一种可降解型半月板支架

1.本实用新型属于组织工程技术领域，特别是一种可降解型半月板支架。


背景技术：

2.半月板，是关节表面软骨之间的一种白色透明软骨，其光滑的表面可以明显降低运动过程中关节面间的摩擦力，并起重要的缓冲压力作用。近年来，随着体育运动的流行及人口老龄化，半月板损伤发病率逐年上升，受该疾病困扰的患者越来越多。但是，由于半月板部位缺乏血液供应、神经支配及淋巴回流，损伤后自我修复能力很差；如得不到及时治疗，将会发展成骨性关节炎，普通人严重影响日常生活，职业运动员将断送职业生涯。
3.组织工程半月板技术，即构建可以修复受损半月板的替代物可以取得良好的治疗效果。组织工程的三个基本要素是支架材料、种子细胞和生长因子。虽然该技术近几年取得了很大的进步，但是仍有很多问题亟待解决，如支架材料的选择和结构构建。支架材料为种子细胞的黏附、增殖、分化提供良好的环境，有效引导新生组织向预设形状生长。支架材料必须具有：(1)良好的生物相容性；(2)多孔结构，合理的三维结构，利于细胞的黏附、增殖及分化，并实现营养物质的自由扩散，细胞的自由生长；(3)良好的力学性能，支架的力学性能应与天然的半月板相近，压缩模量应在75-150kpa范围内，拉伸模量在75-150mpa范围内[biomaterials,126,18-30,2017]。
[0004]
制备力学性能优异的合成材料半月板支架是目前研究的一个热点。聚氨酯、聚己内酯、聚乳酸等因具有良好的生物相容性、优异的力学性能及易加工性，被广泛应用于半月板支架的研究中。英国orteq公司制备的一种聚己内酯/聚氨酯半月板支架已经商业化(商品名为)[biomaterials,35,3527-3540,2014]。聚己内酯部分可以在五年内通过酯基水解降解完全，氨酯部分则会被巨噬细胞慢慢吞噬掉或逐渐并入周围的组织内[knee surgery sports traumatology arthroscopy,26,2227-2238,2018]。song等人制备了具有生物活性表面的羟基磷灰石杂化聚氨酯型支架，通过控制其孔隙率调节其力学性能并将其用作半月板移植物[macromolecular materials and engineering,304,2019]。但是，上述材料都无法精确控制支架孔隙结构以及无法为患者定制个体化特定三维形状的半月板支架。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型的目的是提供一种可降解型半月板支架，以解决现技术的半月板支架的孔隙结构无法精确并不能为患者定制个体化特定三维形状的半月板支架的问题。
[0006]
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
[0007]
一种可降解型半月板支架，包括利用特定结构式的聚氨酯丙烯酸酯并利用3d打印制备的仿生模拟人体半月板支架本体，所述半月板支架本体的形状为仿生模拟人体半月板形状，所述半月板支架本体为互相贯通的网格状结构。
[0008]
优选的，所述网格状结构的层高为300μm，棱的宽度300μm，孔径200-300μm。
[0009]
优选的，所述半月板支架本体内侧的厚度小于半月板支架本体外侧的厚度。
[0010]
优选的，所述半月板支架本体的前角、后角及体部各设置有一个缝合孔，用于术中缝合线的穿过及固定。
[0011]
优选的，所述缝合孔的孔径为300-500μm。
[0012]
优选的，所述半月板支架本体下表面为平面，所述半月板支架本体的上表面设置为仿生弧形凹面。
[0013]
本实用新型的有益效果是：
[0014]
本技术方案采用可降解的聚氨酯丙烯酸酯材料制备半月板支架，并且通过网格状结构的设计，在植入相应的生物体内后，生物组织能够在半月板支架本体内生长同时，可降解材料逐渐被吸收，从而使自体组织逐渐替代，完成半月板的最终修复。
附图说明
[0015]
图1为本实用新型半月板支架本体的结构示意图；
[0016]
图2为图1的a-a截面示意图；
[0017]
图3为本实用新型半月板支架本体的局部放大图。
[0018]
附图标记说明
[0019]
1、半月板支架本体，11、外侧，12、内侧，13、上表面，14、下表面，2、孔径，3、棱，4、缝合孔。
具体实施方式
[0020]
以下通过实施例来详细说明本实用新型的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本实用新型的技术方案，而不能解释为是对本实用新型技术方案的限制。
[0021]
如图1至图3所示，本技术提供一种可降解型半月板支架，包括利用特定的光敏树脂并且通过3d打印制备的仿生模拟人体结构的半月板支架本体1，半月板支架本体的形状为仿生模拟人体的半月板形状，比如内侧的半月板为近似c型，外侧的半月板为近似o型。半月板支架本体为网格状结构，在本技术的技术方案中，网格状结构的层高为300微米，棱3的宽为300微米，孔径2为200-300微米，这样的网格状结构最适合自体组织的长入，以实现对本技术的半月板支架本体材质的吸收降解，若孔径过小，自体组织不能长入半月板支架本体内，若孔径过大，自体组织即使能够长入也很难实现贴覆。
[0022]
在本技术的技术方案中，半月板支架本体的外侧11厚度大于内侧12的厚度，以符合人体生理学的结构。
[0023]
本技术的半月板支架本体的下表面14为平面，上表面13设置为仿生弧形凹面，以实现与人体的实际生理结构相配合。
[0024]
在本技术的半月板支架本体的前角、后角及体部处各设置有一个孔径为300-500微米的缝合孔4，缝合孔的设计保证了在手术缝合时缝合线穿过该缝合孔及对半月板进行固定，防止在手术缝合时缝合线对半月板支架本体的割裂或撕裂。
[0025]
在本技术的技术方案中，特定的光敏树脂的原料组分按重量份数计含量如下：
[0026][0027]
其中，聚氨酯丙烯酸酯的结构式为：
[0028]
其中r1为异氟尔酮基、六亚甲基、二环己基甲烷基中的一种；r2为乙基、丙基、正丁基中的一种或几种；r3为氢或甲基的一种；m和n均为10-100的自然数。
[0029]
所述聚氨酯丙烯酸酯的制备方法，包括以下步骤：
[0030]
1)将化合物ii、化合物iii及化合物iv混合并加入催化剂，在20-100℃，缩聚反应2-14h，得到异氰酸酯基封端的聚氨酯类树脂，化合物ii的结构式为，化合物iii的结构式为，化合物iv的结构式为，
[0031]
2)将步骤1)得到的异氰酸酯基封端的聚氨酯类树脂与甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟乙酯反应在50ˉ100℃下反应2ˉ8h，期间加入阻聚剂对苯二酚，得到甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯封端的聚氨酯丙烯酸酯。
[0032]
所述催化剂为叔胺类或有机金属类催化剂。
[0033]
丙烯酸酯单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异冰片酯、二乙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、(乙氧基化)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯的一种或几种的组合物。
[0034]
自由基型光引发剂为苯偶酰衍生物、α-羟烷基苯酮类或酰基磷氧化合物裂解型光引发剂中的一种或几种的组合物。
[0035]
所述消泡剂采用byk-055消泡剂。
[0036]
光敏树脂的制备方法，包括以下步骤：
[0037]
1)按照配方比例称取原材料：聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸酯单体、自由基型光引发剂、消泡剂；
[0038]
2)将聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸酯单体、自由基型光引发剂、消泡剂依次倒入搅拌器中，在转速为400r/min的低速搅拌2-4h混匀得到透明的光敏树脂。
[0039]
将制备的光敏树脂加入3d打印设备的树脂槽内，设定打印工艺参数，打印得到半月板支架坯体；
[0040]
将半月板支架坯体去除支撑，然后放入乙醇中超声清洗10min；
[0041]
清洗后的半月板支架坯体放入紫外箱固化30min；
[0042]
将经过紫外线固化后的半月板支架坯体放入60-100℃烘箱后固化0.5-3h，最终得到半月板支架样件。
[0043]
半月板支架的力学性能评价
[0044]
按照gb/t2567-2008测试标准对打印的半月板支架进行力学性能评价包括拉伸强度、拉伸模量。
[0045] 实施例9实施例10实施例11实施例12拉伸强度(mpa)22.525.619.522.3断裂伸长率45.2％78.7％56.7％89.2％拉伸模量(mpa)1238010878
[0046]
本实用新型制备的组织工程半月板具有良好的力学性能和生物降解性能，其力学性能与天然半月板相似，而且打印精度高，可以定制个体化特定三维结构和多孔结构的半月板支架。
[0047]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本实用新型的范围由所附权利要求极其等同限定。

