现骨在多孔骨支架内的生长,所述基础支架1为连通孔结构。
所述固定支架2为连通孔结构。连通孔结构的形式多样,例如桁架结构,或者由 正四面体、正六面体、正十二面体等结构单位周期扩展而成的连通孔等。连通孔 结构的连通性好,利于血管生成和营养物质运输,从而达到更好的骨长入效果。
作为优选例,所述基础支架1的等效扩散系数大于固定支架2的等效扩散系 数。等效扩散系数大的结构有助于细胞向内迁移,基础支架1采用这种结构能满 足支架持续骨长入的需求。而固定支架2采用等效扩散系数较小的结构。当细胞 从支架外迁移进入固定支架2后,能迅速分化沉积,达到早期快速固定的效果。
图4显示了多孔骨支架等效扩散系数测量方法示意图。对于一个高度为L 的骨长入方向为垂直方向的三维多孔支架,假设温度和压力保持不变,液体在支 架内无流动,无源项,仅进行溶质扩散,并且支架内的液体仅在上下两面与外界 有物质交换,支架四周垂直的壁面为固体边界。在支架的上下两边界处加载一定 浓度的溶液,设上边界初始浓度为C1,下边界初始浓度为C2。由于存在浓度差, 支架内孔隙中的溶质会发生扩散,直至达到稳定状态,即各处溶液浓度不再变化。 定义骨长入方向上的等效扩散系数De如式(1)所示:
其中,NA表示扩散达到稳态时单位面积上的稳定扩散量,单位:mol/(m2·s); L表示骨支架高度,单位:m;ΔC表示开始扩散之前,骨支架两侧加载的溶液 浓度差,单位:mol/m3
定义:等效扩散系数De与液体扩散系数D的比为比扩散系数k:
作为优选例,所述基础支架1的等效扩散系数与液体的体扩散系数的比值大 于等于0.3,即比扩散系数大于等于0.3。等效扩散系数是溶质在某种液体和支 架的复合介质下的扩散系数。等效扩散系数的值与体扩散系数有关,也与支架结 构有关。但是,本实施例中,需要一个仅与支架结构有关的参数,所以用等效扩 散系数除以液体体扩散系数,保证得到的比值不受测量时采用的液体种类的影响。 因此,所述液体指的是测量等效扩散系数时使用的溶液,溶液种类可以任意选取。
作为优选例,所述固定支架2的等效扩散系数与液体的体扩散系数的比值小 于等于0.3。与前述相同,所述液体指的是测量等效扩散系数时使用的溶液,溶 液种类可以任意选取。
作为一实施例,固定支架2的四周具有壁面。这样,在与骨长入方向垂直的 方向上,基础支架1与固定支架2不互相连通,使两部分支架分别具有独立的扩 散场,同时连续的壁面可以起到较好的固定和连接作用。当然,固定支架2的四 周也可以不设置壁面。在与骨长入方向垂直的方向上,基础支架1和固定支架2 相通。无论是否设置壁面,相比于原有的单一结构支架都有助于前期快速固定。 同时有壁面相比于无壁面,早期固定的效果更好。对有壁面的复合结构(即固定 支架和基础支架的组合)、无壁面的复合结构、桁架结构的骨支架进行骨沉积测 试。三种骨支架的详细参数在下面模型中介绍。在第12周测试骨沉积,测试结 果如图11所示。从图11可见,设置壁面的骨沉积效果更好。
作为优选例,在骨长入方向上,所述固定支架2的深度小于基础支架1的深 度。因为在固定支架2中较浅的位置容易沉积成骨,骨在固定支架2里长入深度 很小,所以如果固定支架2过深,骨无法长满,会造成内部空洞。固定支架2 的目的本身就是早期固定,所以深度比基础支架1小一些。
作为优选例,所述多孔骨支架与骨接触的端面上,所述固定支架2的横截面 积占整个支架横截面积的10%~80%,例如10%、25%、40%、50%、75%、80%等。 固定支架2的作用是植入早期固定。若固定支架2截面积过大容易造成阻塞,不 利于细胞和血管向内生长。若固定支架2截面积过小,则固定效果不明显。
作为优选例,所述固定支架2与基础支架1的截面积比为10~50%,例如10%、15%、26%、33%、46%、50%等。
上述实施例中,基础支架1中的孔洞结构弯曲度较小,等效扩散系数较大, 在外层提供主要支撑,并且为骨长入提供充足的空间。固定支架2中的孔洞结构 弯曲度较大,等效扩散系数较小。在垂直于骨长入方向上,两部分之间由管状壁 面连接。图2是骨支架的内部结构的一种示意图。图2为部分省略视图,完整骨 支架被切去其八分之一的立方体,便于观察到内部结构。为了清楚地显示整体结 构,图2中适当增大了支架孔隙率。
