CN105233347B - 一种3d打印梯度孔径医用多孔金属骨组织支架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印梯度孔径医用多孔金属骨组织支架，旨在克服现有技术单一重复的微孔结构不利于骨组织长入，骨组织植入物难以和自身骨达到骨性愈合的问题，其整体为六面体结构，由组件A、组件B和组件C紧密排列组成，组件A阵列于六面体结构最外层，组件B阵列于次外层，组件C阵列于最内层；组件A、组件B、组件C均为六面体框架结构，且组件A的孔径大于组件B的孔径，组件B的孔径大于组件C的孔径。本发明通过加强结构设计，制作孔隙渐变的组织工程骨支架，通过呈梯度渐变的孔隙调控骨组织及成纤维等的长入，最终达到最佳的骨愈合。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D打印医用金属植入物，具体涉及一种3D打印梯度孔径医用多孔金属骨组织支架，其有利于骨组织长入，促进骨性愈合。
背景技术
3D打印制备多孔金属对于组织工程骨的发展有重要意义，减少了因自体骨移植对患者身体造成的损伤，同时也避免了异体骨移植高昂的费用问题。瑞典Arcam通过3D打印技术成功制备的金属合金臼杯、股骨干、脊柱及颅骨等骨科植入物，其中部分多孔金属合金骨修复植入物已经在临床得以应用。
多孔金属打印主要采用目前如瑞典Arcam公司等依靠电子束熔炼(EBM)3D打印技术制造的多孔金属，可以通过电脑设计结构精确控制微孔大小，孔隙率，孔道走向及联通情况，其孔径最小可达到400微米，孔隙率最大可达85％。而选择性激光熔炼技术(SLM)可以达到更高的精度(100微米)，可以更精确的控制支架材料内部结构。
而现今3D打印微孔单一，多为单一结构的重复，往往是固定大小的孔径和单一的孔道联通结构，而这与人体骨组织骨小梁结构并不相符，且不利于骨组织长入，易造成骨组织和成纤维同时长入，大量的纤维组织导致纤维愈合而非骨愈合。且随着组织长入，必然需要更大的爬行空间，而传统设计方案还导致了骨组织长入后期出现生长空间不足的问题。EBM或SLM可以足够精确地控制内部结构，但目前对结构设计的重视并不够，并没有充分发挥3D打印精确控制内部结构的优势，单一重复的结构并不利于骨愈合。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术单一重复的微孔结构不利于骨组织长入，骨组织植入物难以和自身骨达到骨性愈合的问题，提供一种3D打印梯度孔径医用多孔金属骨组织支架，加强结构设计，制作孔隙渐变的组织工程骨支架，通过呈梯度渐变的孔隙调控骨组织及成纤维等的长入，最终达到最佳的骨愈合。
本发明是通过以下方案实现的：
一种3D打印梯度孔径医用多孔金属骨组织支架，其整体为六面体结构，由组件A、组件B和组件C紧密排列组成，组件A阵列于六面体结构最外层，组件B阵列于次外层，组件C阵列于最内层；组件A、组件B、组件C均为六面体框架结构，且组件A的孔径小于组件B的孔径，组件B的孔径小于组件C的孔径。
所述的一种3D打印梯度孔径医用多孔金属骨组织支架，其中，组件C由支撑柱和引导杆构成，多条支撑柱连接构成六面体框架结构的边棱，引导杆位于六面体框架结构每相对两个面的中心连线，相邻组件的引导杆互相连接；组件A和组件B均由支撑柱、引导杆和分隔栅构成，分隔栅位于六面体框架结构每个面的对角线位置，且组件B中分隔栅的数量少于组件A中分隔栅的数量。
所述的一种3D打印梯度孔径医用多孔金属骨组织支架，其中，组件B中分隔栅的数量为组件A中分隔栅的数量的一半。
所述的一种3D打印梯度孔径医用多孔金属骨组织支架，其中，组件A中六面体框架结构每个面上设有两条分隔栅，而组件B中六面体框架结构每个面上仅设一条分隔栅。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明着重设计3D打印金属骨组织支架的细微结构，设计3种不同组件，依据不同组件的排列调整孔隙的变化，每种组件分别包括支撑柱、分隔栅和引导杆组成。本发明可以通过调整支撑柱的长度，进而依次改变分隔栅的长度，从而改变孔隙面积进而改变孔径大小。因此本发明可以简单方便的调整孔径。
本发明骨组织支架以六面体结构为基础，为了达到孔隙渐变的目的，设计了分隔栅，以分隔栅改变孔隙的孔径。
本发明为了促进细胞组织爬行，为例骨组织支架设计了引导杆，着重起到引导细胞迁移爬行的作用。更有利于骨组织沿引导杆方向长入金属支架内，使组织和支架之间紧密结合，达到骨性愈合的目的。
本发明为孔径渐变的梯度孔径医用多孔金属骨组织支架，有利于细胞组织有序合理的长入金属骨组织支架内部。同时支撑柱、分隔栅、引导杆的长度可以进行调整，并带动孔径大小变化，方法简单有效，可以生产出不同孔径梯度的渐变孔隙金属骨组织支架。
