CN114343924A - 一种3d打印人工半月板结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印人工半月板结构及其制备方法，3D打印人工半月板结构包括：主体、位于主体顶部的上表面以及位于主体底部的下表面，主体为中间薄、四周厚的盘状结构，主体的外侧端设有用于容纳纤维织物的安装槽，上表面和下表面均向外延伸设有延伸面，延伸面设有用于穿过缝合线的固定孔。通过使用本发明所提供的3D打印人工半月板结构，可稳定便捷的固定于植入者膝关节内，且不易受垂直力挤压变形。

Description

一种3D打印人工半月板结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，更具体地说，涉及一种3D打印人工半月板结构。此外，还涉及一种用于制作上述3D打印人工半月板结构的制备方法。

背景技术

半月板是位于膝关节内胫骨关节面上的一对半月状纤维软骨，起到减缓震荡、传递载荷、稳定关节等重要作用。半月板损伤已经成为当下全球最为常见的运动性损伤类疾病，无法自愈，严重影响植入者的日常活动和生活质量。

目前，临床上针对半月板轻度单纯撕裂损伤的植入者通过缝合手术进行修复治疗。然而，成年人半月板缝合后的愈合效果较差，易造成植入者二次撕裂甚至发展为软骨缺损等严重膝关节疾病。此外，临床上针对半月板损伤较为严重的植入者多采取半月板全部(或部分)切除术进行治疗。然而，随着对半月板功能的深入认识，越来越多的研究人员认为半月板切除会导致膝关节应力集中和负荷传导紊乱，进而加重痛感，并发展为骨性关节炎。因此，人工半月板的研发具有重要意义。

半月板的形状、尺寸及几何结构会随着个体差异而呈现不同变化。目前，目前，人工半月板均按照标准化方案进行生产，其形状和尺寸固定，无法很好满足不同植入者膝关节的植入要求，易造成术后关节应力集中、软骨磨损、关节炎等多种并发症，甚至造成人工半月板植入失败。此外，人工半月板还存在植入膝关节后与受体胫骨平台固定不牢固的问题，植入后易导致人工半月板挤出、错位、破碎甚至是脱落的可能。

为了解决上述问题，部分产品将人工半月板设计成盘状结构，直接放置于股骨髁与胫骨平台之间，无额外固定方式，植入后随着植入者运动易造成人工半月板滑移及脱落。部分产品设计为带有榫卯样固定结构和骨桥样固定结构的内、外侧人工半月板，但单侧置换的人工半月板难以与原有自体半月板性能匹配，易造成膝关节功能再次紊乱。同时，一些3D打印人工半月板及材料被提出，但是这些人工半月板没有外周纤维加固结构，在受到垂直作用力时其会发生较大形变而挤压关节囊，易造成关节炎等并发症。此外，一些研究人员在人工半月板中加入纤维，一方面用于提高其力学性能和防止挤压形变，另一方面用于将其固定于膝关节内。但是这类人工半月板结构无法有效阻止其受垂直力挤压变形，同时用纤维线固定于膝关节内也并不可行。

综上所述，如何提供一种稳定且便于固定于植入者膝关节内，且不易受垂直力挤压变形的个性化人工半月板结构，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种3D打印人工半月板结构，可稳定便捷的固定于植入者膝关节内，且不易受垂直力挤压变形。

本发明的另一目的是提供一种用于制作上述3D打印人工半月板结构的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种3D打印人工半月板结构，包括：主体、位于所述主体顶部的上表面以及位于所述主体底部的下表面，所述主体为中间薄、四周厚的盘状结构，所述主体的外侧端设有用于容纳纤维织物的安装槽，所述上表面和所述下表面均向外延伸设有延伸面，所述延伸面设有用于穿过缝合线的固定孔。

优选的，所述安装槽包括设于所述外侧端的表面的开放式凹槽或设于所述外侧端的内部的封闭式孔道。

优选的，所述开放式凹槽或所述封闭式孔道的直径为0.1-3mm，所述开放式凹槽的凹槽方向或所述封闭式孔道的孔道方向与所述主体的关系为垂直设置、水平设置、单层水平环绕设置或多层水平环绕设置；

