CN114642769B - 一种仿生结构半月板 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种仿生结构的半月板，解决人缺少仿生结构半月板的问题，一种仿生结构半月板，所述半月板为半月形结构，所述半月板由外向内厚度逐渐减小，所述的半月板由外向内分为三层，外层为再生层，中层为胶原层、内层为强化层；所述的再生层为疏松的三维多孔网状结构，孔径大小在30‑300um之间；所述的胶原层与所述的强化层为致密网状结构，孔径在0.5‑5um之间，所述的强化层中添加碳纳米管。

Description

一种仿生结构半月板

技术领域

本发明涉及植入物的技术领域，尤其是一种仿生结构半月板。

背景技术

半月板的结构和组分较为复杂，半月板为半月形的纤维软骨盘，切面呈三角形，外表覆以薄层纤维软骨，内部为混有大量弹性纤维的致密胶原纤维。半月板内侧边缘薄而密度高，耐磨耐冲击，是由纤维和透明软骨为主要成分构成的，表面光滑；半月板外侧边缘宽厚疏松有弹性，适宜血管长入，是由软骨和环状纤维构成，纤维较为粗壮，以利于半月板固定于关节囊。

半月板损伤多发生在运动人群以及老龄人群的退行性损伤，一旦发生损伤十分影响日常生活，且受伤后的半月板很难自行恢复，一般需要手术治疗，目前手术治疗的方式包括：半月板缝合、半月板替换、人工膝关节替换。

对于损伤较为严重的半月板则需要进行替换，由于半月板结构与成分的复杂性，目前缺少成熟的半月板替代产品，一般采用人工膝关节全部置换的方法，这种方法损伤程度大，如果能够有仿生结构的半月板就可以单独进行半月板的替换，避免大损伤的膝关节全部替换的手术。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿生结构的半月板，解决人缺少仿生结构半月板的问题。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种仿生结构半月板，所述半月板为半月形结构，所述半月板由外向内厚度逐渐减小，所述的半月板由外向内分为三层，外层为再生层，中层为胶原层、内层为强化层；所述的再生层为疏松的三维多孔网状结构，孔径大小在30-300um之间；所述的胶原层与所述的强化层为致密网状结构，孔径在0.5-5um之间，所述的强化层中添加碳纳米管。

进一步地，所述半月板由3D打印工艺加工而成，所述的再生层所用墨水材料为胶原蛋白，所述的胶原层所用墨水材料为胶原蛋白与弹性蛋白的组合，按照重量比，所述的胶原层中弹性蛋白的添加量为总量的15%-35%，所述的强化层所用墨水材料为胶原蛋白与弹性蛋白的组合，并在其中添加碳纳米管，按照重量分数计，所述的强化层中弹性蛋白的添加量为总量的15%-35%，所述的碳纳米管添加量为总量的0.1%-1%。

进一步地，所述的3D打印数据来源是基于核磁共振影响的三维模拟图像。

进一步地，所述半月板外侧下部设置有固定装置，所述的固定装置将半月板固定在胫骨的上端面。

进一步地，在所述的墨水材料中添加包裹润滑液的微球。

进一步地，包括囊袋，所述的囊袋包裹在半月板的表面形成闭合结构，所述的囊袋中装有其容积45%-75%的润滑液。

进一步地，所述的囊袋的上表面为渗透膜。

进一步地，所述的半月板有左半月板和右半月板组成，所述的左半月板与所述的右半月板一体成型。

进一步地，所述的半月板外包裹囊袋，所述的囊袋中填充容积45%-75%的润滑液，所述的囊袋上表面为渗透膜。

进一步地，所述的囊袋的下侧沿囊袋边缘有一圈裙边，所述的裙边固定在胫骨上。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

（1）通过再生层、胶原层、强化层模拟了天然半月板的结构；

（2）囊袋的包裹、润滑液的填充与渗出，模拟了天然半月板的成分；

（3）通过裙边的设计，使得固定变得十分容易，而且不损伤骨头。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1是本发明实施例一一种仿生结构半月板截面结构示意图；

图2是本发明实施例一带有固定结构的一种仿生结构半月板结构示意图；

图3是本发明实施例二一种仿生结构半月板截面结构示意图；

图4是本发明实施例三一种仿生结构半月板截面结构示意图；

图5是本发明实施例三袋口结构示意图；

图6是本发明实施例四一种仿生结构半月板截面结构示意图。

具体的符号标记为：

再生层-1；胶原层-2；强化层-3；固定装置-4；微球-5；囊袋-6；袋体-61；袋口-62；裙边-63。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图及技术方案作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

半月板仿生结构，从结构上为外高内低的半月形结构，从外向内分为三层，分别是：再生层、胶原层、强化层。

再生层为结构疏松的三维网络多孔结构，孔径在30-300um之间，作用是提供细胞生长的空间，其有胶原蛋白材料制备而成。中间层为胶原层，由胶原蛋白材料添加15%-35%的弹性蛋白材料制成的，起到弹性缓冲的作用。内层为强化层，强化层中在胶原材料中添加耐磨材料制备而成。