附图说明
图1是本发明3D打印梯度孔径医用多孔金属骨组织支架的整体结构示意简图；
图2是本发明构建梯度孔隙结构的组件A结构示意图。
图3是本发明构建梯度孔隙结构的组件B结构示意图。
图4是本发明构建梯度孔隙结构的组件C结构示意图。
图中:
1-支撑柱，2-分隔栅，3-引导杆。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
图1所示为3D打印梯度孔径医用多孔金属骨组织支架的结构示意图，该支架完整结构为六面体结构，图1为部分省略视图，只保留相互正交的三个外立面，图2至图4为组成该支架的三种组件。3D打印梯度孔径医用多孔金属骨组织支架由组件A、组件B和组件C组成，组件A、组件B、组件C分别位于立体结构外中内层面，即组件A阵列于最外层，提供最小的孔径，组件B阵列于次外层，提供中级孔径，组件C阵列于最内层，提供最大孔径，即组件A孔径小于组件B的孔径，组件B的孔径小于组件C的孔径。
本实施例中，该支架为6*6*6的六阶立方体结构，组件A均布在立方体结构最外一层，组件B均布在次外一层，组件C均布在最内层两层。
组件A、组件B、组件C均为六面体框架结构，组件C由支撑柱1和引导杆3构成，多根支撑柱1连接构成六面体框架结构的边棱；组件A和组件B均由支撑柱1、引导杆3和分隔栅2构成，且组件B中分隔栅2的数量少于组件A中分隔栅2的数量。
支撑柱1为六面体框架结构的边棱，各支撑柱1相互连接构成3D打印梯度孔径医用多孔金属骨组织支架的主体立体结构。
分隔栅2位于六面体框架结构每个面的对角线位置，用于分割金属骨组织支架的孔隙，通过控制分隔栅的数量可以将孔径分为大中小三种。本实施例中，组件A与组件B的区别在于，组件A中六面体的每个面上设置两根分隔栅2，而组件B中六面体的每个面上仅设置一根分隔栅2。
引导杆3为组件A、组件B、组件C的共有成分，位于六面体框架结构每相对两个面的中心连线，相邻组件的引导杆3互相连接，为细胞组织的长入提供导向作用。图1中为了避免线条数过多，未示出引导杆3。
本发明不同于以往3D打印金属骨组织支架，在传统立体结构基础上进行改进，使金属骨组织支架具有孔隙渐变的特性。
如图1所示以正六面体金属骨组织支架为例，若支撑柱1长度为1.4mm，该支架最外一层由组件A组成，组件A中的孔隙面积0.49mm2，则孔隙等效孔径约为400um。次外层由组件B组成，孔隙面积为0.98mm2，则等效孔径约为560um。最内层由组件C组成，孔隙面积为1.96mm2，则等效孔径为790um。
若支撑柱1长度为2mm，该支架最外一层由组件A组成，组件A中的孔隙面积1mm2，则孔隙等效孔径约为556um。次外层由组件B组成，孔隙面积为2mm2，则等效孔径约为798um。最内层由组件C组成，孔隙面积为4mm2，则等效孔径为1120um可见本发明可以通过调节支撑柱1的长度进而调整孔隙孔径变化，方法简单有效，并能结合分隔栅2达到孔径渐变的目的。
为了更好的促进骨组织长入，本发明设计了引导杆3，当组织细胞爬行到金属骨组织支架最外层表面时，可以沿引导杆3爬行，有利于细胞迁移，进而促进骨组织长入。引导杆3可以根据放入骨缺损的位置进行调整取舍，保留和骨骼长入方向一致的引导杆，使细胞爬行长入更符合人体自然骨组织方向。
Claims (3)
1.一种3D打印梯度孔径医用多孔金属骨组织支架，其特征在于，其整体为六面体结构，由组件A、组件B和组件C紧密排列组成，组件A阵列于六面体结构最外层，组件B阵列于次外层，组件C阵列于最内层；组件A、组件B、组件C均为六面体框架结构，且组件A的孔径小于组件B的孔径，组件B的孔径小于组件C的孔径；所述组件C由支撑柱(1)和引导杆(3)构成，多条支撑柱(1)连接构成六面体框架结构的边棱，引导杆(3)位于六面体框架结构每相对两个面的中心连线，相邻组件的引导杆(3)互相连接；组件A和组件B均由支撑柱(1)、引导杆(3)和分隔栅(2)构成，分隔栅(2)位于六面体框架结构每个面的对角线位置，且组件B中分隔栅(2)的数量少于组件A中分隔栅(2)的数量。
2.如权利要求1所述的一种3D打印梯度孔径医用多孔金属骨组织支架，其特征在于，所述组件B中分隔栅(2)的数量为组件A中分隔栅(2)的数量的一半。
3.如权利要求1所述的一种3D打印梯度孔径医用多孔金属骨组织支架，其特征在于，所述组件A中六面体框架结构每个面上设有两条分隔栅(2)，而组件B中六面体框架结构每个面上仅设一条分隔栅(2)。
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