所述开放式凹槽或所述封闭式孔道的分布方式为等距分布、随机松散分布或随机紧密分布。

优选的，所述延伸面的长度为0.5-10cm，所述延伸面与水平面的夹角为0°-90°。

优选的，所述固定孔的直径为0.1-10mm，所述固定孔的分布方式为四周分布、紧密分布或松散分布。

一种制备方法，用于制作上述任一项所述的3D打印人工半月板结构，所述制备方法包括：

3D打印主体；

将纤维织物固定在安装槽内；

对所述主体进行表面改性。

优选的，3D打印主体，包括：利用聚氨酯、聚乳酸、聚醚醚酮、聚乙内酯、ABS树脂、聚烯烃、金属/有机复材或无机/有机复材3D打印所述主体。

优选的，所述纤维织物的材料为天然纤维或化学纤维，所述纤维织物的织物结构为由单股或多股的纤维束平行编织而成或交叉编织而成的束状结构。

优选的，将纤维织物固定在安装槽内，包括：

通过高粘度液体浸润粘接所述纤维织物，其中，所述高粘度液体包括聚氨酯、聚乳酸、聚烯烃、透明质酸、纤维素或熔融物中的至少一种；

或，通过粘接胶粘接所述纤维织物，其中，所述粘接胶包括丙烯酸酯胶、热固性高分子胶、密封胶粘剂或水基胶粘剂中的至少一种；

或，通过缝合线固定所述纤维织物，其中，所述缝合线包括手术钢、亚麻、聚酯线或聚乙醇酸线中的至少一种。

优选的，对所述主体进行表面改性，包括：对所述主体进行物理改性或化学改性；

所述物理改性包括表面涂层处理或喷砂；所述化学改性包括表面接枝改性或表面氧化处理。

在使用本发明所提供的3D打印人工半月板结构时，可以将该3D打印人工半月板结构植入者膝关节内，通过设计和调整延伸面上的固定孔尺寸及分布，能够将主体方便且牢固的固定在植入者膝关节内，避免3D打印人工半月板出现挤出、错位、破碎甚至是脱落的现象。并且，可以通过在主体的外侧端设置不同形状、大小以及分布方式的安装槽，可将纤维织物与主体进行复合，从而提高主体的力学性能和抵抗垂直力挤压变形的能力，进而减少植入者因人工半月板挤压关节囊而发生的术后并发症。

综上所述，本发明所提供的3D打印人工半月板结构，可稳定便捷的固定于植入者膝关节内，且不易受垂直力挤压变形。

此外，还提供了一种用于制作上述3D打印人工半月板结构的制备方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的3D打印人工半月板结构的某一种结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为图2中A处的放大示意图；

图4为3D打印人工半月板结构的另一种结构示意图；

图5为图4的主视图；

图6为图4中A处的放大示意图；

图7为制备方法的流程示意图。

图1-图7中：

1为主体、11为外侧端、12为内侧端、2为上表面、3为下表面、4为纤维织物、5为安装槽、51为开放式凹槽、52为封闭式孔道、6为延伸面、7为固定孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种3D打印人工半月板结构，可稳定便捷的固定于植入者膝关节内，且不易受垂直力挤压变形。本发明的另一核心是提供一种用于制作上述3D打印人工半月板结构的制备方法。

请参考图1至图7。

本具体实施例提供了一种3D打印人工半月板结构，包括：主体1、位于主体1顶部的上表面2以及位于主体1底部的下表面3，主体1为中间薄、四周厚的盘状结构，主体1的外侧端11设有用于容纳纤维织物4的安装槽5，上表面2和下表面3均向外延伸设有延伸面6，延伸面6设有用于穿过缝合线的固定孔7。

需要说明的是，主体1为中间薄、四周厚的盘状结构，盘状结构四周厚的部位为外侧端11，盘状结构中间薄内凹的部位为内侧端12。本发明所提供的人工半月板结构可通过调节其上表面2和下表面3外缘的延伸面6的角度、尺寸，实现人工半月板结构与植入者膝关节的高匹配度；通过设计和调整延伸面6上固定孔7的尺寸及分布，能够将人工半月板方便且牢固的固定在植入者膝关节内，避免出现人工半月板挤出、错位、破碎甚至是脱落的现象。