技术特征：
1.一种可降解型半月板支架，其特征在于，包括利用3d打印制备的仿生模拟人体半月板支架本体，所述半月板支架本体的形状为仿生模拟人体半月板形状，所述半月板支架本体为互相贯通的网格状结构；所述网格状结构的层高为300μm，棱宽300μm，孔径200-300μm；所述半月板支架本体内侧的厚度小于半月板支架本体外侧的厚度横断面为楔形。2.根据权利要求1所述的可降解型半月板支架，其特征在于，所述半月板支架本体的前角、后角及体部各设置有一个缝合孔，用于术中缝合线的穿过及固定。3.根据权利要求2所述的可降解型半月板支架，其特征在于，所述缝合孔的孔径为300-500μm。4.根据权利要求1所述的可降解型半月板支架，其特征在于，所述半月板支架本体下表面为平面，所述半月板支架本体的上表面设置为仿生弧形凹面。

技术总结
本实用新型涉及一种可降解型半月板支架，包括利用特定结构式的聚氨酯丙烯酸酯并利用3D打印制备的仿生模拟人体半月板支架本体，所述半月板支架本体的形状为仿生模拟人体半月板形状，所述半月板支架本体为互相贯通的网格状结构。本实用新型提供的半月板支架，生物相容性好，具有与天然半月板相似的力学性能，而且光固化打印具有精度高、速度快、可精确控制支架的网格状结构的特点；并结合半月板支架本体的结构，可降解材料逐渐被自体组织吸收替代，从而逐渐恢复原生天然半月板的功能。从而逐渐恢复原生天然半月板的功能。从而逐渐恢复原生天然半月板的功能。


技术研发人员：敖英芳 丁国成 孙牧旸 胡晓青 于然 李昕盼
受保护的技术使用者：北京大学第三医院（北京大学第三临床医学院）
技术研发日：2020.12.18
技术公布日：2022/3/8