[发明专利]基于Primitive和Diamond曲面结构单元的多孔梯度支架及制备方法

说明书

本发明提供了一种基于Primitive和Diamond曲面结构单元的多孔梯度支架及制备方法，该多孔梯度支架包括内层支架结构和外层支架结构，所述内层支架结构由多个Diamond曲面结构单元沿长、宽、高三个维度阵列形成，所述外层支架结构由多个Primitive曲面结构单元沿长、宽、高三个维度阵列形成；所述外层支架结构设置在所述内层支架结构的外侧，并且所述多孔梯度支架的孔隙率由所述内层支架结构向所述外层支架结构呈梯度变化。该具有混合点阵的多孔梯度支架具备良好力学和生物相容性。

技术领域

本发明涉及生物医用植入材料技术领域，具体涉及一种基于Primitive和Diamond曲面结构单元的多孔梯度支架及制备方法。

背景技术

日常生活中，由于老龄化、运动创伤、疾病等原因，常会导致人体骨骼的大面积缺损，严重降低人们的生活质量，人工假体置换手术是治疗大面积骨缺损的重要方法。然而，目前研发的多孔假体支架多为传统直杆基单一点阵结构的支架，这类支架在力学和生物相容性上无法与人体很好的匹配。一方面，直杆基点阵结构在杆间的节点位置处易产生应力集中，在循环应力的作用下提前失效，且直杆基点阵结构的比表面积相对较小，不利于细胞的粘附、增殖和分化以及体液和代谢废物的运输；另一方面，单一点阵结构无法兼具高强度、高孔隙率以及高渗透率，力学和生物相容性较差，无法满足临床植入的需求。

三周期极小曲面(TPMS)结构与自然骨的表面形态十分相似，其平滑过渡的曲面结构可避免传统直杆基点阵结构在杆间节点位置处存在的应力集中问题，以及低的比表面积和低的渗透率，对细胞粘附、增殖和分化以及体液运输造成的不利影响；且参数化控制的孔隙结构多变可控。但单一TPMS曲面基点阵结构支架仍无法满足人工假体所需的力学和生物性能。

此外，目前制备多孔梯度结构的传统方法有：粉末烧结法、铸造法、造孔剂法等。这些传统制备方法工艺复杂、制备周期长且无法精确控制孔的大小、形状及分布，因而无法得到具有目标性能的支架结构。

因此，获得一种基于TPMS结构的混合点阵多孔梯度结构植入体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基于Primitive和Diamond曲面结构单元的多孔梯度支架及制备方法，该具有混合点阵的多孔梯度支架采用内层支架结构和外层支架结构组合形成，具备良好力学和生物相容性，充分发挥Primitive和 Diamond曲面结构单元各自的优势，即Primitive曲面结构单元具有高强度，可以代替密质骨提供支撑强度，Diamond曲面结构单元具有高渗透率，可代替松质骨促进物质运输，并且结构单元的结构基于隐函数表达式，提高了设计及成形的准确性，以解决现有技术中仿生支架结构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，提供了一种基于Primitive和Diamond曲面结构单元的多孔梯度支架。

该基于Primitive和Diamond曲面结构单元的多孔梯度支架包括内层支架结构和外层支架结构，其中：

所述内层支架结构由多个Diamond曲面结构单元沿长、宽、高三个维度阵列形成；

所述外层支架结构由多个Primitive曲面结构单元沿长、宽、高三个维度阵列形成；

所述外层支架结构设置在所述内层支架结构的外侧，并且所述多孔梯度支架的孔隙率由所述内层支架结构向所述外层支架结构呈梯度变化。

进一步的，所述Diamond曲面结构单元的隐函数表达式为：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Primitive曲面结构单元的隐函数表达式为：

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。