还需要说明的是，通过在人工半月板主体1的外侧端11表面设置不同形状、大小、分布方式的安装槽5，可将纤维织物4与人工半月板主体1进行复合，从而提高人工半月板的力学性能和抵抗垂直力挤压变形的能力，进而减少植入者因人工半月板挤压关节囊而发生的术后并发症。并且，通过人工半月板材料的选择及后期表面修饰，可得到生物相容性良好、摩擦系数低的人工半月板，进而解决对植入后接触的关节软骨的磨损。

另外，需要说明的是，可以通过植入者膝关节影像学数据，采用3D打印技术制备而得到人工半月板，以实现人工半月板个体化定制，满足不同植入者的置换需求。本装置的主体1便于在膝关节内固定且固定牢固，不易受垂直力挤压变形，且生物相容性良好及对接触软骨磨损小，能够避免多种术后并发症的发生和发展。

在使用本发明所提供的3D打印人工半月板结构时，可以将该3D打印人工半月板结构植入者膝关节内，通过设计和调整延伸面6上的固定孔7尺寸及分布，能够将主体1方便且牢固的固定在植入者膝关节内，避免3D打印人工半月板出现挤出、错位、破碎甚至是脱落的现象。并且，可以通过在主体1的外侧端11设置不同形状、大小以及分布方式的安装槽5，可将纤维织物4与主体1进行复合，从而提高主体1的力学性能和抵抗垂直力挤压变形的能力，进而减少植入者因人工半月板挤压关节囊而发生的术后并发症。

综上所述，本发明所提供的3D打印人工半月板结构，可稳定便捷的固定于植入者膝关节内，且不易受垂直力挤压变形。

在上述实施例的基础上，优选的，安装槽5包括设于外侧端11的表面的开放式凹槽51或设于外侧端11的内部的封闭式孔道52，以确保纤维织物4通过开放式凹槽51或封闭式孔道52，与主体1进行有效复合，从而提高主体1的力学性能和抵抗垂直力挤压变形的能力，进而减少植入者因人工半月板挤压关节囊而发生的术后并发症。

优选的，开放式凹槽51或封闭式孔道52的直径为0.1-3mm，开放式凹槽51的凹槽方向或封闭式孔道52的孔道方向与主体1的关系为垂直设置、水平设置、单层水平环绕设置或多层水平环绕设置；开放式凹槽51或封闭式孔道52的分布方式为等距分布、随机松散分布或随机紧密分布。

例如，可以将开放式凹槽51设置为直径0.5～1mm的圆形凹槽，或将封闭式孔道52设置为直径为0.5～1mm的圆形孔道，并且，圆形凹槽的凹槽方向与主体1的关系为单层水平环绕式，圆形凹槽的分布方式为等距分布，或是圆形孔道的孔道方向与主体1的关系为单层水平环绕式，圆形孔道的分布方式为等距分布。

优选的，延伸面6的长度为0.5-10cm，延伸面6与水平面的夹角为0°-90°。例如，可以将延伸面6的长度设置为2-5cm，并使得延伸面6与水平面的夹角为30°-60°。

优选的，固定孔7的直径为0.1-10mm，固定孔7的分布方式为四周分布、紧密分布或松散分布。例如，可以将固定孔7的直径设置为0.5mm，固定孔7的分布方式为在延伸面6的四周分布。

除了上述3D打印人工半月板结构，本发明还提供一种用于制作上述任一项的3D打印人工半月板结构的制备方法，制备方法包括：

步骤S1、3D打印主体1；

步骤S2、将纤维织物4固定在安装槽5内；

步骤S3、对主体1进行表面改性。

需要说明的是，3D打印主体1，是指利用3D打印装置打印主体1，也即通过CT和核磁共振等方法获取植入者膝关节的影像数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板的三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的上表面2和下表面3边缘处向外延伸出延伸面6，并在延伸面6上设置固定孔7，同时，在人工半月板的主体1外侧端11表面设置用于嵌入纤维织物4的安装槽5。将优化后的人工半月板三维模型利用3D打印技术制成个性化人工半月板。

还需要说明的是，将纤维织物4固定在安装槽5内，是为了将纤维织物4固定在安装槽5内，以保证纤维织物4在后续使用过程中不会发生脱落现象。而对主体1进行表面改性是为了得到生物相容性良好、摩擦系数低的人工半月板，进而解决对植入后接触的关节软骨的磨损现象。

