[發明專利]一種個性化的碳陶復合材料接骨板及其制備方法

有效

• 申請號: 201711423909.8
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108171798B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 肖鵬;李專;江天慧
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;A61L31/14;A61L31/10;A61L31/02
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

1.一種個性化的碳陶復合材料接骨板；其特征在于：所述接骨板由結構架和含BMP活性蛋白的功能層構成；所述含BMP活性蛋白的功能層位于鑲嵌和/或包覆于結構架的表面層上；所述結構架包括短切碳纖維、樹脂碳基體、氧化物陶瓷顆粒、SiC基體；所述短切碳纖維以均勻分布或非均勻分布的方式分布于結構架內且表面包覆有樹脂碳；所述非均勻分布方式是指：定義結構架內短切碳纖維的平均質量百分含量為A，則非均勻分布時，先任意選定一個點B為核心，以B點為中心獲取邊長為200微米的正方體；所述正方體內短切碳纖維的質量百分含量為0.1-0.99A或1.01-1.5A；

所述接骨板的密度為1.7~2.0g/cm³；

所述接骨板內短切碳纖維占接骨板總質量的15~26%；

氧化物陶瓷顆粒占接骨板總質量的3~5%；

SiC基體的質量占接骨板總質量的20~40%；

含BMP活性蛋白的功能層占接骨板總質量的0.5~1.0%。

2.根據權利要求1所述的一種個性化的碳陶復合材料接骨板；其特征在于：所述含BMP活性蛋白的功能層呈非均勻分布方式分布。

3.一種制備權利要求1-2任意一項所述的個性化的碳陶復合材料接骨板的方法；其特征在于，包括下述步驟;

步驟一 骨骼圖像的采集及三維模型建立

對特定部位骨骼進行計算機斷層掃描和核磁共振成像，獲得骨骼個性化數據；

將骨骼的CT/MRI掃描數據進行三維重建，獲得骨骼骨折處三維模型；

步驟二 構建個性化接骨板模型

根據骨骼的三維重建模型，繪制出接骨板放置處骨骼的不規則曲面，結合患者骨碎片大小、位置以及骨折線長度，設計出螺釘孔的間距及分布，以及接骨板的載荷分布，并在有限元分析軟件中構建接骨板；利用有限元分析軟件進行骨骼和接骨板模型耦合應力場三維仿真，得到三維仿真數據；

步驟三 制備打印粉末

首先將短切碳纖維在濃酸溶液中進行表面處理，然后按照短切碳纖維的不同含量將其分別與陶瓷粉末、熱固性酚醛樹脂粉末混合均勻；隨后在丙酮溶液中進行溶解，最后將其沉淀并且破碎成近球形的至少3組打印粉末；所述打印粉末中至少有一組的短切碳纖維含量小于成品中短切碳纖維的平均含量，剩余的打印粉末組中，至少有一組的短切碳纖維含量大于成品中短切碳纖維的平均含量；同時所述打印粉末中還有一組的短切碳纖維含量等于成品中短切碳纖維的平均含量；

步驟四3D打印接骨板坯體

根據有限元模擬應力分布結果，選取打印粉末；打印粉末的選取原則為：對應力場仿真中應力集中區域增加短切碳纖維含量；根據三維仿真數據，一邊鋪設粉末一邊采用選區激光熔化3D打印技術打印接骨板坯體；

步驟五 接骨板坯體炭化

將3D打印得到的接骨板坯體在炭化爐中先進行固化，然后進行炭化，得到多孔結構的碳纖維增強陶瓷基接骨板坯體，密度為0.8~1.0g/cm³；

步驟六 化學氣相滲透制備碳基體

將炭化后的多孔結構的碳纖維增強陶瓷基接骨板坯體在化學氣相滲透爐中進行熱解碳沉積至接骨板坯體的密度至1.1~1.5g/cm3；

步驟七 接骨板坯體增密

通過浸漬、裂解的方式在步驟六所得接骨板坯體上制備SiC基體，得到進一步增密后的接骨板；第二次增密后坯體的密度為1.8~2.0g/cm³；得到碳基復合材料接骨板；

步驟八 制備含BMP活性蛋白分子的明膠緩釋微球涂層

將步驟七所得接骨板用濃酸氧化后，在超聲波水溶液中清洗后烘干,用去離子水清洗至清洗液呈中性，然后將其浸漬于含BMP明膠緩釋微球的殼聚糖醋酸溶液，利用靜電自組裝，采用浸漬提拉法和/或噴涂法反復多次涂覆，干燥，將殼聚糖涂覆于碳基復合材料接骨板表面，然后分裝，得到所述個性化碳陶復合材料接骨板。