CN210186108U

CN210186108U - 一种个性化仿生骨组织支架的制备装置

Info

Publication number: CN210186108U
Application number: CN201821571741.5U
Authority: CN
Inventors: Liangjian Chen; 陈良建; Daiyuan Chen; 陈代远
Original assignee: Third Xiangya Hospital of Central South University
Current assignee: Third Xiangya Hospital of Central South University
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2020-03-27
Anticipated expiration: 2028-09-26

Abstract

本实用新型提供一种个性化仿生骨组织支架的制备装置，包括通过转接头连通的个性化模具和冷循环系统；所述个性化模具包括模具锁扣、通过模具锁扣连接的模具外壳、设置在模具外壳内中轴线上的中心冷源铜管和设置在模具外壳上的浆料注入口；所述冷循环系统包括冷冻循环箱、微型隔膜泵、冷源传导铜柱和制冷压缩机；所述冷源传导铜柱连接冷冻循环箱和制冷压缩机；所述冷冻循环箱内灌注有冷冻液；所述冷冻液沿冷冻循环箱外接管道经微型隔膜泵作用进入中心冷源铜管实现循环冷凝。本实用新型的制备装置，改变传统的单端冷源方式，采用个性化仿生骨组织模具，实现能够制备出个性化匹配的仿生骨支架的功效。

Description

一种个性化仿生骨组织支架的制备装置

技术领域

本实用新型涉及生物医用材料设备技术领域，具体来说，涉及一种个性化仿生骨组织支架的制备装置，尤其是涉及一种个性化层板状梯度多孔仿生骨组织支架的制备装置。

背景技术

骨修复支架材料应有良好的可塑性、生物相容性、骨传导性、生物活性和可降解性，具有高孔隙率且连通的多孔结构和足够力学强度等特性。但现有的骨修复材料，如钛及钛合金、不锈钢和钴铬合金等金属植入材料虽可个性化的根据骨缺损形态设计形态并且具有良好的力学强度，但其缺乏生物活性，不降解；磷酸钙陶瓷具有生物活性，体内能降解，但其力学强度低；高分子材料在体内可降解，但其力学强度低、缺乏活性。多孔结构是骨长入支架的结构基础，支架降解与新骨形成的速度之间的适配性是骨修复成功的关键，根据原缺损骨外形成骨，完成骨替代是骨缺损修复的最终目的。因而，设计和制备新型骨修复支架材料必需考虑多孔结构、支架降解和支架力学强度稳定之间的适配性、支架外形的个性化设计与制造。自然骨的结构特点是可适应局部应力与应变要求，呈规则排列的板层结构。基于此，本实用新型拟从结构仿生入手，研发一种能制备个性化骨组织支架材料的装置。

理想的组织工程支架应具有较高的孔隙率和相互连通的结构，促使细胞粘附、生长和新组织生成，并有利于养分和新陈代谢产物的运输，最终支架可以被细胞和细胞外基质所替代。高孔隙率多孔磷酸钙修复材料是目前研究的热点，传统的造孔方法有造孔剂法、有机泡沫浸渍法、发泡反应法、溶胶-凝胶法等，然而传统方法制备的多孔磷酸钙陶瓷支架的孔隙特征为无序的多孔材料，孔隙度和孔径不可控，多孔材料的力学强度低，细胞及血管只能部分长入支架，限制了临床应用。冰模板法在多孔陶瓷制备方面优势明显，通过调节工艺参数，有效地调控材料的孔隙度、孔径和孔隙方向，形成一种有序的、层板状排列的、相互连通的多孔结构，为细胞的均匀分布和生长提供足够的空间，有利于细胞及血管长入支架材料内部，同时也有利于营养物质和代谢产物的扩散交换。中国实用新型专利《梯度多孔生物陶瓷支架的制备方法》(专利号2009100241469) 公开了一种以冰为模板制造一种梯度多孔磷酸钙陶瓷，通过制造三维壳体、浇筑生物陶瓷浆料、冷冻干燥和烧结等步骤制备出了外部相对致密、内部具有定向排布的层板状多孔结构的多孔生物陶瓷支架。这种方法所制备的支架材料虽然内部具有有序的层板状多孔结构，但是该支架因外周结构致密而导致细胞及血管难以进入支架内部，从而影响支架内成骨。