优选的，3D打印主体1，包括：利用聚氨酯、聚乳酸、聚醚醚酮、聚乙内酯、ABS树脂、聚烯烃、金属/有机复材或无机/有机复材3D打印主体1。例如，可以采用聚氨酯、聚烯烃、ABS树脂或碳纤维/聚氨酯复材作为人工半月板结构的3D打印材料。

优选的，纤维织物4的材料为天然纤维或化学纤维，纤维织物4的织物结构为由单股或多股的纤维束平行编织而成或交叉编织而成的束状结构。

需要说明的是，天然纤维包括棉花、蚕丝、石棉、胶原的一种或多种；化学纤维包括锦纶、芳纶、乙纶、腈纶、醋酯纤维、黏胶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维、玻璃纤维或金属纤维的一种或多种。纤维织物4的结构可以为单股或多股的纤维束平行编织或交叉编织的束状材料。例如，可以采用超高分子量聚乙烯纤维和芳纶多股平行编织成束，以制得所需的纤维织物4。

优选的，将纤维织物4固定在安装槽5内，包括：

通过高粘度液体浸润粘接纤维织物4，其中，高粘度液体包括聚氨酯、聚乳酸、聚烯烃、透明质酸、纤维素或熔融物中的至少一种；

或，通过粘接胶粘接纤维织物4，其中，粘接胶包括丙烯酸酯胶、热固性高分子胶、密封胶粘剂或水基胶粘剂中的至少一种；

或，通过缝合线固定纤维织物4，其中，缝合线包括手术钢、亚麻、聚酯线或聚乙醇酸线中的至少一种。

例如，可以将高粘度液体设置为聚氨酯、纤维素溶液，将粘接胶设置为热固性高分子胶，将缝合线设置为聚酯线。

优选的，对主体1进行表面改性，包括：对主体1进行物理改性或化学改性；物理改性包括表面涂层处理或喷砂；化学改性包括表面接枝改性或表面氧化处理。例如，可以将物理改性设置为表面涂层处理，化学改性设置为表面接枝改性。

为了进一步说明本发明所提供的3D打印人工半月板结构及其制备方法，接下来对3D打印人工半月板结构的制备过程进行举例说明。

实施例1

如果将安装槽5设置为开放式凹槽51，则可以先通过核磁获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的上表面2和下表面3边缘处向外延伸出7cm平面，且延伸面6与水平轴呈25°，并在延伸面6的四周松散且均匀设计16个直径为4.5mm的圆形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11表面设置与主体1结构呈水平式的4个直径为0.5mm的圆形凹槽，圆形凹槽的分布方式为等距分布。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用聚乳酸和胶原纤维复合物进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将超高分子量聚乙烯纤维编织成束，利用高粘度聚氨酯溶液将纤维织物4粘接在上述人工半月板外侧端11表面的圆形凹槽内。最后，在人工半月板的表面涂覆一层两性离子聚合物涂层，从而提高材料生物相容性和降低对接触软骨的磨损。

如果将安装槽5设置为封闭式孔道52，则可以先通过核磁获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的上表面2和下表面3边缘处向外延伸出7cm平面，且延伸面6与水平轴呈25°，并在延伸面6的四周松散且均匀设计16个直径为4.5mm的圆形的固定孔7。在人工半月板的三维模型主体1的外侧端11内部设置与主体1结构呈水平式的4个直径为0.5mm的圆形孔道，圆形孔道的分布方式为等距分布。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用聚乳酸和胶原纤维复合物进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将超高分子量聚乙烯纤维平行编织成束，随后将其浸润在高浓度的聚氨酯DMF溶液中，加热干燥，重复8次。将上述处理后的纤维织物4穿入人工半月板的主体1外侧端11内部的圆形孔道中，然后将聚氨酯熔融物加入圆形孔道中，冷却后使纤维织物4固定在人工半月板主体1内。最后，在人工半月板表面涂覆一层两性离子聚合物涂层，从而提高材料生物相容性和降低对接触软骨的磨损。

