[发明专利]具有混合曲面结构单元的植入体结构及制备方法

说明书

本发明提供了一种具有混合曲面结构单元的植入体结构及制备方法，该植入体结构包括多个第一曲面结构单元和多个第二曲面结构单元，所述多个第一曲面结构单元阵列形成第一支架结构，所述多个第二曲面结构单元阵列形成第二支架结构，并且所述第一支架结构和第二支架结构通过S型函数过渡连接形成所述植入体结构；所述第一曲面结构单元和所述第二曲面结构单元分别由隐函数表达式控制，并且所述第一曲面结构单元和所述第二曲面结构单元的结构不同，所述第一支架结构的孔隙率大于所述第二支架结构的孔隙率。该植入体结构具备良好的力学性能和生物学性能，并且两个曲面结构单元可通过数学函数进行精确控制，实现设计及成形的准确性。

技术领域

本发明涉及生物医用植入材料技术领域，具体涉及一种具有混合曲面结构单元的植入体结构及制备方法。

背景技术

在临床中，修复大面积骨缺损的重要方法之一是人工假体置换手术。其中多孔结构被广泛应用，然而现有的植入体结构多为传统的单一杆状结构单元，而人的自然骨组织的结构和性能具有随空间位置不同的梯度分布，因此这类支架在力学性能和生物相容性方面都无法达到匹配。一方面，杆基点阵结构由于其存在明显的节点，在此处易产生局部应力集中，因此无法高效传递载荷，并易在循环应力的作用下失效；另一方面，杆基点阵的比表面积较低，而这不利于细胞在支架上的附着和增殖。总体来看，目前的单一点阵结构无法同时满足力学性能和生物形容性能的要求。

另外，传统的粉末烧结和铸造方法在制备植入体结构时工艺复杂、生产周期长且制备精度低，因此难以得到具有理想性能的植入体结构。

因此，获得一种具有混合曲面结构的植入体结构是骨置换术中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有混合曲面结构单元的植入体结构及制备方法，该植入体结构采用由两个结构不同的曲面结构单元阵列形成的两个支架结构组合而成，具备良好的力学性能和生物学性能，充分发挥两个曲面结构各自的优势，即其中一个曲面结构单元具有高强度，可以模仿相对致密的密质骨提供足够的力学支撑，另一个曲面结构单元具有高渗透率，可模仿相对疏松的松质骨促进体内物质运输，并且两个曲面结构单元可通过数学函数进行精确控制，实现设计及成形的准确性，以解决现有技术中植入体结构的组成结构单元单一且性能与人体骨组织的性能差距较大的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种具有混合曲面结构单元的植入体结构。

该具有混合曲面结构单元的植入体结构包括多个第一曲面结构单元和多个第二曲面结构单元，所述多个第一曲面结构单元阵列形成第一支架结构，所述多个第二曲面结构单元阵列形成第二支架结构，并且所述第一支架结构和第二支架结构通过S型函数过渡连接形成所述植入体结构；

所述第一曲面结构单元和所述第二曲面结构单元分别由隐函数表达式控制，并且所述第一曲面结构单元和所述第二曲面结构单元的结构不同，所述第一支架结构的孔隙率大于所述第二支架结构的孔隙率。

进一步的，所述第一曲面结构单元为Diamond曲面结构，所述Diamond曲面结构的隐函数表达式为：

其中，a、b、c为结构单元在x、y、z方向的长度；t₁为控制结构单元孔隙率的常数。

进一步的，所述第二曲面结构单元为I-WP曲面结构，所述I-WP曲面结构的隐函数表达式为：

其中，a、b、c为结构单元在x、y、z方向的长度；t₂为控制结构单元孔隙率的常数。

进一步的，所述Diamond曲面结构和I-WP曲面结构在x、y、z方向的长度a、b、c均为0.5～2mm；所述常数t₁为0.0833～0.75，所述常数t₂为0.3846～3.4615。