上述实施例的多孔骨支架,克服现有3D打印多孔支架单一孔结构造成的支 架/骨界面固定慢、植入后期长入深度不足等问题。单一孔结构是由相同形状尺 寸的孔周期重复排列构成的结构。本实施例的骨支架包括具有等效扩散系数较大 的孔结构的基础支架1和等效扩散系数较小的孔结构的固定支架2。固定支架2 位于支架和骨连接处,其孔洞结构弯曲度较大,能够实现植入前期骨组织快速长 入和固定;基础支架1内的孔曲折程度较小,有利于血管生成和营养物质运输, 实现较高的骨长入深度,由此达到良好的骨愈合效果。
下面用仿真实验验证本发明实施例的骨支架具有的优良性能。
本次仿真实验的过程如下:
S10建立三维几何模型,确定仿真模型的计算区域;向所述三维几何模型 中导入多孔支架三维结构,并设定模拟计算的支架区域和孔洞区域;
S20基于所述多孔支架三维结构,计算免疫调控模型;
S30设置仿真初始参数;所述初始参数包括模拟时间;
S40计算细胞因子及生长因子模型;计算细胞生命活动模型;计算血管生 长模型;计算氧扩散模型;
S50判断是否到达模拟时间终点,若未到达,则返回步骤S40;若到达模拟 时间终点,则结束模拟,获得仿真结果。
上述实施例中,仿真方法应用的仿真模型包括:免疫调控模型、细胞因子及 生长因子模型、细胞生命活动模型、血管生长模型和氧扩散模型。
上述实施例的仿真方法中,各个模型是从骨再生的机制角度进行建模仿真, 基本涵盖了骨长入过程的主要生理过程。例如现有的仿真方法并不能解释细胞从 外部迁移进入支架并最终成骨的诱导因素和原理,而本发明使用的免疫调控模型 用基本的数学形式表示了这一过程。另外本发明改进了扩散方程的计算,使得细 胞因子及生长因子模型、氧扩散模型的计算结果更加准确。
所述步骤S10中,多孔支架三维结构包括支架区域和孔洞区域,计算区域经 网格划分为若干等边长的单元立方体,单元立方体边长记为Δx,单位μm;建立 三维直角坐标系,计算区域中各个单元立方体的位置用三维坐标(x,y,z)表示,其 中,x,y,z表示单元立方体中心点在三维直角坐标系上的坐标。根据支架结构, 将计算区域中每一个单元立方体分别标记为孔洞或支架。该过程采用离散化的方 法,一方面利用计算机程序计算连续的扩散方程时,本身就需要进行离散化,另 一方面用离散网格模型模拟细胞活动和血管生成,能更好地反映细胞与微环境之 间的相互作用,精确描述复杂的生物过程。
所述步骤S20中,依据式(1)建立免疫调控模型(1):
G0=k·d 式(1)
其中,G0=G0(d),G0表示在初始时刻,支架表面距离支架和骨的连接面距 离为d处的细胞因子浓度,k表示比例系数,d表示与支架和骨的连接面的距离。
细胞向支架内迁移,诱导因素是免疫细胞释放细胞因子形成的浓度梯度。骨 缺损发生后,由于炎症反应,中性粒细胞、巨噬细胞等免疫细胞向伤口处聚集。 粗糙的支架表面有助于促进巨噬细胞M2极化,M2态巨噬细胞会依附在支架内 表面并分泌细胞因子,如BMP2。在支架内表面上,M2态巨噬细胞的数量正比 于各个位置与连接面的距离。而细胞因子的释放量与巨噬细胞数量成正比。该部 分用一个简单的数学模型描述免疫调控的原理,计算简单,同时又能很好地体现 免疫调控的过程。
所述步骤S30中,初始参数还包括:孔洞区域的初始氧浓度、支架边缘处干 细胞和内皮细胞数量、孔洞区域的氧扩散系数、孔洞区域的生长因子扩散系数和 时间步长。
所述步骤S40中,细胞因子及生长因子模型(2)如式(2)所示:
其中,G=G(x,y,z,t),G表示在t时刻,三维直角坐标系中的(x,y,z)处的 生长因子浓度,DG表示生长因子的扩散系数,dG表示生长因子的降解速率, f=f(x,y,z,t),f表示在t时刻,三维直角坐标系中的(x,y,z)处的生成量。根 据支架内生长因子的来源,f有多种形式。例如,若支架内壁上涂覆生长因子涂 层,并以恒定速率释放,则f可以表示为一个常数;若生长因子释放量随时间减 少,则f可以表示为关于t的函数,如f=ae1/bt(a,b均为大于0的常数)。
上述扩散方程的计算区域是孔洞区域,不包含固态的支架区域,计算区域比 较准确。
所述步骤S40中,细胞生命活动模型包括细胞迁移、增殖、分化、凋亡和分 泌缺氧诱导因子。
细胞某一方向的迁移概率如式(3)所示:
其中,表示细胞向i方向迁移的概率,[O2]表示氧气浓度,[G]表示生长 因子浓度,表示上、下、左、右、前、后六个方向向量,n表示生长因子和氧 气对引导细胞迁移作用的比例因子,n是一个正整数;定义细胞静止时的迁移概 率为向各个方向迁移概率的平均值。
