一种基于十四面体的多孔骨诱导结构的制作方法

本发明涉及多孔材料技术领域，特别涉及一种基于十四面体的多孔骨诱导结构。

背景技术：

目前业内对于多孔材料内部空间结构主要采用相对主流的四面体、六面体、八面体、十二面体等均一结构，其整体结构具有力学性能稳定，设计方法简单，成型及后处理工艺容易等优势。

通过对这一类均一结构的孔隙结构进行研究，学界已经明确了孔隙结构在一定范围之内时能在保证连通性的基础上实现一定的生物学性能，在一定区间范围内，孔径越大越有利于组织的长入，而孔径越小则更有利于骨组织的早期形成，这一观点已经得到了广泛地认可。但在均一结构的设计中是无法同时具备既利于组织长入，又利于骨组织成骨的双重优点的，只能够在两者间找到一种平衡。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明提供的一种基于十四面体的多孔骨诱导结构，包括十四面体支架和八面体支架，所述十四面体支架包括多条边沿，每条所述边沿均由至少一条连接杆构成，所述十四面体支架包括：

连接面，所述连接面包括平置连接面和竖置连接面，所述平置连接面横向延伸，所述平置连接面的数量为两个，两个所述平置连接面竖向间隔排布，两个所述平置连接面均为四边面；所述竖置连接面竖向延伸，所述竖置连接面的数量为四个，四个所述竖置连接面首尾相接并沿所述十四面体支架的周向排布，所述竖置连接面均为四边面，相邻的两个所述竖置连接面顶点重合，每个所述竖置连接面的上侧顶点对应地与位于上侧的平置连接面的顶点重合，每个所述竖置连接面的下侧顶点对应地与位于下侧的平置连接面顶点重合；

围合面，所述围合面形成于相邻的两个所述竖置连接面的重合顶点以及任意一个所述平置连接面上与所述重合顶点相邻近的两个顶点之间；

所述十四面体支架的数量为多个，多个所述十四面体支架紧密地层叠排布，相邻的两个十四面体支架的连接面重合，所述八面体支架由八个所述十四面体支架上相邻近的围合面组成。

本发明提供的一种基于十四面体的多孔骨诱导结构，至少具有如下有益效果：本发明提供的多孔骨诱导结构，基于十四面体的紧密连接形成了整体包括十四面体支架以及八面体支架的多孔骨诱导结构，十四面体支架和八面体支架均由连接杆构成，分别提供了不同孔径大小的孔隙结构，从而使得该多孔骨诱导结构同时具备有利于组织长入以及有利于骨组织早期形成的优点。

此外，本发明的多孔骨诱导结构上各个连接杆的顶点均是连续相接的，不存在明显的断点，空间结构的力学稳定性强。

孔隙结构，指的是单个十四面体支架或八面体支架的内部空间，在骨组织相关领域中，该空间通常用于骨组织的生长。重合顶点，指的是相邻的两个竖置连接面重合的顶点。

目前业内对孔隙结构的认识尚不深入，大量相关专利在其专利文件中毫无理由地将四面体、六面体、八面体等等结构以及100至1000μm甚至是更大范围进行覆盖，但其专利内并不明确其具体设计方案以及其孔隙结构的实际功能，影响了技术的进步。而实际上，当孔径落在300-1200μm范围内时，能够较好地在保证连通性的基础上实现一定的生物学性能。

作为上述技术方案的一些子方案，所述平置连接面为矩形面。平置连接面为矩形面，有利于增强顶点处的抗变形能力，增强空间结构的力学能力，此外，矩形面的长边和短边能够参与构成两个不同大小的八面体结构，进一步丰富该多孔骨诱导结构的孔径值范围。

进一步的，所述平置连接面为正方形面。平置连接面为正方形面，连接杆的长度相同，平置连接面参与形成的十四面体支架的在各个方向承受横向冲击的能力较为一致，有利于提高结构的稳定性。

