[发明专利]一种仿形人工骨及其制备方法

说明书

本发明公开了一种仿形人工骨及其制备方法。仿形人工骨具有弧形管状结构，管状结构内部填充生物活性材料。仿形人工骨的制备方法是将碳纤维编织或针织成管状结构，在管状结构内部填充热塑性高分子材料颗粒并利用模具辅助温压成型，再将热塑性高分子材料取出，并增密碳基体，最后在管状结构内部填充生物活性材料。该仿形人工骨内部仿生低密度松质骨，具有较好的生物相容性，且内部联通的空隙便于血供，而管状结构仿生皮质层，表现出优异的力学性能，且管壁存在大量的空隙有利于自体组织附着，特别适用于肋骨、指骨修复。

技术领域

本发明涉及一种仿形人工骨，具体涉及一种形貌和功能均实现仿生的仿形人工骨及其制备方法，属于生物材料技术领域。

背景技术

临床上，人工骨植入是因创伤、肿瘤、感染以及发育异常引起的骨缺损导致解剖学上重建临床治疗的有效手段。目前，作为人工骨植入材料主要有金属、陶瓷、高分子材料，其主要存在以下问题：金属存在易磨损、易疲劳、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，而陶瓷材料存在着无塑性、质脆、易折断等缺点。

近年来，具有优异力学性能的复合材料的得到了快速发展，为人工骨材料的无机非金属化提供了有利契机。其中碳基材料具有良好的生物相容性，如无医学影像伪影、不释放有毒物质，纤维增强表现出与人体自生骨匹配的生物力学性能等优点。如中国专利(CN110237298 A)公开了一种碳/碳复合材料的生物功能改性方和中国专利(CN 108546156 A)公开了碳化硅与羟基磷灰石梯度涂层改性的碳/碳复合材料及制备方法，都倾向于材料表面的改性。

事实上，人体原生骨外层为致密的皮质层，中心为低密度的松质骨，作为人工骨不仅应具有形态仿生，而且也需达到宏观结构上的功能仿生，外层提供力学结构，内层提供组织功能。人体骨骼不仅需要维持自身支撑结构所需的力学要求，也面临的外界的动态因素影响，比如外力冲击。有研究表明，自体骨的冲击韧性约为8J/cm²，因此，非金属仿生人工骨的设计必须符合自体骨的要求。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种在形态和功能上均实现仿生的仿形人工骨，管状结构内部为孔隙率较高、密度低的生物活性材料仿生低密度松质骨，具有较好的生物相容性，且内部联通的空隙便于血供，而管状结构由力学性能优良，且孔隙率较高的碳纤维/碳复合材料仿生皮质层，表现出优异的力学性能，且管壁存在大量的空隙有利于自体组织附着，特别适用于肋骨、指骨修复。

本发明的第二个目的是在于提供一种仿形人工骨的制备方法，该方法操作简单、成本低、有利于大规模生产。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种仿形人工骨，其具有弧形管状结构，管状结构内部填充生物活性材料；所述管状结构由碳纤维/碳复合材料构成。

本发明的仿形人工骨在外形上具有与原生骨接近的形貌，而在结构上，为内部填充活性物质的管状结构，管状结构的内部为孔隙率较高、密度低的生物活性材料仿生低密度松质骨，具有较好的生物相容性，且内部联通的空隙便于血供，而管状结构由力学性能优良，且孔隙率较高的碳纤维/碳复合材料仿生皮质层，表现出优异的力学性能，且管壁存在大量的孔隙有利于自体组织附着。

作为一个优选的方案，所述生物活性材料包括生物陶瓷粉末和可生物降解聚合物粉末。生物陶瓷粉末与可生物降解聚合物混合仿生松质骨，可生物降解聚合物在生理环境中缓慢降解，从而生物陶瓷粉末疏松堆积形成高孔隙率、低密度的仿生松质骨。

作为一个较优选的方案，所述生物陶瓷粉末为羟基磷灰石、β-磷酸三钙、硅酸钙、生物玻璃中至少一种。生物陶瓷粉末的粒径为20μm～100μm。

作为一个优选的方案，所述可生物降解聚合物粉末为聚己内酯、聚氨酯、聚乙醇酸、聚乳酸中至少一种。可生物降解聚合物粉末的粒径为10μm～80μm