细胞增殖率和分化率与细胞种类有关,且对于同一种细胞,分化率和增殖率 为常数。一个间充质干细胞随着时间的推移会逐渐分化成前成骨细胞和成熟的成 骨细胞,成熟的成骨细胞会在q1天(例如4天)内合成并分泌骨有机质,并将自 身埋于其中变为骨细胞,新形成的有机质随后结合无机钙、磷等离子沉积、矿化, 经过q2天,例如30~60天,形成新骨。新形成的骨质为疏松骨质,毛细血管可以 长入。
建立细胞的凋亡模型如式所示:
其中,papop表示间充质干细胞、前成骨细胞和成熟成骨细胞的平均凋亡概率, [O2]表示氧气浓度,[O2]ave表示组织液平均氧浓度;表示修正系数。
当细胞所处环境氧浓度小于氧阈值时,细胞直接凋亡;当细胞所处环境氧浓 度较低,但未低于氧阈值时,细胞分泌缺氧诱导因子HIF-1促使血管内皮生长因 子VEGF的生成,诱导血管长入并提供氧,模型如式(5)所示:
其中,[VEGF]表示VEGF浓度,[HIF1-dimerN]表示HIF-1二聚物浓度,vm 表示HIF-1二聚物激活VEGF生成的反应速率,kp表示调节系数。
所述步骤S40中,血管生长模型包括迁移、分支、融合和抽芽。
基于内皮细胞对血管内皮生长因子浓度梯度的趋化性,血管内皮细胞的迁移 模型如式(6)所示:
其中,[V]表示血管内皮生长因子VEGF浓度,表示上、下、左、右、前、 后六个方向;当内皮细胞保持静止时,定义内皮细胞静止时的概率为向各个方向 迁移的概率的平均值。
血管有概率产生分支;血管芽成熟到一定程度,且该血管芽周围有足够空间 时,才能发生分支;设血管分支仅发生在顶部内皮细胞。
在模型中,不同血管上的血管芽随机运动,有概率发生碰撞;当两条血管发 生触碰时,发生血管融合;当两个血管芽碰撞时,两条血管合为一条继续生长。 当血管芽与已存在的血管网发生碰撞,该血管芽即停止生长。
抽芽指毛细血管在受到血管内皮生长因子VEGF诱导时,有概率从已存在的 毛细血管网中产生新生芽尖,所述新生芽尖同其它血管芽一样,引导一条新生血 管的形成。
作为实例,血管芽的迁移速度约为20μm/h,因此在每一天的模拟中,血管芽所有活动分别进行20*24/Δx次。Δx表示单元立方体边长。
相比于连续模型,本实施例利用离散网格模型模拟血管生成,能够得到更加 真实的毛细血管网格,并且能体现出毛细血管生长过程中融合、分支等行为。
氧扩散模型如式(7)所示:
其中,O2=O2(x,y,z,t)表示在t时刻,三维直角坐标系中(x,y,z)处的氧气浓 度,表示氧扩散系数,表示血管透氧率,表示血氧浓度,表示 细胞耗氧率;当t时刻(x,y,z)处存在血管时,χves=χves(x,y,z,t)=1,否则, χves=χves(x,y,z,t)=0;表示细胞耗氧率;当t时刻(x,y,z)处存在细胞时, χcell=χcell(x,y,z,t)=1,否则χcell=χcell(x,y,z,t)=0。
该扩散方程的计算区域是孔洞区域,不包含固态的支架区域,计算区域比较 准确。
通过上述计算模型描述了骨重建中免疫细胞调控、细胞活动、生长因子扩散、 血管生成及氧运输等过程,模拟结果与动物实验结果相符。
将本发明实施例的骨支架,以及现有的单一孔结构支架输入上述模型中,进 行仿真计算。本次实验中,骨支架A是现有的单一孔结构支架,骨支架B和骨支 架C是本发明实施例结构的骨支架。
骨支架A、骨支架B和骨支架C三种支架的整体外形为底面直径1.5mm,高 3mm的圆柱状。其中,
骨支架A采用桁架结构,如图12所示。桁架结构是由八面体单元周期重复 而成,组成骨支架的支撑杆直径约为90μm,孔径约为600μm,比扩散系数为 0.92(同图9所示结构)。
骨支架B和骨支架C的基础支架结构与骨支架A结构相同,固定支架位于基 础支架上表面中心。骨支架B和骨支架C的固定支架外形为底面直径600μm, 高600μm的圆柱状,其结构是金刚石立方晶体结构,正四面体顶点距离约为156 μm,支撑杆直径约为110μm,孔径约为200μm,比扩散系数为0.22(同图6f 所示结构)。
骨支架B采用固定支架周边设有壁面的骨支架结构,如图13所示。骨支架C 采用固定支架周边没有设置壁面的骨支架结构,如图14所示。骨支架B和骨支 架C的基础支架、固定支架的尺寸、结构均相同,唯一的区别是基础支架和固定 支架在垂直于骨长入的方向上是否有连接壁面。