实施例2

如果将安装槽5设置为开放式凹槽51，则可以先通过核磁获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板的三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的上表面2边缘处向外延伸出5cm平面，且延伸面6与水平轴呈35°，并在延伸面6的四周均匀设计12个长半轴为3mm、短半轴为1mm的椭圆形的固定孔7。在人工半月板的三维模型主体1的外侧端11表面设置与主体1结构呈垂直式的3个边长为1mm的等边三角形凹槽，等边三角形凹槽的分布方式为随机紧密分布。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用聚氨酯进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将芳纶平行编织成束，利用热固性高分子胶将纤维织物4粘接在上述人工半月板外周的等边三角形凹槽内。最后，在人工半月板表面进行并喷砂抛光处理。

如果将安装槽5设置为封闭式孔道52，则可以先通过核磁获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的上表面2边缘处向外延伸出5cm平面，且延伸面6与水平轴呈35°，并在延伸面6的四周均匀设计12个长半轴为3mm、短半轴为1mm的椭圆形的固定孔7。在人工半月板的三维模型主体1的外侧端11内部设置与主体1结构呈垂直式的3个边长为1mm的等边三角形孔道，等边三角形孔道的分布方式为随机紧密分布。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用聚氨酯进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将芳纶平行编织成束，随后将其浸润在高浓度的聚烯烃有机溶液中，加热干燥，重复12次。将上述处理后的纤维织物4穿入人工半月板主体1外侧端11内部的孔道中，然后，将密封胶黏剂加入孔道中，冷却后使纤维织物4固定在人工半月板的主体1内。最后，在人工半月板表面进行喷砂抛光处理。

实施例3

如果将安装槽5设置为开放式凹槽51，则可以先通过CT获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的下表面3边缘处向外延伸出3cm平面，且延伸面6与水平轴呈45°，并在延伸面6的四周紧密且均匀设计6个边长为3mm的正五边形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11表面设置与主体1结构呈单层水平环绕式的2个边长2cm正方形凹槽，正方形凹槽的分布方式为随机松散分布。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用聚醚醚酮和聚氨酯复合材料进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将胶原纤维编交叉织成束，利用聚酯线将其缝合在上述人工半月板外周凹槽内。最后，采用高分子溶液浸沾方法对人工半月板进行表面改性。

如果将安装槽5设置为封闭式孔道52，则可以先通过CT获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的下表面3边缘处向外延伸出3cm平面，且延伸面6与水平轴呈45°，并在延伸面6的四周紧密且均匀设计6个边长为3mm的正五边形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11内部设置与主体1结构呈单层水平环绕式的2个边长2cm正方形孔道，正方形孔道的分布方式为随机松散分布。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用聚醚醚酮和聚氨酯复合材料进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将胶原纤维编交叉织成束，随后将其浸润在高浓度的聚乳酸有机溶液中，加热干燥，重复20次。将上述处理后的纤维织物4穿入人工半月板主体1外侧端11内部的孔道中，然后将聚乳酸熔融物加入孔道中，冷却后使纤维织物4固定在人工半月板的主体1内。最后，采用高分子溶液浸沾方法对人工半月板表面进行表面改性。

实施例4

如果将安装槽5设置为开放式凹槽51，则可以先通过CT获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的下表面3边缘处向外延伸出4.5cm平面，且延伸面6与水平轴呈55°，并在延伸面6的四周均匀设计8个直径为1mm的圆形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11表面设置与主体1结构呈多层水平环绕式的1个直径为0.1mm圆形凹槽。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用ABS树脂进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将醋酯纤维和胶原纤维多股纤维编织成束，用高粘度聚烯烃溶液平行粘接在上述人工半月板外周凹槽内。最后，在人工半月板表面进行表面臭氧氧化处理，从而提高人工半月板的表面亲水性。

如果将安装槽5设置为封闭式孔道52，则可以先通过CT获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的下表面3边缘处向外延伸出4.5cm平面，且延伸面6与水平轴呈55°，并在延伸面6的四周均匀设计8个直径为1mm的圆形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11内部设置与主体1结构呈多层水平环绕式的1个直径为0.1mm圆形孔道。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用ABS树脂进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将不锈钢纤维穿入人工半月板主体1外侧端11内部的孔道中，然后将ABS树脂熔融物加入孔道中，冷却后使纤维织物4固定在人工半月板主体1内。最后在人工半月板表面进行表面臭氧氧化处理，从而提高人工半月板的表面亲水性。

