[发明专利]一种微点阵结构的应用

说明书

一种微点阵结构的应用，它涉及仿生生物材料设计与应用技术领域，具体涉及一种微点阵结构的应用。本发明的目的是要解决现有颅骨修复材料骨诱导与骨整合性能差，结构刚度弱、与真实颅骨内部孔隙率及孔洞分布的匹配度较差和价格昂贵的问题。一种微点阵结构作为颅骨修复材料使用。本发明提出的微点阵颅骨修复材料具有力学性能可调控，从而实现与真实颅骨力学性能的良好匹配。本发明具有十分重要的科学意义与实际价值。

技术领域

本发明涉及仿生生物材料设计与应用技术领域，具体涉及一种微点阵结构的应用。

背景技术

颅骨是一种典型的轻量化多孔结构，作为人脑的外部保护，对于维持生命安全至关重要。据统计，在人体各处损伤中，颅脑损伤发生的概率为10％-20％，诸多领域对颅骨仿生替代/修复材料的设计与应用提出了迫切的需求。现有颅骨修复材料多以刚度较弱的二维钛合金网状材料为主，使得其在受到外部冲击时容易发生较大变形且一般无法自主修复。同时，二维钛合金网状材料是覆盖式修复，长期使用容易产生头皮磨损外露等问题。目前，聚醚醚酮材料(PEEK)被认为是最理想的颅骨修复材料。然而，PEEK材料的生物惰性使其不具备良好的骨诱导与骨整合性能，同时存在结构刚度较弱、与真实颅骨内部孔隙率及孔洞分布的匹配度较差和价格昂贵等问题。

发明内容

本发明的目的是要解决现有颅骨修复材料骨诱导与骨整合性能差，结构刚度弱、与真实颅骨内部孔隙率及孔洞分布的匹配度较差和价格昂贵的问题，而提供一种微点阵结构的应用。

一种微点阵结构作为颅骨修复材料使用。

一种微点阵结构作为颅骨修复材料使用，具体是按以下步骤完成的：

一、选择点阵单胞拓扑构型，根据颅骨的强度、模量、真实颅骨的厚度、颅骨厚度方向上单胞数量、适合诱导新骨长入的孔隙值和颅骨修复材料整体的孔隙率进行逆向求解，再采用micro-CT扫描技术获得颅骨缺损部位的曲率和周边几何尺寸，最后以钛合金粉末为原料，采用选区激光熔化技术打印出与颅骨缺损部位具有相同几何特征的微点阵结构颅骨修复材料。

本发明的原理：

基于本发明的结构设计原则和选择生物相容性材料(钛合金)作为母材，保证了将该颅骨修复材料植入人体后，诱导患者的新骨生成，使颅骨缺损部位逐渐愈合且无免疫排斥反应。本发明，将以Kagome单胞拓扑构型为例，设计基于Kagome的微点阵颅骨修复材料；此外，基于Kagome单胞拓扑构型的微点阵颅骨修复材料可以通过在厚度方向添加增强杆、引入梯度设计(包括正梯度、负梯度、零梯度、变梯度等梯度形式)等手段，可以有效调节其力学性能(包括强度和模量等)，使设计的微点阵颅骨修复材料力学性能与真实颅骨更加匹配；对于不同单胞拓扑构型的点阵结构力学性能存在较大差异，这些都充分体现了点阵结构可设计性强的特点，进而可以很好地与颅骨力学性能(强度50MPa～250MPa，模量3～20GPa)相匹配。

与现有颅骨修复材料相比，本发明的技术效果是：

1、本发明，将微点阵结构作为颅骨修复材料进行个性化设计新型颅骨修复材料；该颅骨修复材料为多孔材料，使其在结构上与真实颅骨孔隙率与内部孔洞分布特征相匹配，易于诱导新骨长入；

2、本发明提出的微点阵颅骨修复材料具有力学性能可调控，从而实现与真实颅骨力学性能的良好匹配；

3、本发明基于颅骨内部的多孔形貌特征，结合轻质点阵结构高比强度/高比刚度、可设计性强的优势，设计并制备一种与真实颅骨内部孔洞分布和力学性能相匹配的颅骨修复材料，实现其与真实颅骨结构孔隙率、生物相容性、表面生物活性与力学性能较匹配的个性化定制，确保其在人体内部能够长期使用并具备良好的骨诱导能力，更好地服务于临床颅骨修复，具有十分重要的科学意义与实际价值。

附图说明

图1为Kagome单胞拓扑构型，图中

图2为基于Kagome单胞拓扑构型的微点阵颅骨修复材料；