[發明專利]宏觀-微觀-納米分級結構力學適配性骨修復體及其制備

在審

• 申請號: 201410337365.3
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN104107097A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 李祥
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61F2/28
• 分類號: A61F2/28;A61L27/56;A61L27/50;A61L27/04
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 祖志翔

技術領域

本發明涉及一種新型的外科植入物，具體涉及一種宏觀-微觀-納米分級結構力學適配性骨修復體及其制備方法，屬于生物醫學工程技術領域。

背景技術

由疾病和創傷造成的骨缺損是臨床上的常見病，也是骨科治療的世界性難題之一，嚴重影響著患者的生活質量。目前，治療骨缺損的方法有自體骨和異體骨移植、可降解生物材料和醫用金屬材料移植，以及組織工程技術等。自體骨雖好，但來源有限，而且會給患者帶來不必要的二次創傷；異體骨存在有免疫原性和致病性等缺點；可降解生物材料因具有良好的生物相容性在臨床上已有了比較廣泛的應用，但由于其缺乏足夠的機械強度，只能應用于小范圍、非承重部位骨缺損的治療；大范圍、承重部位骨、關節缺損的治療在臨床上只能采用金屬材料的移植，醫用金屬材料雖然具有良好的生物相容性，但缺乏生物活性，且金屬材料的彈性模量遠高于人體骨組織，因此，術后會出現各種并發癥，治療效果不夠理想。組織工程技術雖然比較先進，并開始在臨床上逐漸應用，但目前組織工程技術構建的骨修復體仍然缺乏足夠的機械強度，不適合大范圍、承重部位骨缺損的修復。因此，研發一種新型骨修復體，使其既具有理想的機械強度和與人體骨組織相匹配的彈性模量，又具備可降解生物材料的優異生物學性能，對于提高大范圍、承重部位骨缺損治療的遠期療效具有重要的科學意義和實用價值。

經對現有技術文獻的檢索發現，至今尚未發現與本發明主題相同或者類似的文獻報道。

發明內容

本發明的目的是克服現有鎂基多孔材料制備方法的不足，提供一種結構可控的鎂基三維多孔材料的制備方法，能夠制備出內部為人為可調控的三維多孔結構的鎂基多孔材料，使之具有不同的結構、力學、物理等性能，以滿足不同的使用要求。

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種宏觀-微觀-納米分級結構力學適配性骨修復體及其制備方法，克服現有骨修復體外形及力學性能與缺損部位骨組織解剖學形態及力學特性不匹配的缺陷，并構建一種宏觀-微觀-納米分級結構特征，調控細胞行為，賦予骨修復體優良的生物學性能。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種宏觀-微觀-納米分級結構力學適配性骨修復體，其包括宏觀孔隙金屬結構體、微觀孔隙結構體以及納米纖維；所述宏觀孔隙金屬結構體的外形與缺損部位骨組織的解剖學形態一致，內部的宏觀孔隙的尺寸為300-1500微米，孔隙率為50％-90％，孔壁微觀粗糙度Ra為5-30微米，各宏觀孔隙之間相互完全連通；所述微觀孔隙結構體位于該宏觀孔隙金屬結構體之內，內部的微觀孔隙結構均勻且孔隙之間相互完全連通，該微觀孔隙的尺寸為50-250微米；所述微觀孔隙的孔隙壁由所述納米纖維構成。

進一步地，所述的宏觀孔隙金屬結構體為均勻孔隙結構或梯度孔隙結構。

進一步地，所述的宏觀孔隙金屬結構體的力學性能與缺損部位骨組織的力學性能相適配，其抗壓強度為60-300MPa，彈性模量為0.5-30GPa。

進一步地，所述的宏觀孔隙金屬結構體是根據缺損部位骨組織的力學性能以及臨床實際需要，由商業化CAD軟件設計，采用金屬3D打印技術制造而成。

進一步地，所述的納米纖維由包括膠原、殼聚糖、絲素蛋白、PLGA和PCL在內的生物可降解聚合物構成。

進一步地，所述的宏觀孔隙金屬結構體由鈦及其合金、不銹鋼、鈷鉻鉬合金或鉭金屬制成。

本發明的另一技術方案是：

一種制備上述骨修復體的方法，其包括如下步驟：

第一步，根據患者的包括CT和MRI在內的醫學影像數據，重建患者缺損部位三維骨骼模型；

第二步，根據缺損部位骨組織的力學性能以及臨床實際需要，利用包括Unigraphics、Pro/E和Catia在內的商業化CAD軟件，設計宏觀孔隙金屬結構體CAD模型；

第三步，將第二步所設計的宏觀孔隙金屬結構體CAD模型與患者缺損部位骨骼三維模型，進行布爾運算，形成解剖學形態與患者缺損部位骨骼模型一致的宏觀孔隙金屬結構體CAD模型；

第四步，根據第三步得到的解剖學形態與患者缺損部位骨骼模型一致的宏觀孔隙金屬結構體CAD模型，以金屬粉末為原材料，采用金屬3D打印技術，完成所述宏觀孔隙金屬結構體的制造，保證設計結構與制造結構的一致性；

第五步，將生物可降解聚合物材料通過有機溶劑制備成溶液，并注入到宏觀孔隙金屬結構體的宏觀孔隙內部，然后置入-10℃～-70℃的環境中進行冷凍處理，形成固態復合體；