实施例5

如果将安装槽5设置为开放式凹槽51，则可以先通过核磁获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的下表面3边缘处向外延伸出1cm平面，且延伸面6与水平轴呈25°，并在延伸面6的四周均匀设计9个边长为2mm的正方形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11表面设置与主体1结构呈水平/垂直交叉式的3/6个直径为1mm圆形凹槽。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用聚氨酯材料进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将碳纤维和蚕丝多股交叉编织成束，利用丙烯酸酯胶粘接在上述人工半月板外周凹槽内。最后，在人工半月板表面采用接枝改性接枝两性离子聚合物，从而提高人工半月板的表面亲水性和润滑性能。

如果将安装槽5设置为封闭式孔道52，则可以先通过核磁获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的下表面3边缘处向外延伸出1cm平面，且延伸面6与水平轴呈25°，并在延伸面6上的四周均匀设计9个边长为2mm的正方形的固定孔7。在人工半月板的三维模型主体1的外侧端11内部设置与主体1结构呈水平/垂直交叉式的3/6个直径为1mm圆形孔道。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用聚氨酯材料进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将碳纤维和蚕丝多股交叉编织成束，随后将其浸润在高浓度的聚氨酯有机溶液中，加热干燥，重复8次。将上述处理后的纤维织物4穿入人工半月板的主体1外侧端11内部的孔道中，然后将高浓度的聚氨酯有机溶液加入孔道中，反复加热烘干后使纤维织物4固定在人工半月板的主体1内。最后，在人工半月板表面采用接枝改性接吗枝两性离子聚合物，从而提高人工半月板的表面亲水性和润滑性能。

实施例6

如果将安装槽5设置为开放式凹槽51，则可以先通过核磁获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的下表面3边缘处向外延伸出1.5cm平面，且延伸面6与水平轴呈15°，并在延伸面6的四周紧密且均匀设计8个直径为1.0mm的圆形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11表面设置与主体1结构呈水平式6个直径为2mm圆形凹槽。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用聚己内酯和羟乙基纤维素复合材料进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将玻璃纤维多股交叉编织成束，利用亚麻线将其缝合在上述人工半月板外周凹槽内。最后，在人工半月板表面涂覆一层聚乙二醇涂层，从而提高材料生物相容性和降低对接触软骨的磨损。

如果将安装槽5设置为封闭式孔道52，则可以先通过核磁获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的下表面3边缘处向外延伸出1.5cm平面，且延伸面6与水平轴呈15°，并在延伸面6的四周紧密且均匀设计8个直径为1.0mm的圆形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11内部设置与主体1结构呈水平式6个直径为2mm圆形孔道。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用聚己内酯和羟乙基纤维素复合材料进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将玻璃纤维多股交叉编织成束，随后将其浸润在高浓度的羟乙基纤维素溶液中，加热干燥，重复16次。将上述处理后的纤维织物4穿入人工半月板的主体1外侧端11内部的孔道中，然后将高浓度的聚己内酯熔融物加入孔道中，冷却后使纤维织物4固定在人工半月板主体1内。最后，在人工半月板表面涂覆一层聚乙二醇涂层，从而提高材料生物相容性和降低对接触软骨的磨损。

实施例7

如果将安装槽5设置为开放式凹槽51，则可以先通过核磁获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的下表面3边缘处向外延伸出0.5cm平面，且延伸面6与水平轴呈60°，并在延伸面6的四周均匀设计6个边长为0.4mm的等边三角形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11表面设置与主体1结构呈垂直式8个直径为1mm圆形凹槽，分布方式为等距分布。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用不锈钢进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将粘胶纤维多股平行编织成束，用高粘度聚乳酸和透明质酸的混合溶液平行粘接在上述人工半月板外周凹槽内。最后，在人工半月板的表面进行并喷砂抛光处理。

如果将安装槽5设置为封闭式孔道52，则可以先通过核磁获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板的三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的下表面3边缘处向外延伸出0.5cm平面，且延伸面6与水平轴呈60°，并在延伸平面上的四周均匀设计6个边长为0.4mm的等边三角形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11内部设置与主体1结构呈垂直式分布的、8个直径为1mm圆形孔道，圆形孔道的分布方式为等距分布。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用不锈钢进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将粘胶纤维多股平行编织成束，随后将其浸润在高浓度的聚乳酸和透明质酸的混合溶液中，加热干燥，重复8次。将上述处理后的纤维织物4穿入人工半月板主体1外侧端11内部的孔道中，然后，将高浓度的聚乳酸有机溶液加入孔道中，反复加热干燥后使纤维织物4固定在人工半月板的主体1内。最后，在人工半月板表面进行并喷砂抛光处理。