实用新型内容

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提供了一种个性化仿生骨组织支架的制备装置，其改变传统的单端冷源方式，采用个性化仿生骨组织模具，实现能够制备出个性化匹配的仿生骨支架的功效。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一方面，本实用新型提供一种个性化仿生骨组织支架的制备装置，包括通过转接头连通的个性化模具和冷循环系统；

所述个性化模具包括模具锁扣、通过模具锁扣连接的模具外壳、设置在模具外壳内中轴线上的中心冷源铜管、设置在模具外壳上的浆料注入口和用于支撑模具外壳的底座；

所述冷循环系统包括冷冻循环箱、微型隔膜泵、冷源传导铜柱和制冷压缩机；

所述冷源传导铜柱连接冷冻循环箱和制冷压缩机；

所述冷冻循环箱内灌注有冷冻液；

所述冷冻液沿冷冻循环箱外接管道经微型隔膜泵作用进入中心冷源铜管实现循环冷凝。

进一步地，所述模具外壳的数据如下：沿壳体长轴方向纵切分为两部分，两端的中心设计有5-8mm的安装孔、两侧顶端设计为2-5mm的浆料注入口，壳体厚度约2-5mm。

进一步地，所述模具外壳的原料为玻璃钢。

进一步地，所述制冷压缩机包括温度控制电路系统和制冷压缩系统。

进一步地，所述冷冻循环箱内设置安装有温度传感器，所述温度传感器与制冷压缩机的温度控制电路系统连接，通过温度传感器检测的数据以控制制冷压缩机工作的强度，进而实现控制冷冻循环箱内的温度。

进一步地，所述冷冻液为质量分数浓度为60％的乙二醇。

进一步地，所述冷冻循环箱设置有冷冻液灌注口和用于密封冷冻液灌注口的密封塞。

优选地，所述个性化模具，可根据不同患者的骨缺损情况进行制备，例如，采集个体骨缺损的数据，运用电脑重建缺损区骨组织的三维模型；根据三维模型设计与之匹配的全包绕的模具外壳；将模具外壳数据导入三维打印机进行打印，得到模具外壳；根据模具外壳两端设计的开孔大小制作与之匹配的中心冷源铜管。也可根据常规的方法制备。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供一种个性化仿生骨组织支架的制备装置，在现有冰模板法的基础上，将传统的单端冷源改为中心冷源，有效保证浆料的温度冷却的均匀和快速；通过冷循环系统精确控制冷却温度；从而使得运用本制备装置制备的个性化仿生骨组织支架具有中间贯穿打孔、外周由内向外呈放射状排列、全开孔板层状梯度多孔结构。个性化模具根据不同患者的需求，可设置不同的形状，以符合不同的骨缺损需求。

本实用新型的制备装置，制备的个性化仿生骨组织支架解决了以往外部致密、内部多孔结构中出现营养物质难以由外向内输送而导致成骨不完全的问题，可保证细胞及新生血管长入支架内部，使得成骨更加完全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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他的附图。

图1是本实用新型实施例1所设计的个性化仿生骨组织支架的制备装置结构示意图；

图2是本实用新型实施例1所设计的个性化仿生骨组织支架的制备装置制备的个性化仿生骨组织支架的显微结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本实用新型的保护范围。

除有特别说明，本实用新型中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。

实施例1

如图1所示，一种个性化仿生骨组织支架的制备装置，包括通过转接头5 连通的个性化模具和冷循环系统；

所述个性化模具包括模具锁扣1、通过模具锁扣1连接的模具外壳4、设置在模具外壳4内中轴线上的中心冷源铜管3、设置在模具外壳4上的浆料注入口2和用于支撑模具外壳4的底座(图中未画出)；所述模具外壳4通过中轴线分为两片，通过模具锁扣1进行合模固定，也可通过解除模具锁扣1方便支架材料脱模，其外形根据骨缺损部位不同可个性化设计，所述模具外壳的原料为玻璃钢；