通过模型计算,结果如图11所示。从图11中可以看出:与单一孔结构支架 相比,本发明实施例的骨支架在植入初期管口处沉积量更大,且在后期长入深度 更深。这说明本实施例的复合结构的骨支架具有快速固定的作用,具有更好的骨 愈合效果。
下面举例本发明实施例的骨支架结构。
实例1:固定支架为S形结构的三种实施例,如图5(a)—5(c)所示。其 中,图中,灰色部分为孔,其余空白部分为支架。三个支架的总孔径(长入方向 上的最大孔径)均为600μm。图5(a)所示支架长入方向上最小孔径为60μm, 比扩散系数为0.03。图5(b)所示支架长入方向上最小孔径为240μm,比扩散 系数为0.07。图5(c)所示支架长入方向上最小孔径为360μm,比扩散系数为 0.34。
实例2:采用固定支架为金刚石结构,六种实施例如图6(a)-6(f)所示。 其中,灰色部分为支架,其余空白部分为孔。图6(a)-6(c)基本结构分别与 图6(d)-6(f)的基本结构相同,方向相差45°。图6(a)和6(d)中正四 面体顶点距离约为208μm,支架支撑杆直径约为60μm,孔径约为340μm,其 中图6(a)的结构的比扩散系数为0.86,图6(d)的结构的比扩散系数为0.89。 图6(b)和图6(e)中正四面体顶点距离约为156μm,支架支撑杆直径约为60μm, 孔径约为240μm,其中图6(b)的比扩散系数为0.65,图6(e)的比扩散系数 为0.70。图6(c)和图6(f)中正四面体顶点距离约为156μm,支架支撑杆直 径约为110μm,孔径约为200μm,其中图6(c)的比扩散系数为0.11,图6(f) 的比扩散系数为0.22。
实例3:金刚石晶胞结构的基本结构如图7所示。图7(a)与图7(b)基 本结构相同,将图7(a)以竖直方向为基准旋转45°即得到图7(b)的结构。 金刚石晶胞结构中每一个顶点连接四根支撑杆,且与该顶点相邻的四个顶点形成 正四面体,因此经过任意一个顶点的两根支撑杆夹角为109.5°。
实例4:图8是本发明所述的基础支架为桁架结构的一种实施例。其中,灰 色部分为支架,其余空白部分为孔。该桁架结构由八面体单元周期重复而成,支 撑杆直径约为90μm,孔径约为600μm,比扩散系数为0.92。
实例5:图9(a)-9(c)是本发明所述的基础支架为方形孔结构的三种实 施例。其中,灰色部分为支架,其余空白部分为孔。图9(a)所示支架孔直径 为300μm,支架直径为120μm,最小孔直径为180μm,比扩散系数为1.23。图 9(b)所示支架孔直径为300μm,支架直径为60μm,最小孔直径为240μm, 比扩散系数为1.33。图9(c)所示支架孔直径为450μm,支架直径为120μm, 最小孔直径为330μm,比扩散系数为1.29。
以上实施例中,实例1、实例2和实例3为固定支架,实例4、实例5为基 础支架。三种固定支架和两种基础支架可以任意组合,只要满足固定支架2连接 在基础支架1内部,且固定支架2的骨连接面与基础支架1的骨连接面齐平即可。
图10显示了本发明实施例的另一种结构。在该支架中,基础支架1外形为 立方体,其中镶嵌了四个固定支架2,分别位于基础支架1上表面的四个角上。 该结构可用于对前期固定要求较高的植入部位。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员 应该了解,本发明不受上述具体实施例的限制,上述具体实施例和说明书中的描 述只是为了进一步说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本 发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。 本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种多孔骨支架,其特征在于,包括基础支架(1)和固定支架(2);固定支架(2)连接在基础支架(1)内部,且固定支架(2)的骨连接面与基础支架(1)的骨连接面齐平。
2.根据权利要求1所述的多孔骨支架,其特征在于,所述基础支架(1)为连通孔结构。
3.根据权利要求1或2所述的多孔骨支架,其特征在于,所述固定支架(2)为连通孔结构。
4.根据权利要求1所述的多孔骨支架,其特征在于,所述基础支架(1)的等效扩散系数大于固定支架(2)的等效扩散系数。