实施例8

如果将安装槽5设置为开放式凹槽51，则可以先通过核磁获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的下表面3边缘处向外延伸出7cm平面，且延伸面6与水平轴呈60°，并在延伸面6上的松散且均匀设计14个边长为2mm的六边形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11表面设置与主体1结构呈水平环绕式的5个边长为0.5mm六边形凹槽，六边形凹槽的分布方式为随机松散分布。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用聚氨酯和银纳米离子复合物进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将玻璃纤维、棉花和碳纤维多股交叉编织成束，利用密封胶粘剂和水基胶粘剂的混合胶粘接在上述人工半月板的外周凹槽内。最后，采用高分子溶液浸沾方法对人工半月板进行表面改性。

如果将安装槽5设置为封闭式孔道52，则可以先通过核磁获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的下表面3边缘处向外延伸出7cm平面，且延伸面6与水平轴呈60°，并在延伸面6上的松散且均匀设计14个边长为2mm的六边形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11内部设置与主体1结构呈水平环绕式的5个边长为0.5mm六边形孔道，六边形孔道的分布方式为随机松散分布。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用聚氨酯和银纳米离子复合物进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将玻璃纤维、棉花和碳纤维多股交叉编织成束，随后将其浸润在高浓度的聚氨酯、纤维素和透明质酸的混合溶液中，加热干燥，重复20次。将上述处理后的纤维织物4穿入人工半月板的主体1外侧端11内部的孔道中，然后，将聚氨酯熔融物加入孔道中，冷却后使纤维织物4固定在人工半月板主体1内。最后，利用高分子溶液浸沾方法对人工半月板进行表面改性。

实施例9

如果将安装槽5设置为开放式凹槽51，则可以先通过CT获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的下表面3边缘处向外延伸出8cm平面，且延伸面6与水平轴呈80°，并在延伸面6的四周均匀设计4个直径为1.5mm的圆形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11表面设置与主体1结构呈多层水平环绕式的2个直径为1mm圆形凹槽，圆形凹槽的分布方式为等距分布。最终得到优化后的半月板三维模型，使用聚氨酯和二氧化硅复合物进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将乙纶和腈纶多股编织成束，利用手术钢和聚乙醇酸线将其缝合在上述人工半月板的外周凹槽内。最后，在人工半月板表面进行表面臭氧氧化处理，从而提高人工半月板的表面亲水性。

如果将安装槽5设置为封闭式孔道52，则可以先通过CT获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的下表面3边缘处向外延伸出8cm平面，且延伸面6与水平轴呈80°，并在延伸面6的四周均匀设计4个直径为1.5mm的圆形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11内部设置与主体1结构呈多层水平环绕式的2个直径为1mm圆形孔道，圆形孔道的分布方式为等距分布。最终得到优化后的半月板三维模型，使用聚氨酯和二氧化硅复合物进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将乙纶和腈纶多股编织成束，随后将其浸润在高浓度的聚氨酯有机溶液中，加热干燥，重复10次。将上述处理后的纤维织物4穿入人工半月板主体1外侧端11内部的孔道中，然后将聚氨酯熔融物加入孔道中，冷却后使纤维织物4固定在人工半月板的主体1内。最后，在人工半月板表面进行表面臭氧氧化处理，从而提高人工半月板的表面亲水性。

实施例10

如果将安装槽5设置为开放式凹槽51，则可以先通过核磁获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的上表面2和下表面3边缘处向外延伸出8cm平面，且延伸面6与水平轴呈50°，并在延伸面6的四周均匀设计16个直径为8mm的圆形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11表面设置与主体1结构呈多层水平环绕式的2个直径为1mm圆形凹槽，圆形凹槽的分布方式为等距分布。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用聚氨酯和二氧化硅复合物进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将锦纶和金属纤维多股平行编织成束，高粘度的纤维素溶液平行粘接在上述人工半月板的外周凹槽内。最后，在人工半月板表面采用接枝改性接枝聚乙二醇，从而提高人工半月板的表面亲水性和润滑性能。

