一种自组装关节硬组织与软组织一体化植入体及成形方法

技术特征：
1.一种自组装关节硬组织与软组织一体化植入体，其特征在于，包括硬组织结构以及软组织结构；所述硬组织结构通过生物相容金属材料打印成形，其外层为致密硬组织结构，内部为疏松多孔硬组织结构；所述软组织结构通过生物凝胶材料打印成形，其上层为质软软组织结构，其下层为质硬软组织结构；所述硬组织结构的致密硬组织结构，与软组织结构的下层的质硬软组织结构的表面分别设有三维锯齿结构，相互啮合实现一体化组装。2.根据权利要求1所述的一种自组装关节硬组织与软组织一体化植入体，其特征在于，所述硬组织结构的生物相容金属材料为纯钛、钛合金或钛坦合金。3.根据权利要求1所述的一种自组装关节硬组织与软组织一体化植入体，其特征在于，所述硬组织结构的表面经过改性处理，具体包括空气等离子体氧化处理，以及甲基丙烯酸三甲氧基丙酯溶液浸泡处理。4.根据权利要求3所述的一种自组装关节硬组织与软组织一体化植入体，其特征在于，在对硬组织整体进行表面改性处理后，组装前的硬组织结构的三维锯齿结构上涂覆有水凝胶，组装后的一体化植入体的整体涂覆有光敏水凝胶并进行照射紫外线处理。5.根据权利要求1所述的一种自组装关节硬组织与软组织一体化植入体，其特征在于，所述疏松多孔硬组织结构为双向梯度变化结构，整体孔径范围在200μm～1500μm之间，根据实际需求采用不同的晶格结构进行多孔设计；在竖直方向上，孔隙率由大变小；在水平方向上，孔隙率由外至内逐渐变大，外部的孔隙率由致密结构逐渐过渡到3～30％的孔隙率；内部的孔隙率过渡范围为30～80％。6.根据权利要求1所述的一种自组装关节硬组织与软组织一体化植入体，其特征在于，所述软组织结构的生物凝胶材料由羟基磷灰石、干细胞以及水凝胶混合得到。7.根据权利要求6所述的一种自组装关节硬组织与软组织一体化植入体，其特征在于，所述质硬软组织结构的羟基磷灰石的质量浓度为8％，水凝胶质量浓度为20％，干细胞浓度为1.2
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；所述质软软组织结构的羟基磷灰石质量浓度为4％，水凝胶质量浓度为10％，干细胞浓度为1.2
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。8.根据权利要求1所述的一种自组装关节硬组织与软组织一体化植入体，其特征在于，所述质硬软组织结构的三维锯齿结构的锯齿面整体水平尺寸大于致密硬组织结构的三维锯齿结构的锯齿面整体水平尺寸，用于通过质硬软组织结构的弹性形变实现二者过盈配合。9.一种自组装关节硬组织与软组织一体化植入体成形方法，其特征在于，应用于权利要求1-8中任一项所述的一种自组装关节硬组织与软组织一体化植入体，包括下述步骤：使用医学影像设备获得患处组织切片图像，将切片图片导入医学图像处理软件进行处理，处理后获得患处的三维模型；根据获得的三维模型进行正逆向建模，得出需要植入的关节硬组织与软组织外形尺寸的三维模型；进行多孔设计及拓扑优化设计，得到所需的双向变梯度多孔结构及致密外壁，将所述双向变梯度多孔结构及致密外壁与需要植入的硬组织三维模型进行布尔运算，得到需要植
入的硬组织结构的三维模型；分别在硬组织结构与软组织结构的三维模型中添加三维锯齿结构；将硬组织结构与软组织结构的三维模型分别导入切片软件中生成切片文件；将软组织结构切片文件导入多材料生物打印设备上位机软件中，并在上位机软件中设定质硬软组织结构与质软软组织结构相应的打印参数，在多材料生物打印设备中添加质硬软组织结构与质软软组织结构相对应的生物凝胶材料并启动打印设备打印成形出软组织结构；将硬组织结构切片文件导入3d打印设备中，设定相应的打印参数，启动打印设备打印成形出硬组织结构；对打印成形的硬组织结构进行表面改性处理，并将其浸泡于连接剂溶液中，使其表面充分附着连接剂；对打印成形的硬组织结构的三维锯齿结构部分涂覆光敏水凝胶后，利用三维锯齿结构进行软硬组织的组装，照射紫外灯固化；对整体结构表面涂覆光敏水凝胶，照射紫外灯固化，得到最终的植入体。10.根据权利要求9所述的一种自组装关节硬组织与软组织一体化植入体成形方法，其特征在于，所述对打印成形的硬组织结构进行表面改性处理，具体为：对表面进行空气等离子体处理进行氧化；将氧化后的植入体浸泡在2％v/v的甲基丙烯酸三甲氧基丙酯溶液中，溶液温度为37℃，浸泡时间为2小时；用乙醇和去离子水进行冲洗；用氮气对冲洗完的硬组织结构进行干燥。

技术总结
本发明公开了一种自组装关节硬组织与软组织一体化植入体及成形方法。该植入体包括硬组织结构与软组织结构两部分，所述硬组织结构包括致密硬组织结构以及双向渐变孔隙率的多孔疏松硬组织结构；所述软组织结构包括质硬软组织结构以及质软软组织结构，二者羟基磷灰石与水凝胶的配比不同；所述硬组织结构与软组织结构的相接触表面为相对应的锯齿结构，通过过盈配合与摩擦相结合实现稳定装配。另外，硬组织经过表面改性与连接剂相结合，促进组装前后涂覆在其上水凝胶的稳固性，提高软硬组织结合的牢固性。本发明整体的结构与材料均具有连续梯度连续，可实现各个界面性能的稳定过度并降低不稳定性，达到植入后促进恢复以及避免松动的目的。的目的。的目的。


技术研发人员：宋长辉 刘丽莎 刘子彬 余家阔 杨永强
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2022.07.28
技术公布日：2022/11/11