作为上述技术方案的一些子方案，所述竖置连接面为矩形面。同理，竖置连接面为矩形面，有利于增强顶点处的抗变形能力，增强空间结构的力学能力，此外，矩形面的长边和短边能够参与构成两个不同大小的八面体结构，进一步丰富该多孔骨诱导结构的孔径值范围。

作为上述技术方案的一些子方案，所述竖置连接面为正方形面。竖置连接面为正方形面，连接杆的长度相同，竖置连接面参与形成的十四面体支架的在各个方向承受竖向冲击的能力较为一致，有利于提高结构的稳定性。

作为上述技术方案的一些子方案，每条边沿均由一条连接杆构成，所述连接杆为圆柱杆。圆柱杆具有结构强度高，承受各向载荷能力较强的特点，采用圆柱杆有利于整体地提高该多孔骨诱导结构的力学性能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的结构示意图，图中八面体支架内部有一圆球，表示八面体支架内部的孔隙结构的内接球；

图2为十四面体支架的结构示意图；

图3为十四面体支架的俯视结构示意图；

图4为图2中a向结构示意图；

图5为单层十四面体支架的结构示意图。

附图中：100-十四面体支架；110-平置连接面；120-竖置连接面；130-围合面；140-连接杆；200-八面体支架。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是不定量，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。另外，全文中出现的和/或，表示三个并列方案，例如，a和/或b表示a满足的方案、b满足的方案或者a和b同时满足的方案。

本发明的描述中，如有含有多个并列特征的短句，其中的定语所限定的是最接近的一个特征，例如：设置在a上的b、c、与d连接的e，所表示的是b设置在a上，e与d连接，对c并不构成限定；但对于表示特征之间关系的定语，如“间隔设置”、“环形排布”等，不属于此类。定语前带有“均”字的，则表示是对该短句中所有特征的限定，如均设置在a上的b、c、d，则表示b、c和d均设置在a上。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图5，本发明提供一种基于十四面体的多孔骨诱导结构的实施例，该多孔骨诱导结构包括十四面体支架100和八面体支架200，所述十四面体支架100包括多条边沿，每条所述边沿均由至少一条连接杆140构成，所述十四面体支架100包括：

连接面，所述连接面包括平置连接面110和竖置连接面120，所述平置连接面110横向延伸，所述平置连接面110的数量为两个，两个所述平置连接面110竖向间隔排布，两个所述平置连接面110均为四边面；所述竖置连接面120竖向延伸，所述竖置连接面120的数量为四个，四个所述竖置连接面120首尾相接并沿所述十四面体支架100的周向排布，所述竖置连接面120均为四边面，相邻的两个所述竖置连接面120顶点重合，每个所述竖置连接面120的上侧顶点对应地与位于上侧的平置连接面110的顶点重合，每个所述竖置连接面120的下侧顶点对应地与位于下侧的平置连接面110顶点重合；

围合面130，所述围合面130形成于相邻的两个所述竖置连接面120的重合顶点以及任意一个所述平置连接面110上与所述重合顶点相邻近的两个顶点之间；

所述十四面体支架100的数量为多个，多个所述十四面体支架100紧密地层叠排布，相邻的两个十四面体支架100的连接面重合，所述八面体支架200由八个所述十四面体支架100上相邻近的围合面130组成。

本实施例的多孔骨诱导结构，基于十四面体的紧密连接形成了整体包括十四面体支架100以及八面体支架200的多孔骨诱导结构，十四面体支架100和八面体支架200均由连接杆140构成，分别提供了不同孔径大小的孔隙结构，从而使得该多孔骨诱导结构同时具备有利于组织长入以及有利于骨组织早期形成的优点。、

具体的，十四面体支架100在紧密连接后形成单层的十四面体支架100，其结构如图5所示，其中，在四个相邻的十四面体之间，通过四个围合面130构成了半个八面体结构，通过将该单层的十四面体支架100向上阵列一层，即能够构成完整的八面体结构，构成八面体支架200。根据此种形式，单层的十四面体支架100可以按需横向扩展和竖向层叠，以形成所需的多孔骨诱导结构。

