CN209136979U - 一种碳/碳复合材料人工气管支架 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种碳/碳复合材料人工气管支架，由主气管和两根分路支气管构成三叉型结构；主气管和支气管的管壁均具有三层结构，管壁外层为高孔隙率碳层，管壁内层为热解碳涂层、碳化硅涂层或热解碳/碳化硅混合涂层，管壁中间层为碳/碳复合材料基层，该碳/碳复合材料人工气管具有质量轻、比强度高、组织相容性好的优点，使用方便。

Description

一种碳/碳复合材料人工气管支架

技术领域

本实用新型涉及一种人工气管支架，特别涉及一种碳材料人工气管支架，具体涉及一种碳/碳复合材料人工气管支架，属于生物医用材料领域。

背景技术

因外伤、肿瘤等行部分气管切除的临床十分常见，有时候更是要将气管及支气管进行整体摘除，一般超过切除长度直接吻合限度6厘米时，需采用人工气管来重建，而气管及支气管整体摘除后，必须也要采用相应的整体人工气管植入。由于气管组织环境的复杂性对气管替代物要求诸多，移植于体内无法与机体达到生物学融合固定，常易伴发脱落、泄漏等，人工气管至今不能成熟地应用于临床。并且，气管的开放状态，使得植入的人工气管假体始终处于“外环境”与机体“内环境”之间，如果假体与机体未达到紧密结合，致使细菌污染将会出现慢性溃疡，而在愈合过程中，附近的肉芽组织向中心生长形成肉芽肿，导致狭窄或梗塞。因此，实现人工假体与组织的生物学固定是解决气管重建的关键。

日本在中国申请的专利(申请号CN00813851.6)公开了一种人工气管，以聚丙烯网状管为基材，基材的表面具有非晶态胶原薄膜，且非晶态胶原薄膜的内外面具有微细纤维化胶原层。该气管能促进气管纤毛上皮的再生，而且不会出现气管的狭窄和肉泥的形成，提高其使用的安全性能。中国专利(申请号CN200610032032.5)公开了一种人工气管，以聚四氟乙烯多孔气管假体作为气管主体，聚四氟乙烯多孔气管假体的各个端口分别密封连接有钛环，在聚四氟乙烯多孔气管假体与钛环连接处外周固定设有具备丰富绒毛的人工缝合环。在聚四氟乙烯多孔气管假体内壁表层喷涂有胶原或热解碳。钛环以医用纯钛或钛合金材料做成。人工缝合环的材料是膨体聚四氟乙烯或人工编织物。该人工气管移植后不会存在局部感染和吻合口裂开，不会形成肉芽、气管不会移位且结构简单、制造方便、性能可靠的人工气管。

现有技术中的这些人工气管采用塑料材料，其生物相容性差，且力学性能不佳，难以推广应用。

实用新型内容

为了解决现有人工气管支架存在的不足，本实用新型的目的是在于提供一种由碳/碳复合材料构成的质量轻、比强度高、组织相容性好、使用方便的人工气管支架。

为了实现上述技术目的，本实用新型提供了一种碳/碳复合材料人工气管支架，该气管支架由主气管和两根分路支气管构成三叉型结构；主气管和支气管的管壁均具有三层结构，管壁外层为高孔隙率碳层，管壁内层为热解碳涂层、碳化硅涂层或热解碳/碳化硅混合涂层，管壁中间层为碳/碳复合材料基层。

