[发明专利]熔融沉积3D打印制备的聚醚醚酮变模量人工骨骼替代物及制备方法

说明书

本发明公开一种熔融沉积3D打印制备的聚醚醚酮变模量人工骨骼替代物及制备方法，是以熔融沉积成型技术为加工方法，以聚醚醚酮及其衍生物为原材料制备的用于骨移植手术的变模量人工骨骼替代物；该发明根据假体实际所处的生物力学环境以及几何特征，合理设计假体的模量梯度结构，以使假体与自体骨模量更加匹配，将应力更有效的传递给人体骨组织，减少应力遮蔽以提高假体植入物的生物相容性；变模量人工骨骼替代物采用熔融沉积3D打印技术一体成型，实现不同模量部分自然过渡和衔接，具有良好的生物力学性能，能有效避免假体的应力屏蔽效应，更加符合人体骨骼力学环境和功能要求。

技术领域

本发明属于医疗技术领域，涉及一种人工假体，更具体地，涉及一种熔融沉积3D打印制备的聚醚醚酮变模量人工骨骼替代物及制备方法。

背景技术

人工骨骼替代物广泛应用于人体的骨移植手术中。为了保证骨替代物具有足够的强度，目前用于骨移植的骨替代物以金属为主。但是金属材料的刚度远大于人体骨骼，植入人体以后会出现明显的应力遮挡效应，造成骨质萎缩，进而引发骨替代物的远期松动。因此，要避免应力屏蔽带来的问题，植入人体的人工骨骼替代物应该具有与人体自然骨骼近似的强度和材料力学性能。

金属多孔结构可以有效地降低替代骨的模量，并且内部的多孔结构可以促进周围骨组织长入，形成稳固的生物固定，进而可以有效避免骨替代物的远期松动问题。但是利用多孔结构降低金属假体的模量是具有一定极限的，只能使金属假体的模量降低至接近人体皮质骨，相比人体大部分骨骼的模量还是较高。而且利用孔隙降低模量的同时，由于孔隙率的提高，假体的疲劳强度也会显著降低，往往导致金属多孔假体的失效。另外，使用选择性激光熔化成型(SLM)技术制备的多孔结构假体内部或表面都会不可避免的存在残留粉末，这些粉末的存在会导致假体的疲劳强度显著降低，将严重影响假体的使用寿命，增加假体翻修的风险。金属材料长期安置在人体中不可避免的会因腐蚀释放出金属离子，过量的金属离子会对人体组织产生一定的影响。

人体不同部位的骨骼因其受力环境和功能形态不同，其材料性能例如杨氏模量和弯曲模量等各异，比如人体肋骨，由于人体的呼吸运动，胸腔需要来回地扩张和收缩，这就需要肋骨有一定的刚度来抵抗变形，但是刚度过高又会阻碍人体的正常呼吸运动。盆骨在人体的坐立姿势下会承担较大的力，而且盆骨上存在很多肌肉附着点，承担着很多肌肉力，这就需要盆骨具有足够的强度以承担应力。而且单个骨骼的不同部位的模量也是变化而非均一的，比如人体的胫骨外缘皮质骨模量较高，而内腔松质骨的模量偏低，应力主要由皮质骨承担。可见人体骨骼的模量是非均一的，而人工骨骼替代物植入人体后具有与原人体骨骼相同的力学环境，也需要具有原人体骨骼相同的功能要求，才能更好的与人体组织匹配。目前用于骨移植手术的人工骨骼替代物大多是均一模量，理想的人工骨骼替代物应是真正仿生自然人体骨骼模量变化特征的多模量梯度渐变替代物。

聚醚醚酮(PEEK)具有与人体骨骼接近的模量，而且具有很好的生物相容性以及耐腐蚀、耐微动磨损性能，但是现今还尚未提出以 PEEK为原材料使用熔融沉积成型(FDM)技术制备用于骨移植的模量梯度渐变生物假体。

发明内容

针对上述对人体骨骼替代物的要求，本发明的目的是提供一种熔融沉积3D打印制备的聚醚醚酮变模量人工骨骼替代物及制备方法，解决了现有技术存在的问题。

本发明提出使用聚醚醚酮PEEK及其衍生物材料，利用熔融沉积成型(FDM)3D打印技术制备用于骨移植的变模量人体骨骼替代物。 PEEK材料的弹性模量为3Gpa左右，相比常用于假体制造的金属材料的弹性模量(多为200Gpa左右)十分接近人体骨骼的弹性模量。利用PEEK制备的假体与自体骨模量更加匹配，应力可以更有效的传递给人体骨组织，从而减少应力遮蔽以提高假体植入物的生物相容性，防止假体的远期松动问题；PEEK不仅具有良好的生物相容性，而且具有良好的耐腐蚀性，植入人体后几乎不会产生对人体组织有害的粒子，减少了对周围组织的毒性；在假体的制备过程中，可以依据不同部位的骨骼和骨骼不同截面的应力分布，控制打印参数(比如控制底板温度、喷头温度以获得材料不同结晶度)实现多模量梯度渐变人工骨骼替代物的打印。