本实施例的十四面体多孔骨诱导结构通过3d打印技术制备。3d打印技术是依据三维模型数据将材料连接制作成物体的过程，相对于减法制造，它通常是逐层累加的过程，目前该技术被认为是“第三次工业革命”的代表性技术。多孔材料其内部可控的孔隙结构是3d打印骨替代材料中最显著、也是最重要的特征之一。特别是金属微孔可供骨组织长入的现象在金属3d打印内植物问世之前就已经被观察到，并被人形象地称之为“金属骨小梁”。3d打印技术的优势在于微孔设计的可控性非常强，几乎可以按照设计者的需要打印任何形状和大小的微孔，而通过对多孔材料内的孔隙结构进行调整可以赋予该材料独特的生物学性能，因此孔隙结构的设计方案也就成为了3d打印多孔材料是否具有良好生物学性能的关键。

本发明在此基础上提出设计一种基于十四面体的多孔骨诱导结构，该结构能够在空间结构内构建两种大小和结构均不一致的孔隙环境，形成以大孔径促进组织长入、营养物质交换和力学刺激的传导，以小孔径促进骨组织的早期形成和发展，最终以小孔径内形成的成骨中心促进整体结构内部骨组织形成的良性循环。

此外，本发明的多孔骨诱导结构形成了以八面体支架200为核心的类球形结构，本发明多孔骨诱导结构在各个方向上承受应力的能力均较强。

所述平置连接面110为矩形面或正方形面。平置连接面110为矩形面时，有利于增强顶点处的抗变形能力，增强空间结构的力学能力，此外，矩形面的长边和短边能够参与构成两个不同大小的八面体结构，进一步丰富该多孔骨诱导结构的孔径值范围。平置连接面110时为正方形面，连接杆140的长度相同，平置连接面110参与形成的十四面体支架100的在各个方向承受横向冲击的能力较为一致，有利于提高结构的稳定性。

所述竖置连接面120为矩形面或正方形面。同理，竖置连接面120为矩形面，有利于增强顶点处的抗变形能力，增强空间结构的力学能力，此外，矩形面的长边和短边能够参与构成两个不同大小的八面体结构，进一步丰富该多孔骨诱导结构的孔径值范围。竖置连接面120为正方形面，连接杆140的长度相同，竖置连接面120参与形成的十四面体支架100的在各个方向承受竖向冲击的能力较为一致，有利于提高结构的稳定性。

具体的，在本实施例中，平置连接面110和竖置连接面120均为正方形面。并且，平置连接面110的边长与竖置连接面120的边长相等，从而，十四面体支架100和八面体支架200均为等边多面体。

具体的，每条边沿均由一条连接杆140构成，所述连接杆140为圆柱杆。圆柱杆具有结构强度高，承受各向载荷能力较强的特点，采用圆柱杆有利于整体地提高该多孔骨诱导结构的力学性能。

以圆柱杆的长度为a，杆径为s时：

连接面的内切圆直径，即各个十四面体支架100之间的交通径d1＝a-s；

十四面体支架100的内切球直径，即十四面体支架100的孔隙结构的孔径

围合面130的内切圆直径，即八面体支架200与十四面体支架100之间的交通径

八面体支架200的内切球直径，即八面体支架200的孔隙结构的孔径为d2＝a-s，经计算，可以得出d1与d2之间的倍数关系为1.7左右，因此该多孔骨诱导结构可以在300-1200μm的空间范围内构建两种孔径大小不一的空间环境。

该多孔骨诱导结构基于均一的圆柱杆的几何结构，不存在明显的技术难度和工艺难度，实用性强；并且，本发明的多孔骨诱导结构上各个连接杆140的顶点均是连续相接的，不存在明显的断点，空间结构的力学稳定性强。此外，该多孔骨诱导结构在材料空间内部形成了独特的大孔径结构与小孔径结构共同存在的新型空间环境，可以在同一结构内实现既利于组织长入，又利于骨组织形成的双重优点。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出各种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本发明创造权利要求所限定的范围内。