优选的方案，所述碳/碳复合材料基层的碳纤维含量为30％～90％。

优选的方案，所述高孔隙率碳层的孔隙率为20％～60％。

优选的方案，所述热解碳涂层、碳化硅涂层或热解碳/碳化硅混合涂层的厚度为10～300μm。

优选的方案，所述主气管的端口管壁表面开有若干环形槽，或同时开有若干环形槽和若干轴向槽；或者，所述主气管的端口为弹簧结构。

较优选的方案，所述环形槽的深度0.2～0.8mm，宽度0.5～2mm，数量不大于4圈。

较优选的方案，所述轴向槽的深度0.5～1.5mm，宽度1～5mm，单圈环开槽数量＞4个。

较优选的方案，所述弹簧结构的节距1～3mm，间距0.5～1.5mm，弹簧圈数量大于2个。

进一步优选的方案，所述轴向槽的深度需大于环形槽的深度。

优选的方案，所述支气管的端口管壁表面开有若干环形槽，或同时开有若干环形槽和若干轴向槽；或者，所述支气管的端口为弹簧结构。

较优选的方案，所述环形槽的深度0.2～0.8mm，宽度0.5～2mm，数量不大于4圈。

较优选的方案，所述轴向槽的深度0.5～1.5mm，宽度1～5mm，单圈环开槽数量＞4个。

较优选的方案，所述弹簧结构的节距1～3mm，间距0.5～1.5mm，弹簧圈数量大于2个。

进一步优选的方案，所述轴向槽的深度需大于环形槽的深度。

本实用新型提供的碳/碳复合材料人工气管支架主气管和支气管的大小与人体的气管及支气管相近。

本实用新型的主气管及支气管的端口的管壁通过现有的方法加工成弹簧状结构或者表面开槽，如通过机械切割等方法。

本实用新型提供的人工气管支架可以借助现有的碳/碳复合材料的制备工艺，例如：通过设计碳纤维预制体结构，保证中间层的碳纤维含量，结合复合基体碳工艺控制上表层的孔隙度，内表层通过化学气相沉积热解碳或碳化硅涂层，外形尺寸及槽直接采用机加工而成。具体制备方法为，将碳纤维布和碳纤维网胎交叉叠加逐层针刺成2.5维碳纤维预制体，然后进行化学气相沉积热解碳基体和高温处理得到含有基层和多孔层的块状碳/碳复合材料坯料，然后将块体的碳/碳复合材料坯料加工成三叉型管状，再在气管的基层侧制备热解碳涂层，最后在主气管和支气管端口开槽或切割加工成弹簧状结构，得到人工气管支架。

本实用新型提供的人工气管支架的管壁外层是高孔隙率碳层，主要与人体组织接触，高孔隙率有利于与人体组织生理学相结合，管壁内层为热解碳涂层、碳化硅涂层或热解碳/碳化硅混合涂层，其主要与气管内的分泌物等接触，致密的镀层可以防止分泌物和细菌的滞留。

相对现有技术，本实用新型带来的有益效果：

1)本实用新型提出的人工气管支架由碳/碳复合材料构成，碳/碳复合材料具有生物相容性良好、质轻、力学性能与人体骨相近、抗疲劳性好、可设计性强等特点。

2)本实用新型提出的人工气管支架的管壁设计成三层，管壁中间层为碳纤维含量高的碳/碳复合材料基层，其力学性能好，可实现比拟骨的力学性能，主要起到支撑作用；管壁外层高孔隙率的碳层能促进人工气管与人体组织的形成生理学结合；管壁内层为光滑、致密层，能够有效防止人工气管内分泌物和细菌的滞留。

3)本实用新型气管支架的各端口的连接端可以灵活设置，环形槽的设计有利于手术中人工气管固定。在环形槽的基础上可以进一步设置轴向槽，轴向槽主要是作为代谢通道，有利于连接处组织的自由代谢。端口还可以设置成弹簧结构，为连接端提供变形能力，且还能在此形成生物学过渡层，其整体密度与人体组织相近，可最大限度恢复受体的生物学形态和功能，实现人工气管和自体组织的生物学固定，防止狭窄或梗塞，重建气管通道，保障患者呼吸通畅。