5.根据权利要求4所述的多孔骨支架,其特征在于,所述基础支架(1)的等效扩散系数与液体的体扩散系数的比值大于等于0.3。
6.根据权利要求4所述的多孔骨支架,其特征在于,所述固定支架(2)的等效扩散系数与液体的体扩散系数的比值小于等于0.3。
7.根据权利要求1所述的多孔骨支架,其特征在于,在骨长入方向上,所述固定支架(2)的深度小于基础支架(1)的深度。
8.根据权利要求1所述的多孔骨支架,其特征在于,所述固定支架(2)的横截面积占整个支架横截面积的10%~80%。
9.根据权利要求8所述的多孔骨支架,其特征在于,所述固定支架(2)与基础支架(1)的横截面积比为10~50%。
10.根据权利要求1所述的多孔骨支架,其特征在于,所述固定支架(2)的四周具有壁面。
CN201910490070.2A 2019-06-05 2019-06-05 一种多孔骨支架 Pending CN110384570A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910490070.2A CN110384570A (zh) 2019-06-05 2019-06-05 一种多孔骨支架

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910490070.2A CN110384570A (zh) 2019-06-05 2019-06-05 一种多孔骨支架

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110384570A true CN110384570A (zh) 2019-10-29

Family

ID=68285280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910490070.2A Pending CN110384570A (zh) 2019-06-05 2019-06-05 一种多孔骨支架

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110384570A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5769897A (en) * 1991-12-13 1998-06-23 Haerle; Anton Synthetic bone
US20100331998A1 (en) * 2009-06-30 2010-12-30 Ringeisen Timothy A Electrokinetic device for tissue repair
CN105769382A (zh) * 2016-02-24 2016-07-20 浙江大学 适合骨再生修复的生物活性多孔结构支架及其制造方法
CN108452386A (zh) * 2017-02-17 2018-08-28 重庆润泽医药有限公司 一种多孔材料
CN109077832A (zh) * 2018-06-28 2018-12-25 嘉思特华剑医疗器材(天津)有限公司 一种金属骨小梁结构及其应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5769897A (en) * 1991-12-13 1998-06-23 Haerle; Anton Synthetic bone
US20100331998A1 (en) * 2009-06-30 2010-12-30 Ringeisen Timothy A Electrokinetic device for tissue repair
CN105769382A (zh) * 2016-02-24 2016-07-20 浙江大学 适合骨再生修复的生物活性多孔结构支架及其制造方法
CN108452386A (zh) * 2017-02-17 2018-08-28 重庆润泽医药有限公司 一种多孔材料
