[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

说明书

本发明属于碳陶复合材料技术领域和生物医用材料技术领域，具体涉及一种个性化的碳陶复合材料接骨板及其制备方法。本发明所设计的个性化的碳陶复合材料接骨板中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；同时其所包覆的含BMP活性蛋白的功能层也可呈非均匀分布方式存在。本发明首次尝试了应力分析与短切碳纤维布置方式以及BMP活性蛋白分布方式的结合；得到了更利于患者快速优质恢复的碳陶复合材料接骨板。本发明工艺适应性强，效果好，便于大规模应用。

技术领域

本发明属于碳陶复合材料技术领域和生物医用材料技术领域，具体涉及一种个性化的碳陶复合材料接骨板及其制备方法。

背景技术

骨骼是组成脊椎动物骨骼内骨骼的坚硬器官，功能是运动、支持和保护身体；制造红血球和白血球；储藏矿物质。骨折是指骨结构的连续性完全或部分断裂。多见于儿童及老年人，中青年人也时有发生。接骨板内固定是目前临床治疗骨折常用的手段。人体骨骼虽然大体形貌相似，但不同年龄、不同性别、不同身体发育状况下骨骼结构仍存在较大差异，所以接骨板产品具有极高的个性化特点，标准、系列化的产品往往对一些患者不合适。而且，目前国内使用的产品设计参数大部分以模仿西方产品为主，不能满足患者个体化需求。因此，需要设计制造个性化的接骨板产品来满足不同病人骨骼结构的要求。

随着材料科学和组织工程学的迅速发展，采用无机复合材料接骨板已经成为材料学和医学的研究重点。在早期的临床应用中，金属材料以其良好的机械强度和耐疲劳性能，成为首选的接骨板材料，但由于重金属离子具有毒性、材料易被腐蚀，且在影像学检查上会产生金属伪影和应力遮挡效应，易造成骨质疏松，这些缺点使得金属材料逐渐退出研究热点。碳陶复合材料继承了碳材料的无毒、化学稳定、生物相容性优越等优点，同时具有韧性好、强度高、弹性模量与骨接近的特点，是发展接骨板产品的有利材料。

随着数字化和软件技术的发展我们可以利用软件重建骨折三维模型，实现骨折块复位、设计数字化接骨板、螺钉等并完成虚拟内固定甚至三维有限元分析。骨重建、复位和虚拟内固定有助于医生准确判断伤情、制定合理的手术方案、缩短手术时间很大程度上避免术中的误判和遗漏。有限元分析则进行虚拟状态下骨与接骨板的生物力学分析，从功能角度评价内固定的优劣，帮助选择、处理内固定接骨板，提高内固定失败的防范能力。数字化技术可反复操作的特性，能对设计方案进行反复的模拟、改动并多角度验证，从而达到设计最合理的、个性化的手术方案。近年来兴起的3D打印技术实现了虚拟手术向现实的迈进，为个体化接骨板制造提供便捷的途径。3D打印从产品设计到产品成型耗时短、材料少，是作为个性化产品快速生产的有效途径。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种个性化的碳陶复合材料接骨板的制备方法，有效解决传统接骨板形态和力学适配度低无法个性化定制的问题以及金属接骨板弹性模量与人骨不匹配导致骨修复受损的不足之处。本发明通过下述技术方案实现：

本发明一种个性化的碳陶复合材料接骨板；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、优选为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。

本发明一种个性化的碳陶复合材料接骨板；所述接骨板内短切碳纤维占接骨板总质量的15～26％。

本发明一种个性化的碳陶复合材料接骨板；氧化物陶瓷颗粒占接骨板总质量的3～5％。

本发明一种个性化的碳陶复合材料接骨板；SiC基体的质量占接骨板总质量的20～40％。