[发明专利]一种高生物活性的碳纤维/碳复合材料C形人工气管支架及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高生物活性的碳纤维/碳复合材料C形人工气管支架及其制备方法，C形人工气管支架由单个C形气管支架单元构成，或者由两个以上C形气管支架单元并排组合构成或组装成连续的侧壁带有轴向缺口的镂空管状结构；C形气管支架单元的主体为U形或梨形的空芯带状结构，空芯内部填充生物活性材料。该气管支架具有良好的生物相容性和力学性能，表层硬度高，摩擦系数小，而内部具有联通的空隙便于血供，且与软骨具有相类似的弹性模量，与气管端口的生物力学性能吻合度高，特别是其类似于气管软骨环结构，通过C形开口，在呼吸过程可收可张，满足生理学功能。

技术领域

本发明涉及一种人工气管支架，特别涉及一种由碳纤维/碳复合材料构成的C形人工气管支架，属于生物结构修复技术领域。

背景技术

临床上因肿瘤、外伤等导致较长气管的切除，采用人工材料进行重建已成为必然趋势。但是，由于气管组织环境的复杂性对替代物要求较多，对人工气管材料提出了诸多挑战，如移植于体内无法与机体达到生物学融合固定，其端口连接不当而伴发脱落、泄漏的风险大，与周边组织的排异反应导致严重的狭窄、梗塞等，在呼吸过程中的气管扩张与收缩功能复原等。

现有技术中，中国专利(CN 100428919 C)公开了一种人工气管，以聚四氟乙烯多孔气管假体作为气管主体，结合钛环实现端部连接。其无生物活性，且钛环与自体骨存在较大的弹性模量差异，将导致自体组织的萎缩而导致吻合口裂开。中国专利(CN 105056302B)公开了一种人工气管，其采用的是3D打印制成镂空管状的定型结构，也面临着端部固定的问题，同时也无法实现呼吸过程中的气管扩张与收缩。中国专利(CN 105055060 B)公开了一种采用聚己内酯(PCL)为C形环的气管支架。其存在PCL降解后气管的管状结构消失后减弱而带来的继续狭窄或失效。类似以上文献都倾向于在表面提升生物活性，如中国专利(CN 110237298 A)公开了一种碳/碳复合材料的生物功能改性方和(CN108546156 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。其生物活性有限。而从支架整体结构上设计，促进组织内生成可长期支撑的有机整体人工气管支架未见报道。

发明内容

针对现有技术中的人工气管支架存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种高生物活性的碳纤维/碳复合材料C形人工气管支架，该气管支架由碳纤维/碳复合材料构成，具有良好的生物相容性和力学性能，表层硬度高，摩擦系数小，不易破损，可阻断碳基颗粒的脱落，避免黑肤效应，内部填充有生物活性，具有较好的生物相容性，且内部联通的空隙便于血供，且与软骨具有相类似的弹性模量，在与气管端口对接时，生物力学性能吻合度高，可实现生物学固定，特别是其类似于气管软骨环结构，通过C形开口，在呼吸过程可收可张，满足生理学功能。

本发明的第二个目的是在于提供一种高生物活性的碳纤维/碳复合材料C形人工气管支架的制备方法，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，本发明提供了一种高生物活性的碳纤维/碳复合材料C形人工气管支架，其由单个C形气管支架单元构成，或者由两个以上C形气管支架单元按照C形气管支架单元的中心轴线并排组合形成侧壁带有轴向缺口的镂空管状结构，或者由多个C形气管支架单元通过C形气管支架单元的两端按照Z形或V形顺次连接组装形成连续的侧壁带有轴向缺口的镂空管状结构；所述C形气管支架单元的主体为U形或梨形的空芯带状结构，空芯带状结构的空芯内腔填充生物活性材料；所述C形气管支架单元空芯带状结构由碳纤维/碳复合材料基体及其表面的碳涂层构成。

作为一个优选的方案，所述空芯带状结构的壁厚为0.1mm～0.5mm，宽度为5mm～10mm，表面设有孔径大小为0.5mm～2.0mm固定孔。空芯带状结构的厚度设计接近于气管壁厚，这是行业内熟知的，而宽度设计有利于根据实际需要组装成实际长度，壁厚的设计根据其内部填充的生物活性材料确定。所述空芯带状结构表面设有固定孔，固定孔有利于人工气管支架在实际应用过程中的固定。