CN109077832A (zh) * 2018-06-28 2018-12-25 嘉思特华剑医疗器材(天津)有限公司 一种金属骨小梁结构及其应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J.A. SANZ-HERRERA, J.M. GARCI´A-AZNAR, M. DOBLARE: "Micro–macro numerical modelling of bone regeneration in tissue engineering", 《COMPUTER METHODS IN APPLIED MECHANICS & ENGINEERING》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhao et al. Review on the vascularization of organoids and organoids-on-a-C hip
US9427496B2 (en) Method for creating an internal transport system within tissue scaffolds using computer-aided tissue engineering
US9851706B2 (en) Artificial hollow biological tissue network and method for preparation thereof
CN104667350B (zh) 三层一体化复合支架及其制作方法
CN109872769A (zh) 一种孔隙率梯度变化的植入体的制备方法
CN104027847B (zh) 一种附带血管网流道的人工软组织体的制造方法
CN108355174A (zh) 一种多功能分层关节软骨支架的制备方法
CN112245077B (zh) 孔径梯度多孔支架及用于其的极小曲面结构单元
CN112206076B (zh) 骨修复用多孔植入体结构及制备方法
CN112006816B (zh) 具有混合结构单元的多孔梯度支架及制备方法
CN110101914A (zh) 一种预血管化的双相人工骨支架及其制备方法
CN105903084A (zh) 一种具有抗菌功能涂层的3d打印多孔支架及其制备方法
CN110408539A (zh) 大体积组织工程组织器官内部仿生血管网的构筑方法
Masood et al. The design and manufacturing of porous scaffolds for tissue engineering using rapid prototyping
CN110403731A (zh) 基于活细胞3d打印的组织工程仿生肝叶结构及制备方法
CN112006815A (zh) 骨修复用多孔梯度支架及制备方法
Zahm et al. Numerical modeling of oxygen distributions in cortical and cancellous bone: oxygen availability governs osteonal and trabecular dimensions
Li et al. Evaluation and prediction of mass transport properties for porous implant with different unit cells: a numerical study
CN110384570A (zh) 一种多孔骨支架
CN112316207B (zh) 混合点阵多孔梯度支架及制备方法
CN112206077B (zh) 基于Primitive和Diamond曲面结构单元的多孔梯度支架及制备方法
CN109758612B (zh) 一种分叉血管模型及其制备方法
CN110379518B (zh) 一种基于免疫调控的骨在多孔支架内生长的仿真方法
WO2017030762A1 (en) Systems for and methods for using biomimetic structures providing communication in living tissue
Paz et al. Numerical modelling of osteocyte growth on different bone tissue scaffolds

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination