[发明专利]一种个性化的碳陶复合材料接骨板及其制备方法

权利要求书

1.一种个性化的碳陶复合材料接骨板；其特征在于：所述接骨板由结构架和含BMP活性蛋白的功能层构成；所述含BMP活性蛋白的功能层位于镶嵌和/或包覆于结构架的表面层上；所述结构架包括短切碳纤维、树脂碳基体、氧化物陶瓷颗粒、SiC基体；所述短切碳纤维以均匀分布或非均匀分布的方式分布于结构架内且表面包覆有树脂碳；所述非均匀分布方式是指：定义结构架内短切碳纤维的平均质量百分含量为A，则非均匀分布时，先任意选定一个点B为核心，以B点为中心获取边长为200微米的正方体；所述正方体内短切碳纤维的质量百分含量为0.1-0.99A或1.01-1.5A；

所述接骨板的密度为1.7~2.0g/cm³；

所述接骨板内短切碳纤维占接骨板总质量的15~26%；

氧化物陶瓷颗粒占接骨板总质量的3~5%；

SiC基体的质量占接骨板总质量的20~40%；

含BMP活性蛋白的功能层占接骨板总质量的0.5~1.0%。

2.根据权利要求1所述的一种个性化的碳陶复合材料接骨板；其特征在于：所述含BMP活性蛋白的功能层呈非均匀分布方式分布。

3.一种制备权利要求1-2任意一项所述的个性化的碳陶复合材料接骨板的方法；其特征在于，包括下述步骤;

步骤一 骨骼图像的采集及三维模型建立

对特定部位骨骼进行计算机断层扫描和核磁共振成像，获得骨骼个性化数据；

将骨骼的CT/MRI扫描数据进行三维重建，获得骨骼骨折处三维模型；

步骤二 构建个性化接骨板模型

根据骨骼的三维重建模型，绘制出接骨板放置处骨骼的不规则曲面，结合患者骨碎片大小、位置以及骨折线长度，设计出螺钉孔的间距及分布，以及接骨板的载荷分布，并在有限元分析软件中构建接骨板；利用有限元分析软件进行骨骼和接骨板模型耦合应力场三维仿真，得到三维仿真数据；

步骤三 制备打印粉末

首先将短切碳纤维在浓酸溶液中进行表面处理，然后按照短切碳纤维的不同含量将其分别与陶瓷粉末、热固性酚醛树脂粉末混合均匀；随后在丙酮溶液中进行溶解，最后将其沉淀并且破碎成近球形的至少3组打印粉末；所述打印粉末中至少有一组的短切碳纤维含量小于成品中短切碳纤维的平均含量，剩余的打印粉末组中，至少有一组的短切碳纤维含量大于成品中短切碳纤维的平均含量；同时所述打印粉末中还有一组的短切碳纤维含量等于成品中短切碳纤维的平均含量；

步骤四3D打印接骨板坯体

根据有限元模拟应力分布结果，选取打印粉末；打印粉末的选取原则为：对应力场仿真中应力集中区域增加短切碳纤维含量；根据三维仿真数据，一边铺设粉末一边采用选区激光熔化3D打印技术打印接骨板坯体；

步骤五 接骨板坯体炭化

将3D打印得到的接骨板坯体在炭化炉中先进行固化，然后进行炭化，得到多孔结构的碳纤维增强陶瓷基接骨板坯体，密度为0.8~1.0g/cm³；

步骤六 化学气相渗透制备碳基体

将炭化后的多孔结构的碳纤维增强陶瓷基接骨板坯体在化学气相渗透炉中进行热解碳沉积至接骨板坯体的密度至1.1~1.5g/cm3；

步骤七 接骨板坯体增密

通过浸渍、裂解的方式在步骤六所得接骨板坯体上制备SiC基体，得到进一步增密后的接骨板；第二次增密后坯体的密度为1.8~2.0g/cm³；得到碳基复合材料接骨板；

步骤八 制备含BMP活性蛋白分子的明胶缓释微球涂层

将步骤七所得接骨板用浓酸氧化后，在超声波水溶液中清洗后烘干,用去离子水清洗至清洗液呈中性，然后将其浸渍于含BMP明胶缓释微球的壳聚糖醋酸溶液，利用静电自组装，采用浸渍提拉法和/或喷涂法反复多次涂覆，干燥，将壳聚糖涂覆于碳基复合材料接骨板表面，然后分装，得到所述个性化碳陶复合材料接骨板。