上述结构通过3D工艺制作完成，模型是基于核磁共振图片形成的。考虑润滑作用，可在表面层打印时的墨水中添加微球，微球内为润滑液，在受到超过一定强度的挤压时，润滑液从微球中释放到上表面达到润滑的目的。

更进一步的考虑，半月板大部分还是有水构成的，因此在半月板表面纺织一囊袋，囊袋内填充水。

基于上述构想，如果不考虑微球的使用，考虑将囊袋的上表面制作成渗透膜，内部填充润滑液，当受到超过一定强度压力时，润滑液渗出在渗透膜的表面，达到润滑的目的。

进一步的对于半月板在胫骨上的固定，在半月板的外侧面下部安装有一铆钉，植入时先在预定位置植入锚，再将铆钉植入锚中完成固定。

此外，对于两个半月板同时替换的情况，两个半月板一体成型，半月板下边有裙边，裙边具有弹性，直接扣合在胫骨上端完成固定。

实施例一：

一种仿生结构的半月板，如附图1所示，半月板为半月形结构，由外向内依次为：再生层1、胶原层2、强化层3；再生层1为结构疏松的三维网络多孔结构，孔径在30-300um之间；胶原层由胶原蛋白与弹性蛋白材料制成，按照重量比，弹性蛋白材料的添加量为总量的15%-35%，其结构为致密网状结构，孔径在0.5-5um之间；强化层同样由胶原蛋白与弹性蛋白材料制成，按照重量比，弹性蛋白材料的添加量为总量的15%-35%，碳纳米管的添加量为总量的0.1-1%，其结构为致密网状结构，孔径在0.5-5um之间。

在半月板的外侧面下部安装有固定装置4，如附图2所示，固定装置4固定安装在胫骨上。

半月板由3D打印工艺完成，其结构来自核磁共振图像。

实施例二：

本实施例是在实施例一上的改进，在最后3D打印的墨水中添加微球5，微球5中包裹润滑液，具体的在半月板表面3um厚度内加入微球5，如附图3所示。

实施例三：

本实施例是在实施例一或实施例二的基础上，包裹一层囊袋6，囊袋6包括袋体61、袋口62，袋体61安装在袋口62上，袋口62收纳固定到固定装置4内实现固定，如附图4所示。袋口62为褶皱结构或环状弹簧结构，如附图5所示，半月板放入时，袋口62中的褶皱或弹簧撑开，放入后，褶皱或弹簧恢复状态，此时将袋口62固定到固定装置4中。

袋体61中装入45%-75%容积的润滑液。袋体的上表面为渗透膜，当袋体受到挤压超过一定压力时，润滑液渗出，实现润滑。

实施例四：

本实施例与实施例三的不同之处在于，半月板为左右半月板一体成型，囊袋6包裹在半月板外侧，本实施例中的固定结构采用的是裙边63，囊袋6下部设置有一圈裙边63，裙边63的大小略小于胫骨上端的直径，且具有一定的弹性，使用时将裙边63固定在胫骨上端即可实现固定，如附图6所示。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种仿生结构半月板，其特征在于，所述半月板为半月形结构，所述半月板由外向内厚度逐渐减小，所述的半月板由外向内分为三层，外层为再生层，中层为胶原层、内层为强化层；所述的再生层为疏松的三维多孔网状结构，孔径大小在30-300um之间；所述的胶原层与所述的强化层为致密网状结构，孔径在0.5-5um之间，所述的强化层中添加碳纳米管；所述半月板由3D打印工艺加工而成，所述的再生层所用墨水材料为胶原蛋白，所述的胶原层所用墨水材料为胶原蛋白与弹性蛋白的组合，按照重量比，所述的胶原层中弹性蛋白的添加量为总量的15%-35%，所述的强化层所用墨水材料为胶原蛋白与弹性蛋白的组合，并在其中添加碳纳米管，按照重量分数计，所述的强化层中弹性蛋白的添加量为总量的15%-35%，所述的碳纳米管添加量为总量的0.1%-1%。

2.根据权利要求1所述的仿生结构半月板，其特征在于，所述的3D打印数据来源是基于核磁共振影响的三维模拟图像。

3.根据权利要求1或2所述的仿生结构半月板，其特征在于，所述半月板外侧下部设置有固定装置，所述的固定装置将半月板固定在胫骨的上端面。

4.根据权利要求1所述的仿生结构半月板，其特征在于，包括囊袋，所述的囊袋包裹在半月板的表面形成闭合结构，所述的囊袋中装有其容积45%-75%的润滑液。

5.根据权利要求4所述的仿生结构半月板，其特征在于，所述的囊袋的上表面为渗透膜。

6.根据权利要求1所述的仿生结构半月板，其特征在于，所述的半月板有左半月板和右半月板组成，所述的左半月板与所述的右半月板一体成型。

7.根据权利要求6所述的仿生结构半月板，其特征在于，所述的半月板外包裹囊袋，所述的囊袋中填充容积45%-75%的润滑液，所述的囊袋上表面为渗透膜。

8.根据权利要求7所述的仿生结构半月板，其特征在于，所述的囊袋的下侧沿囊袋边缘有一圈裙边，所述的裙边固定在胫骨上。

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