[发明专利]一种碳纤维复合材料人工骨及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维复合材料人工骨及其制备方法，人工骨包括碳纤维复合材料弹簧状骨架，或者包括碳纤维复合材料弹簧状骨架和碳纤维复合材料销片；所述碳纤维复合材料销片通过插入式设置在弹簧状骨架空腔一端或两端，或者贯穿设置在碳纤维复合材料弹簧状骨架空腔内。其制备方法是以碳纤维为原材料，通过编织工艺制备弹簧状碳纤维预制体，再通过增密、高温纯化处理及制备耐磨涂层，即得碳纤维复合材料弹簧状骨架；碳纤维复合材料弹簧状骨架与碳纤维复合材料销片组合，即得人工骨；该人工骨具有质轻、生物相容性好、力学性能好等特点，特别具有高弹性形变及良好韧性，可实现软骨部分功能及弯曲造型，实用性强。

技术领域

本发明涉及一种人工骨，具体涉及一种碳纤维复合材料人工骨及利用碳纤维编织技术和仿形技术制备碳纤维复合材料人工骨的方法，属于生物医用材料领域。

背景技术

创伤、肿瘤、感染以及发育异常引起的骨缺损一直是个困扰医学科学家的难题。人工骨骨移植是现在治疗临床骨缺损的常用手段。目前，在骨科领域临床使用的人工骨骼生物材料主要有金属材料、陶瓷、高分子材料，这方面的文献报道也比较多。如日本在中国申请的专利(申请号CN02807099.2)公开了一种由β-磷酸钙形成的多孔陶瓷人工骨骼材料，其可以通过植入骨髓细胞，具有较好的相容性。中国专利(申请号CN201510928718.1)公开了一种具有蜂窝网格状的多孔人工骨及其制备方法，主要由PLGA和MgSr-TCP等原料采用现有的3D打印法制备MgSr-TCP蜂窝网格框架，再将PLGA的浆料和纳米级氯化钠颗粒混合震荡，灌注入蜂窝网格框架中，冷冻干燥，烘干，得到人工骨，该人工骨的硬度、韧性较佳，生物力学好，且可设计不同形状的框架，满足个体化需求，更加灵活与智能化。中国专利(申请号CN200810227420.8)公开了一种医用金属人工骨小梁的制备，其主要是通过电子束熔融成型设备来使钛合金粉末高温熔融，制成金属人工骨小梁，其力学和生物学特征类似人骨，表面摩擦系数高、结构稳定，应用范围广泛，适用于人体骨骼系统中各种骨缺损、骨填充、骨支撑、骨再造及骨整形的代用骨。目前报道的所有人工骨植入物，均有自己的优点，但也存在一些明显的缺点。如金属材料存在易电解、易磨损、易疲劳、易松动、易腐蚀、骨质吸收、医学影像有伪影等不足；高分子材料存在着老化、抗蠕变性能差、毒性反应、血栓形成等不足，而生物陶瓷材料存在着无塑性、质脆、易折断等缺点。

碳材料具有很好的生物相容性，其中碳纤维、热解碳、碳纳米管及其复合物等在心脏瓣膜、骨骼、肌腱、生长支架、肿瘤药物、生物传感器等方面得到应用。特别是由碳材料为基体、碳纤维及其织物等为增强体的碳/碳复合材料具有质量轻、生物相容性好、化学稳定性好、力学性能与人体骨相近、抗疲劳性好、可设计性强等特点，视为现有的人工骨的理想替换材料，受到研发者们的追棒。目前，已有较多的碳材料用于人工骨。如中国专利(CN201110324420.1)公开了中间层结构采用高强度碳纤维，为加强硬度和韧性，碳纤维用酚醛树脂预浸成为复合增强材料；碳纤维外层采用气相沉降法在碳纤维表面形成碳化硅层，环氧树脂沿碳纤维拉伸方向粘贴在碳化硅外层上形成环氧树脂层，环氧树脂层外层等离子喷涂HA形成HA层，HA层外层设有OPG蛋白层，该人工骨具有强度高、硬度好、韧性好、耐腐蚀、承载力高、组织相容性好、结实耐用、塑形性好等特点。中国专利(CN201210261732.7)公开了一种个性化碳-碳复合材料人工骨的制备方法，选择碳纤维增强碳基体作为原料，通过CT图像的采集进行人工骨轮廓，将采集的人工骨轮廓转换成非均匀有理B样条曲面的方法对碳纤维增强碳基体进行处理，形成碳/碳复合材料人工骨结构，再在真空辉光放电室中通入氩气进行对碳/碳复合材料人工骨表面进行等离子预处理后，在其表面喷涂羟基磷灰石涂层，制备出个性化碳/碳复合材料人工骨。这些碳/碳复合材料虽然具有质量轻、生物相容性好、化学稳定性好、力学性能与人体骨相近等特点，但是不能实现弹性变形，无法实现软骨的部分功能和弯曲造型等功能，限制了其应用范围。

发明内容

针对现有的碳/碳复合材料制备的人工骨存在的缺陷，本发明的一个目的是在于提供一种质轻、生物相容性好、力学性能好、医学影像无伪影，特别具有高弹性形变及良好韧性，可实现软骨部分功能及弯曲造型的碳纤维复合材料人工骨。