[發明專利]一種仿形人工骨及其制備方法

有效

• 申請號: 202011036723.9
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112206355B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 譚周建;張翔;王斌;劉波;蔡志霞
• 申請（專利權）人: 湖南碳康生物科技有限公司
• 主分類號: A61L27/50
• 分類號: A61L27/50;A61L27/56;A61L27/54;A61L27/58;A61L27/12;A61L27/18;A61L27/16
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發明公開了一種仿形人工骨及其制備方法。仿形人工骨具有弧形管狀結構，管狀結構內部填充生物活性材料。仿形人工骨的制備方法是將碳纖維編織或針織成管狀結構，在管狀結構內部填充熱塑性高分子材料顆粒并利用模具輔助溫壓成型，再將熱塑性高分子材料取出，并增密碳基體，最后在管狀結構內部填充生物活性材料。該仿形人工骨內部仿生低密度松質骨，具有較好的生物相容性，且內部聯通的空隙便于血供，而管狀結構仿生皮質層，表現出優異的力學性能，且管壁存在大量的空隙有利于自體組織附著，特別適用于肋骨、指骨修復。

技術領域

本發明涉及一種仿形人工骨，具體涉及一種形貌和功能均實現仿生的仿形人工骨及其制備方法，屬于生物材料技術領域。

背景技術

臨床上，人工骨植入是因創傷、腫瘤、感染以及發育異常引起的骨缺損導致解剖學上重建臨床治療的有效手段。目前，作為人工骨植入材料主要有金屬、陶瓷、高分子材料，其主要存在以下問題：金屬存在易磨損、易疲勞、易腐蝕、骨質吸收、醫學影像有偽影等不足；高分子材料存在著老化、抗蠕變性能差、毒性反應、血栓形成等不足，而陶瓷材料存在著無塑性、質脆、易折斷等缺點。

近年來，具有優異力學性能的復合材料的得到了快速發展，為人工骨材料的無機非金屬化提供了有利契機。其中碳基材料具有良好的生物相容性，如無醫學影像偽影、不釋放有毒物質，纖維增強表現出與人體自生骨匹配的生物力學性能等優點。如中國專利(CN110237298 A)公開了一種碳/碳復合材料的生物功能改性方和中國專利(CN 108546156 A)公開了碳化硅與羥基磷灰石梯度涂層改性的碳/碳復合材料及制備方法，都傾向于材料表面的改性。

事實上，人體原生骨外層為致密的皮質層，中心為低密度的松質骨，作為人工骨不僅應具有形態仿生，而且也需達到宏觀結構上的功能仿生，外層提供力學結構，內層提供組織功能。人體骨骼不僅需要維持自身支撐結構所需的力學要求，也面臨的外界的動態因素影響，比如外力沖擊。有研究表明，自體骨的沖擊韌性約為8J/cm²，因此，非金屬仿生人工骨的設計必須符合自體骨的要求。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的第一個目的是在于提供一種在形態和功能上均實現仿生的仿形人工骨，管狀結構內部為孔隙率較高、密度低的生物活性材料仿生低密度松質骨，具有較好的生物相容性，且內部聯通的空隙便于血供，而管狀結構由力學性能優良，且孔隙率較高的碳纖維/碳復合材料仿生皮質層，表現出優異的力學性能，且管壁存在大量的空隙有利于自體組織附著，特別適用于肋骨、指骨修復。

本發明的第二個目的是在于提供一種仿形人工骨的制備方法，該方法操作簡單、成本低、有利于大規模生產。

為了實現上述技術目的，本發明提供了一種仿形人工骨，其具有弧形管狀結構，管狀結構內部填充生物活性材料；所述管狀結構由碳纖維/碳復合材料構成。

本發明的仿形人工骨在外形上具有與原生骨接近的形貌，而在結構上，為內部填充活性物質的管狀結構，管狀結構的內部為孔隙率較高、密度低的生物活性材料仿生低密度松質骨，具有較好的生物相容性，且內部聯通的空隙便于血供，而管狀結構由力學性能優良，且孔隙率較高的碳纖維/碳復合材料仿生皮質層，表現出優異的力學性能，且管壁存在大量的孔隙有利于自體組織附著。

作為一個優選的方案，所述生物活性材料包括生物陶瓷粉末和可生物降解聚合物粉末。生物陶瓷粉末與可生物降解聚合物混合仿生松質骨，可生物降解聚合物在生理環境中緩慢降解，從而生物陶瓷粉末疏松堆積形成高孔隙率、低密度的仿生松質骨。

作為一個較優選的方案，所述生物陶瓷粉末為羥基磷灰石、β-磷酸三鈣、硅酸鈣、生物玻璃中至少一種。生物陶瓷粉末的粒徑為20μm～100μm。

作為一個優選的方案，所述可生物降解聚合物粉末為聚己內酯、聚氨酯、聚乙醇酸、聚乳酸中至少一種?？缮锝到饩酆衔锓勰┑牧綖?0μm～80μm