所述冷循环系统包括冷冻循环箱8、微型隔膜泵9、冷源传导铜柱11和制冷压缩机12；所述制冷压缩机12包括温度控制电路系统和制冷压缩系统；

所述冷源传导铜柱11连接冷冻循环箱8和制冷压缩机12；所述冷冻循环箱12内设置安装有温度传感器10，所述温度传感器10与制冷压缩机12的温度控制电路系统连接，通过温度传感器10检测的数据以控制制冷压缩机12 工作的强度，进而实现控制冷冻循环箱8内的温度；所述温度传感器10时刻检测冷冻循环箱8中冷冻液的温度并反馈至制冷压缩机12中，指引制冷压缩机12工作保持设定温度的稳定。

所述冷冻循环箱8内灌注有冷冻液7，所述冷冻液为质量分数浓度为60％的乙二醇；所述冷冻循环箱8设置有冷冻液灌注口和用于密封冷冻液灌注口的密封塞6。

所述冷冻液7沿冷冻循环箱8外接管道经微型隔膜泵9作用进入中心冷源铜管11实现循环冷凝。

所述的中心冷源铜管3管壁厚2-4mm，其内持续通入恒定温度的冷冻液 (60％乙二醇)7保证中心冷源温度。

所述转接头5优选为螺纹转接头，在冷冻完成后，可将装置模具部分完整去除，也利于抽出中心冷源铜管。

优选地，所述个性化模具的制备过程如下：1)获取目标医疗影像数据，重建缺损区骨组织的三维模型；2)根据三维模型设计与之匹配的全包绕的模具外壳；3)将模具外壳数据导入三维打印机进行打印，得到模具外壳；4)根据模具外壳两端设计的开孔大小制作与之匹配的中心冷源铜管。

优选地，所述目标医疗影像数据是指目标CT影像数据。

优选地，所述模具外壳的数据如下：沿壳体长轴方向纵切分为两部分，两端的中心设计有5-8mm的安装孔、两侧顶端设计为2-5mm的浆料注入口，壳体厚度约2-5mm。

本实用新型提供一种个性化仿生骨组织支架的制备装置的制备方法，包括如下步骤：

A)构建个性化模具壳体；

B)构建匹配的中心冷凝铜管；

C)将个性化模具壳体、中心冷凝铜管、转接头和冷循环系统进行组装，完成制备。

运用上述制备装置制备个性化仿生骨组织支架的方法，过程如下：i)将骨材料经浆料注入口注入，直至注满整个个性化模具壳体内；ii)将冷循环系统开启并待系统温度稳定，直至浆料彻底冷冻后停止循环；iii)打开模具锁扣，抽出中心冷源铜管，取出个性化仿生骨组织支架。所制备的个性化仿生骨组织支架如图2所示，具有中间贯穿打孔、外周由内向外呈放射状排列、全开孔板层状梯度多孔结构。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种个性化仿生骨组织支架的制备装置，其特征在于，包括通过转接头连通的个性化模具和冷循环系统；

所述冷源传导铜柱连接冷冻循环箱和制冷压缩机；

所述冷冻循环箱内灌注有冷冻液；

2.根据权利要求1所述的个性化仿生骨组织支架的制备装置，其特征在于，所述模具外壳的数据如下：沿壳体长轴方向纵切分为两部分，两端的中心设计有5-8mm的安装孔、两侧顶端设计为2-5mm的浆料注入口，壳体厚度为2-5mm。

3.根据权利要求1所述的个性化仿生骨组织支架的制备装置，其特征在于，所述制冷压缩机包括温度控制电路系统和制冷压缩系统。

4.根据权利要求3所述的个性化仿生骨组织支架的制备装置，其特征在于，所述冷冻循环箱内设置安装有温度传感器，所述温度传感器与制冷压缩机的温度控制电路系统连接。

5.根据权利要求1所述的个性化仿生骨组织支架的制备装置，其特征在于，所述冷冻液为质量分数浓度为60％的乙二醇；所述模具外壳的原料为玻璃钢。

6.根据权利要求1所述的个性化仿生骨组织支架的制备装置，其特征在于，所述冷冻循环箱设置有冷冻液灌注口和用于密封冷冻液灌注口的密封塞。