[实用新型]一种基于曲面3D打印的多层仿生关节

说明书

本实用新型公开了一种基于曲面3D打印的仿生骨关节。多层仿生关节按照内层、中间层以及外层的顺序紧密接触而成，内层为多孔钽金属支架，中间层为实心生物陶瓷支架，外层为实心明胶/海藻酸钠复合水凝胶支架，内层、中间层以及外层均呈弧形壳体结构，形壳体的弧度为120‑240°，在所述外层表面形成有由从所述外层表面向外侧突出形成的连续或不连续的棱和所述棱之间形成的凹槽来构成的细胞装载腔。本实用新型的多层仿生关节，弧面弧度大，适用于大面积骨软骨联合缺损的修复，修复面积可以大于整个关节面积的1/2。细胞装载腔中接入细胞而提高细胞的附着率，克服了仿生关节外层表面光滑而接入的细胞不易附着的问题。

技术领域

本实用新型涉及医用骨软骨修复技术领域，特别是涉及一种基于曲面3D打印的仿生骨关节。

背景技术

骨软骨联合病变是骨科常见疾患，治疗缺乏有效手段。骨软骨缺损的临床修复的主要使用方法包括清创术，骨髓刺激，骨软骨移植以及关节置换。对于小面积损伤，骨软骨移植是目前临床上主要的治疗方法，但是存在取材量的限制、供区损伤、移植物与关节面的匹配困难等问题；对于大面积骨软骨联合缺损，临床上最常用的方法是关节置换。但人工关节假体存在感染、松动、下沉等并发症。临床上针对关节病变往往只能单纯修复缺损骨，而对于软骨等的缺损尤其在缺损较大较深时几乎不能修复。

自体关节表面向骨骼深部，依次分为三层，即透明软骨层、致密的钙化层和软骨下骨层。每一层具有不同的复杂结构以及性质。软骨下骨组织通过其血液循环进行营养物质供给及氧供，提供组织新陈代谢所需；丰富的血供及氧供使得骨组织具有一定的自我修复能力。而软骨组织的微环境中缺乏氧供、血供，主要通过关节腔内的关节液供给营养，故而软骨组织修复再生能力较之于骨组织较弱。在软骨下骨组织与软骨组织之间，存在致密钙化层结构，将二者连接起来，同时形成一道屏障，阻止髓腔内液体进入关节腔内，从而使软骨及软骨下骨的微环境保持稳定。理想的组织工程支架应该同时高度模拟这三层的体内结构，并且考虑到各层之间结合力强度，材料降解时长与体内组织新生的速度匹配，材料生物相容性等问题。

为此，CN108201634A研究者尝试采用泡沫浸浆法制备的多孔钽、多孔盐和多孔高分子来制备三层复合材料。但泡沫浸浆法难以对制备的多孔金属的孔径均一度精准调控；且其不同层多孔钽金属之间还需要再次用电阻焊进行连接；同时浸浆法难以满足较高的开孔率；其上面的多孔盐和高分子也无法均匀制备出关节部位所需要的曲面效果。而众所周知，曲面越大可以修复的关节部位就越大。CN107485731A借助3D一体化打印技术制备关节软骨修复的一体化三层复合支架，其钙化软骨下骨板层和松质骨层均为生物陶瓷颗粒与海藻酸钠复合水凝胶多孔层。但该产品的脆性高，难以满足临床对骨层的力学需求。CN105287057A采用掺杂碳纳米管的聚乙烯醇水凝、浸渍聚乙烯醇水凝胶的细菌纤维素等材料制备了一种人工股骨头。上述组成成分进入临床试验和获得临床许可具有难度，长期随访疗效也无报道。CN105105875A设计了一种具有内生长功能的仿生人工髋关节，但其关节表面包角仅为60-120°，不能满足大面积骨软骨联合损伤时对于关节的修复。同时该仿生关节的中间层采用的是为纤维蛋白胶或生物胶，该产品主要应用在软组织粘合，其将下层金属和上层高分子材料进行一体化结合所能提供的结合强度不足，容易产生层间分离的状况。而且生物胶由于成分的限制，并不能很好的模拟体内的钙化层，难以实现对软骨微环境和成骨微环境的有效隔离。

实用新型内容

本实用新型针对大面积骨软骨联合缺损在修复过程中的不足，提供一种能够个性化定制的仿生关节，为通过3D打印制作而成的具有多层结构的仿生关节，可作为大面积骨软骨缺损部位的修复植入物。

本实用新型的技术方案如下：