一种具有压电性能的高分子椎间融合器及其3D打印

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种具有压电性能的高分子椎间融合器及其3d打印方法。背景技术：1、随着人口增长和老龄化，因疾病、意外等原因造成脊椎受损的病人越来越多，脊椎融合治疗的临床需求逐年增长。在脊柱融合治疗手术中，需要用椎间融合器等植入器械对受损部位进行融合与固定。因此，椎间融合器这种植入器械的需求也随之增长。早期，椎间融合器为不锈钢材质，现在有钛合金类，但不管哪种金属材料，因金属固有力学性能原因，金属类的椎间融合器与人体自然脊椎的力学性能不匹配，导致植入器械周围脊椎骨无法很好的融合。非金属类融合器，以聚醚醚酮(peek)椎间融合器为主。专利202211509719.9公布了一种3d打印技术制备的具有骨小梁仿生结构的钛合金椎间融合器，该专利公开了一种3d打印颈椎椎间融合器设计方法，以仿生骨小梁结构解决现有的实体以及规律微孔结构椎间融合器影响细胞生长与成骨分化以及长期使用的稳定性定位问题，同时解决仿生椎间融合器不能完成系统骨内植物结构设计以及微孔参数控制不佳的问题。专利202211452457.7公布了一种3d打印椎间融合器的方法及椎间融合器，采用聚芳基醚酮丝材，通过熔融挤出方式进行3d打印，加工温度350-400℃，最终获得结晶度为20-30％的椎间融合器。现有的金属椎间融合器弹性模量太高，融合器下沉及应力遮挡是主要问题，通过放生骨小梁结构设计可以一定程度改善骨整合效果，但是不能改变金属本身固有力学性质。peek融合器虽然具有可靠的生物相容、稳定的化学性、优异的力学性能弹性模量，但是表面较光滑且亲水基团较少，无法为细胞黏附提供理想的成骨环境，可能导致骨整合能力欠佳。骨与融合器之间存在纤维结缔组织空间，影响骨性融合。技术实现思路1、为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种具有压电性能的高分子椎间融合器。该高分子椎间融合器的结构设计为圆柱形状，横截面积小，可以实现微创手术，伤口小，恢复快，减轻病人痛苦。2、本发明的第二目的在于提供一种具有压电性能的高分子椎间融合器的3d打印方法。该3d打印方法具体制作流程如图1所示，先利用挤出机将压电陶瓷粉体与高分子材料混合，并挤出成丝状复合材料待用；利用三维设计软件设计椎间融合器三维模型，保存成stl格式的模型；利用3d打印数据处理软件设置打印参数后保存成gcode格式的模型；将模型导入3d打印机，利用丝状压电高分子复合材料打印出具有压电性能的高分子椎间融合器。3、本发明的首要目的通过下述技术方案实现：4、一种具有压电性能的高分子椎间融合器，包括圆柱形螺纹融合器主体和扩张螺丝；所述圆柱形螺纹融合器主体包括中空圆柱体和前端底座；所述中空圆柱体四周对称设置四条凹槽；所述相邻两个凹槽之间形成四个具有外螺纹凸起的曲面；所述曲面内部设有内螺纹；所述扩张螺丝与圆柱形螺纹融合器通过内螺纹连接；所述外螺纹凸起与椎体组织形成咬合的互锁结构。5、优选地，所述前端底座四周对称设置有四条卡槽。6、优选地，所述扩张螺丝为内六角紧定螺钉。7、本发明的第二目的通过下述技术方案实现：8、一种具有压电性能的高分子椎间融合器的3d打印方法，包括如下步骤，9、(1)压电高分子复合材料的丝材制备：按照质量比为70～90:30～10称取高分子有机物和压电陶瓷粉体，将两种材料混合后用挤出机挤出制备压电高分子复合材料的丝材；10、(2)椎间融合器的制作：对打印目标进行模型设计，获得椎间融合器模型，利用三维设计软件设计椎间融合器的三维模型，导出stl格式模型；将stl格式模型导入cura软件，自动生成支撑结构，设置打印参数，利用压电高分子复合材料的丝材开始打印，打印完成后，去除支撑结构，制备得到具有压电性能的高分子椎间融合器；11、步骤(1)中所述挤压参数如下：挤出机第一段温度为250～350℃，挤出机第二段温度为300～400℃，挤出机第三段温度为300～500℃，且挤出机第一段温度＜挤出机第二段温度＜挤出机第三段温度；挤出机螺杆转速为30～50转/分钟；12、步骤(2)中打印参数如下：打印层厚0.1～0.3mm，打印温度设置为350～400℃，打印腔室温度设置为110～140℃，打印平台温度设置为120～130℃，打印速度设置为50mm/s。13、优选地，所述压电陶瓷粉体为钛酸钡粉体、氧化锌，钛酸铋钠(na1/2bi1/2)tio3，铌酸钾knbo3，铌酸锂linbo3中的一种。14、优选地，步骤(1)中所述高分子有机物为聚醚醚酮、聚偏氟乙烯、聚(偏氟-三氟)共聚物、聚(羟基丁酸和羟基戊酸共聚物)中的一种。15、优选地，步骤(1)中所述挤压参数如下：挤出机第一段温度为300℃，挤出机第二段温度为350℃，挤出机第三段温度为400℃，挤出机螺轩转速为35转/分钟。16、优选地，步骤(2)中三维设计软件为3d one plus。17、优选地，步骤(2)中打印参数如下：打印层厚0.1mm，打印温度设置为400℃，打印腔室温度设置为140℃，打印平台温度设置为130℃，打印速度设置为50mm/s。18、椎间融合器的工作原理如下：19、对于本发明的椎间融合器初始形状为圆柱形螺纹融合器，其内部有一个扩张螺丝，将扩张螺丝从圆柱形螺纹融合器主体的后端旋入到前端，使融合器的可变形部分形成了水平和垂直两个方向的位移，水平方向的位移增大了融合器与终板的接触面积，垂直方向的位移使得融合器更符合解剖学和生物力学的要求。临床手术时，将扩张螺丝从融合器的后端旋入到前端，这时融合器则由椭圆型形变成类长方形，并且融合器前端撑开，一方面，椎间融合器被撑开的前端会卡在脊椎的上、下椎板之间，即所述椎间融合器通过外螺纹凸起与椎体组织形成互锁结构，另一方面，由于扩张螺丝从圆柱形螺纹融合器主体的后端旋入到前端，未被撑开的椎间融合器前段与被撑开的椎间融合器后端形成一定角度的锥形体，进一步使得椎间融合器与椎体组织精密贴合，因此不需要额外固定钉固定。20、相对于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：21、(1)现有技术中的椎间融合器结构一般为长方形或梯形，在进行椎间融合手术过程中，需要切开面积较大的周围组织，本发明所述椎间融合器的结构为可撑开式的圆柱形状，横截面积小，可以实现微创手术，伤口小，恢复快，能够减轻病人痛苦；22、(2)现有技术中的椎间融合器在植入后，需要使用螺钉进行固定，而本发明所设计的可撑开式椎间融合器，在植入体内后，不需要螺钉进行固定，椎间融合器表面的螺纹可以与椎体组织形成良好咬合，此外，通过旋转内部螺钉，融合器的顶端被撑开一定角度，与椎体形成互锁结构，不需要另外的螺钉来固定；23、(3)现有技术中的椎间融合器不具有压电性能，对椎体生长不能形成促进作用，而本发明所述的可撑开式椎间融合器具有压电性能，所述压电性能可以刺激组织生长修复，促进人体椎间的融合，椎间融合时间，加快骨整合。