[发明专利]一种碳纤维复合材料仿形人工骨的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维复合材料仿形人工骨的制备方法，该方法是将碳纤维束或碳纤维绳浸渍树脂后，编织成条状织物；或者，将碳纤维束或碳纤维绳与高分子纤维混合编织成混编条状织物；或者，将碳纤维束或碳纤维绳浸渍树脂后，与高分子纤维混合编织成条状织物；将条状织物或混编条状织物利用模具辅助固化成型后，负压热分解处理脱除树脂或高分子，再通过化学气相沉积和/或浸渍‑裂解增密基体碳和/或碳化硅，最后制备PyC涂层和/或DLC涂层，即得生物相容性好，力学性能优异，且内部具有连续的通孔，有利于自体组织穿透性内生的碳纤维复合材料仿形人工骨，该方法操作简单，成本低，有利于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种人工骨，特别涉及一种碳纤维复合材料仿形人工骨，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，纤维增强表现出与原生骨匹配的生物力学性能等优点。中国专利(CN 108577957A)公开了一种碳/碳-碳化硅复合材料接骨板，其包括由0°无纺布、碳纤维网胎和90°无纺布依次交替叠层形成的碳/碳复合材料基材，表面包覆有热解碳和碳化硅涂层。其内纤维增强体并不连续，韧性较差，而且会因加工损伤增强体导致接骨板力学性能减低。

为了实现解剖学上的重建，中国专利(CN 108171798 A)公开了依据医学影像数据模型采用选区激光熔化3D打印制备个性化碳陶复合材料接骨板，所用短切碳纤维以均匀分布或非均匀分布的方式分布于结构内且表面包覆有树脂碳。但是其增强体为短碳纤维、力学性能欠佳，有存在脆性断裂的风险。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种生物相容性好，力学性能优异，且内部具有连续的通孔，有利于自体组织穿透性内生的碳纤维复合材料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，本发明提供了一种碳纤维复合材料仿形人工骨的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)将碳纤维束或碳纤维绳浸渍树脂后，编织成条状织物；或者，将碳纤维束或碳纤维绳与高分子纤维混合编织成混编条状织物I；或者，将碳纤维束或碳纤维绳浸渍树脂后，与高分子纤维混合编织成混编条状织物II；

2)将条状织物、混编条状织物I或混编条状织物II利用模具辅助固化成型，得到仿形人工骨预制体；

3)将仿形人工骨预制体进行热分解处理，得到多孔仿形人工骨预制体；

4)所述多孔仿形人工骨预制体通过化学气相沉积和/或浸渍-裂解增密基体碳和/或碳化硅，得到仿形人工骨坯体；

5)在仿形人工骨坯体表面制备PyC涂层和/或DLC涂层，即得。

本发明的技术方案的关键是在于采用了树脂来浸渍碳纤维或采用高分子纤维与碳纤维进行混编，树脂或高分子纤维起到两方面重要的作用，一方面，起到辅助塑性的作用，利用树脂的交联固化或者高分子纤维的热塑性，在固化成型过程中能够将碳纤维织物固化定型，从而可以实现仿形，另一方面，这些树脂和高分子纤维可以在后续的快速升温热解过程中挥发，残留较低，可以留下大量贯穿的孔洞，有利于自体组织穿透性内生。