如果将安装槽5设置为封闭式孔道52，则可以先通过核磁获取植入者膝关节的影响数据，并通过医学逆向软件，将获得的膝关节影像数据处理得到人工半月板三维模型。将人工半月板三维模型进行表面平滑度优化，在人工半月板的上表面2和下表面3边缘处向外延伸出8cm平面，且延伸面6与水平轴呈50°，并在延伸面6的四周均匀设计16个直径为8mm的圆形的固定孔7。在人工半月板三维模型主体1的外侧端11内部设置与主体1结构呈多层水平环绕式的2个直径为1mm圆形孔道，圆形孔道的分布方式为等距分布。最终得到优化后的人工半月板三维模型，使用聚氨酯和二氧化硅复合物进行3D打印，得到个性化人工半月板。

将锦纶和金属纤维多股平行编织成束，随后将其穿入人工半月板主体1外侧端11内部的孔道中，然后，将聚氨酯熔融物加入孔道中，冷却后使纤维织物4固定在人工半月板的主体1内。最后，在人工半月板表面采用接枝改性接枝聚乙二醇，从而提高人工半月板的表面亲水性和润滑性能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本发明所提供的3D打印人工半月板结构及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种3D打印人工半月板结构，包括：主体(1)、位于所述主体(1)顶部的上表面(2)以及位于所述主体(1)底部的下表面(3)，其特征在于，所述主体(1)为中间薄、四周厚的盘状结构，所述主体(1)的外侧端(11)设有用于容纳纤维织物(4)的安装槽(5)，所述上表面(2)和所述下表面(3)均向外延伸设有延伸面(6)，所述延伸面(6)设有用于穿过缝合线的固定孔(7)。

2.根据权利要求1所述的3D打印人工半月板结构，其特征在于，所述安装槽(5)包括设于所述外侧端(11)的表面的开放式凹槽(51)或设于所述外侧端(11)的内部的封闭式孔道(52)。

3.根据权利要求2所述的3D打印人工半月板结构，其特征在于，所述开放式凹槽(51)或所述封闭式孔道(52)的直径为0.1-3mm，所述开放式凹槽(51)的凹槽方向或所述封闭式孔道(52)的孔道方向与所述主体(1)的关系为垂直设置、水平设置、单层水平环绕设置或多层水平环绕设置；

所述开放式凹槽(51)或所述封闭式孔道(52)的分布方式为等距分布、随机松散分布或随机紧密分布。

4.根据权利要求1至3任一项所述的3D打印人工半月板结构，其特征在于，所述延伸面(6)的长度为0.5-10cm，所述延伸面(6)与水平面的夹角为0°-90°。

5.根据权利要求1至3任一项所述的3D打印人工半月板结构，其特征在于，所述固定孔(7)的直径为0.1-10mm，所述固定孔(7)的分布方式为四周分布、紧密分布或松散分布。

6.一种制备方法，其特征在于，用于制作上述权利要求1-5任一项所述的3D打印人工半月板结构，所述制备方法包括：

3D打印主体(1)；

将纤维织物(4)固定在安装槽(5)内；

对所述主体(1)进行表面改性。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，3D打印主体(1)，包括：利用聚氨酯、聚乳酸、聚醚醚酮、聚乙内酯、ABS树脂、聚烯烃、金属/有机复材或无机/有机复材3D打印所述主体(1)。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述纤维织物(4)的材料为天然纤维或化学纤维，所述纤维织物(4)的织物结构为由单股或多股的纤维束平行编织而成或交叉编织而成的束状结构。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，将纤维织物(4)固定在安装槽(5)内，包括：

通过高粘度液体浸润粘接所述纤维织物(4)，其中，所述高粘度液体包括聚氨酯、聚乳酸、聚烯烃、透明质酸、纤维素或熔融物中的至少一种；

或，通过粘接胶粘接所述纤维织物(4)，其中，所述粘接胶包括丙烯酸酯胶、热固性高分子胶、密封胶粘剂或水基胶粘剂中的至少一种；

或，通过缝合线固定所述纤维织物(4)，其中，所述缝合线包括手术钢、亚麻、聚酯线或聚乙醇酸线中的至少一种。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，对所述主体(1)进行表面改性，包括：对所述主体(1)进行物理改性或化学改性；

所述物理改性包括表面涂层处理或喷砂；所述化学改性包括表面接枝改性或表面氧化处理。

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