附图说明

【图1】为碳/碳复合材料人工气管支架示意图；

【图2】为碳/碳复合材料人工气管支架轴向剖面图；

【图3】为碳/碳复合材料人工气管支架A-A剖面结构视图；

【图4】为含弹簧结构的碳/碳复合材料人工气管支架示意图；

其中，1为主气管，2为支气管，3为主气管端口，4为支气管端口，5为环形槽，6为管壁外层，7为管壁中间层，8为管壁内层，9为轴向槽，10为弹簧结构。

具体实施方式

以下实施例旨在结合说明书附图进一步详细说明本实用新型内容，而不是限制本实用新型权利要求保护范围。

实施例1

本实施例提供的碳/碳复合材料人工气管支架示意图如图1～3所示。人工气管支架由主气管和两根分路支气管构成三叉型结构(如图1或图2所示)；主气管1和支气管2的管壁均具有三层结构，管壁中间层7为碳纤维含量为60％的碳/碳复合材料基层，其碳纤维含量高，力学性能优良，主要起到支撑作用，管壁外表层6为孔隙率40％的高孔隙率碳层，主要与人体组织接触，高孔隙率有利于促进与人体组织的形成生理学结合，管壁内表层8为厚度为100微米左右的热解碳涂层，该涂层主要具有致密、光滑的特点，能够有效防止人工气管内分泌物和细菌的滞留。整个碳/碳复合材料人工气管的总体积密度为1.5g/cm³，具有质轻的特点。主气管端口的管壁表面开有3圈环形槽5和8组轴向槽9，环形槽的深度0.4mm，宽度1mm；轴向槽的深度0.8mm，宽度3mm。支气管端口的管壁表面也开有3圈环形槽和8组轴向槽，环形槽的深度0.3mm，宽度0.8mm；轴向槽的深度0.6mm，宽度2.5mm(如图1～3所示)。

实施例2

本实施例提供的含弹簧结构的碳/碳复合材料人工气管支架示意图如图4所示，主气管和支气管的管壁的设计如实施例所示。主气管和支气管的端口均设置成弹簧件结构10(如图4所示)，弹簧结构的节距2mm，间距1mm，弹簧圈数量为6个。

Claims (10)

1.一种碳/碳复合材料人工气管支架，其特征在于：由主气管和两根分路支气管构成三叉型结构；主气管和支气管的管壁均具有三层结构，管壁外层为高孔隙率碳层，管壁内层为热解碳涂层、碳化硅涂层或热解碳/碳化硅混合涂层，管壁中间层为碳/碳复合材料基层。

2.根据权利要求1所述的一种碳/碳复合材料人工气管支架，其特征在于：所述碳/碳复合材料基层的碳纤维含量为30％～90％。

3.根据权利要求1所述的一种碳/碳复合材料人工气管支架，其特征在于：所述高孔隙率碳层的孔隙率为20％～60％。

4.根据权利要求1所述的一种碳/碳复合材料人工气管支架，其特征在于：所述热解碳涂层、碳化硅涂层或热解碳/碳化硅混合涂层的厚度为10～300μm。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种碳/碳复合材料人工气管支架，其特征在于：所述主气管的端口管壁表面开有若干环形槽，或同时开有若干环形槽和若干轴向槽；或者，所述主气管的端口为弹簧结构。

6.根据权利要求5所述的一种碳/碳复合材料人工气管支架，其特征在于：

所述环形槽的深度0.2～0.8mm，宽度0.5～2mm，数量不大于4圈；

所述轴向槽的深度0.5～1.5mm，宽度1～5mm，单圈环开槽数量＞4个；

所述弹簧结构的节距1～3mm，间距0.5～1.5mm，弹簧圈数量大于2个。

7.根据权利要求6所述的一种碳/碳复合材料人工气管支架，其特征在于：

所述轴向槽的深度需大于环形槽的深度。

8.根据权利要求1～4任一项所述的一种碳/碳复合材料人工气管支架，其特征在于：所述支气管的端口管壁表面开有若干环形槽，或同时开有若干环形槽和若干轴向槽；或者，所述支气管的端口为弹簧结构。

9.根据权利要求8所述的一种碳/碳复合材料人工气管支架，其特征在于：

所述环形槽的深度0.2～0.8mm，宽度0.5～2mm，数量不大于4圈；

所述轴向槽的深度0.5～1.5mm，宽度1～5mm，单圈环开槽数量＞4个；

所述弹簧结构的节距1～3mm，间距0.5～1.5mm，弹簧圈数量大于2个。

10.根据权利要求9所述的一种碳/碳复合材料人工气管支架，其特征在于：

所述轴向槽的深度需大于环形槽的深度。