[发明专利]一种骨修复用多孔支架及其制备方法

说明书

本发明涉及医疗器械设计技术领域，公开了一种骨修复用多孔支架，包括若干结构单元，所述结构单元的外轮廓呈正四棱柱状，此正四棱柱的底面边长为a，高度为h，所述结构单元包括支撑梁柱、中心梁柱和连接杆，所述支撑梁柱分别设置于正四棱柱的四条侧棱处，所述中心梁柱设置于正四棱柱的中心，并与支撑梁柱平行等高，所述支撑梁柱与中心梁柱之间对应设置有连接杆，所述支撑梁柱和中心梁柱的截面半径均为R，若干结构单元阵列形成多孔支架。本发明还提供了一种骨修复用多孔支架的制备方法。本多孔支架具有孔隙率高、弹性模量低、承载能力高等优点。

技术领域

本发明涉及医疗器械设计技术领域，具体涉及一种骨修复用多孔支架及其制备方法。

背景技术

外伤或者疾病导致的大面积骨缺损修复方法中植入物修复是最有优势的一种修复手段。例如股骨粉碎性骨折，所需植入物需要低弹性模量匹配自体骨防止应力屏蔽，同时具有一定承载力防止植入物断裂。金属多孔植入体可以满足上述需求，且具有良好的生物相容性。

现有产品中，钛合金植入体具有绝对的优势，因为其优良的力学相容性和生物学相容性。钛合金弹性模量相对其他金属与自然骨组织更加接近，合金中无致病或者少致病元素。尽管如此，实心钛合金植入体的弹性模量依然高于自然骨，由此，多孔支架应运而生。多孔工程支架的设计可以提高植入体孔隙率，降低其弹性模量，增加血液运输通道，促进细胞粘附与增殖。多孔支架设计过程中需要平衡弹性模量与强度两者要求。一味的追求低弹性模量可能导致该植入体承载力不够，导致植入体断裂失效。而过度追求承载能力将导致工程支架弹性模量限制高于自然骨组织，从而出现应力屏蔽导致植入体早期失效。此外，合理结构设计可以降低多孔支架中的残余应力，减少残余应力导致的打印精度及应力集中等问题。因此，研发一种合理的单元结构对提高金属植入物的适用性，促进骨修复具有重要的科学意义和实用价值。

现有植入体中多孔支架单元多是具有立方体晶格结构或者正四面体类金刚石结构，单元结构在立方体顶点、体心、面心位置设置球形节点，并通过圆柱形连接杆相互连接。中国专利CN 107847327 A公开文本中所述结构为正四面体金刚石晶格结构，但是其结构相对复杂、棱长较长、强度较低，无法同时满足孔隙率与强度的双向需求。中国专利CN107174382 A公开文本中所述单元结构为体心立方晶格结构，专利中没有注明具体的强度数值，参照其设计方法，经试验对比，发现其强度仅为39.04MPa，远远低于自然骨组织抗压强度100-230MPa。中国专利CN108601662 A公开文本中所述多孔支架为非规则结构，尽管该结构与人体骨组织结构更为接近，但是设计过程相对复杂，耗时较长，不利于创伤性骨修复治疗中时间控制。上述结构单元支架力学性能在一定范围内可以与天然骨组织相匹配，实现促进骨生长的目的，但是较长的棱长导致整体结构强度较低，承载能力不足，从而限制骨细胞生长微环境，影响骨组织整合。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种低弹性模量、低残余应力、合适孔隙率和承载力的骨修复用多孔支架。本发明还提供了一种骨修复用多孔支架的制备方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种骨修复用多孔支架，包括若干结构单元，所述结构单元的外轮廓呈正四棱柱状，此正四棱柱的底面边长为a，侧棱高度为h，所述结构单元包括支撑梁柱、中心梁柱和连接杆，所述支撑梁柱分别设置于正四棱柱的四条侧棱处，所述中心梁柱设置于正四棱柱的中心，并与支撑梁柱平行等高，所述支撑梁柱与中心梁柱之间对应设置有连接杆，所述支撑梁柱和中心梁柱的截面半径均为R，其中，R≥0.5mm；若干所述结构单元阵列形成多孔支架，其中，处于同一层的结构单元之间的支撑梁柱相互连接，处于同一列的结构单元的中心梁柱之间相互连接，支撑梁柱之间也相互连接。所述支撑梁柱呈四分之一圆柱状，所述支撑梁柱两直角面之间的交线为正四棱柱的侧棱，所述支撑梁柱的曲面朝向中心梁柱。

进一步地，所述连接杆的截面呈圆形，此圆形的半径为r1，其中，所述连接杆呈四分之一圆环状，此圆环的半径为r2，其中，