專利名稱：復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，特別涉及一種羥基磷灰石陶瓷表面PLA復(fù)膜的脊柱融合器。
背景技術(shù)：
脊柱椎間融合器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于脊柱退行性疾病和脊柱骨折、脫位等情況的治療，其作用主要是有效維持椎間隙的高度并穩(wěn)定融合節(jié)段，從而實現(xiàn)椎間的骨性融合。脊柱融合是治療脊柱結(jié)核、感染、畸形、退行性病變以及椎間盤損傷等脊柱疾患的有效手段。椎間融合器具有撐開椎間隙，使前縱韌帶處于緊張狀態(tài)、恢復(fù)椎間高度，并通過腹部肌肉的收縮、自身體重等對椎間融合器的壓縮實現(xiàn)椎間融合器的穩(wěn)定并促進椎體間的骨性融合。隨著脊柱融合理念的不斷完善，椎體間的融合越來越被重視。而脊柱椎間融合器能夠通過椎體周圍肌肉收縮和椎體周圍韌帶張力作用而保持每個融合節(jié)段的穩(wěn)定性，隨著材料學(xué)的發(fā)展和外形設(shè)計的進步，為融合節(jié)段的穩(wěn)定性提供了更多的保證。脊柱融合手術(shù)在1911年最早由Hibbs提出，而Mercerl936年提出了推體間融合理論后，使脊柱融合術(shù)取得迅速發(fā)展，現(xiàn)已成為治療骨科疾病的重要手段。1988年Bagby首次將一種不銹鋼中空狀“籃子”應(yīng)用于臨床，用來裝載移植骨進行腰椎椎間融合治療椎間盤源性下腰痛，取得非常大的成功。從此，金屬椎間融合器在脊柱外科手術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。然而金屬脊柱融合器的彈性模量遠遠高于皮質(zhì)骨，在體內(nèi)會引起應(yīng)力遮擋，從而導(dǎo)致植入部位產(chǎn)生骨質(zhì)疏松、骨萎縮、植入部位塌陷、融合器松動或滑脫等并發(fā)癥。而且金屬融合器產(chǎn)生的碎屑使機體產(chǎn)生巨噬細胞、白介素一 1、白介素一 6、前列腺素E2、腫瘤壞死因子等，影響骨的融合。另外，金屬材料無法透過X光，影響術(shù)后對骨融合部位的觀察。由人工合成的高分子材料制成的脊柱融合器(如聚醚醚酮，PEEK)，雖然彈性模量與椎體骨匹配，具有良好的抗腐蝕性，能透過X光，但同時也可導(dǎo)致一系列并發(fā)癥神經(jīng)根損傷；融合器松動；融合器塌陷，椎間隙及椎間孔高度減?。徊蝗诤系?。羥基磷灰石HA是一種磷酸鈣即Hydroxyapat北e，廣泛存在于人體中，主要分布于骨骼和牙齒中，因此其生物相容性很好。羥基磷灰石實質(zhì)上是一種高度交錯聚合的陶瓷磷酸鈣聚合物，其中鈣磷元素摩爾比值為1. 67。在骨骼和牙齒中，鈣和磷主要以膠體磷酸鈣結(jié)晶形態(tài)存在，并和膠原蛋白質(zhì)共同構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。羥基磷灰石能與膠原蛋白和細胞緊密結(jié)合，促進骨骼的生長，在硬和軟組織的連接中起到關(guān)鍵的作用。有研究表明，植入的羥基磷灰石材料在缺損處為修復(fù)早期的微血管形成及宿主骨系細胞的附著提供支撐。但常規(guī)羥基磷灰石陶瓷是脆性材料，僅能用于人工關(guān)節(jié)涂層，聽耳骨等非承重條件下的生物材料應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為克服以上問題，本發(fā)明提供一種抗壓強度大、斷裂韌性大、手術(shù)安全性好的復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器。技術(shù)方案復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于所述脊柱融合器采用聚醚醚酮材料加入晶粒尺寸小于100納米的羥基磷灰石粉燒結(jié)制成，所述脊柱融合器表面覆有分子量為 15-25萬的聚乳酸膜。所述聚乳酸為左旋聚乳酸。 所述羥基磷灰石粉HA顆粒直徑小于60納米。所述燒結(jié)為兩步法或多步法。所述聚醚醚酮材料中含有總質(zhì)量為0. 2% -10%的摻雜項，所述摻雜項為&02、 SiO2, Al2O3^TiO2中的一種或幾種。所述摻雜項還包括IO3或CeO2。所述摻雜項的晶粒尺寸小于60納米。表面所覆聚乳酸膜的厚度為0. 3-0. 5mm。復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器的復(fù)膜方法，其特征在于包括以下步驟將聚乳酸溶于丙酮中配制成聚乳酸溶液，將燒結(jié)得到的羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器進行硅烷偶合處理，并浸泡于所述聚乳酸溶液中，離心去除多余溶液，室溫干燥。所述聚乳酸溶液質(zhì)量分數(shù)為10 %。技術(shù)效果復(fù)膜羥基磷灰石脊柱融合器，主要是利用了 HA的高強度和PLA柔韌性結(jié)合，體現(xiàn)宏觀、綜合的優(yōu)良機械性能，PLA和HA與人體都有很好的生物相容性。并且HA可以通過調(diào)節(jié)和控制材料的組成和晶粒大小，使材料達到最佳的力學(xué)性能；表面高分子量的PLA復(fù)膜可進一步有效地克服羥基磷灰石脆性，改善了手術(shù)時捶擊易碎性，尤其保證手術(shù)安全進行。 術(shù)后PLA復(fù)膜在引導(dǎo)骨生長中可降解，基體保持羥基磷灰石的生物活性，在體內(nèi)與骨達到骨性融合。HA可中和聚合物在降解過程中產(chǎn)生的酸性成分，減少非特異炎癥的發(fā)生。此類復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器可以避免金屬融合器引起的應(yīng)力遮擋和金屬碎屑問題，不影響CT、MRI檢查，同時為骨的修復(fù)提供鈣磷等元素，有助于骨的修復(fù)和融合。此類材料可以批量生產(chǎn)，有效解決自體骨的問題。選用兩步或多步法燒結(jié)，可將羥基磷灰石陶瓷晶?？刂圃?00納米以下，使羥基磷灰石陶瓷綜合機械強度提高。不同的燒結(jié)方法對HA礦化后的晶粒尺寸有很大影響，而晶粒尺寸直接影響到陶瓷的機械強度，由于本發(fā)明的復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器對力學(xué)強度有一定要求，因此采用兩步法或多步法燒結(jié)，這樣可使陶瓷晶粒尺寸得到控制，降低脆性，增強韌性。摻雜納米級的&02、310241203、1102能不同程度的提高羥基磷灰石的硬度和強度； 摻入少量t03、ce&可保證前述的晶體相結(jié)構(gòu)以達到最好的性能。優(yōu)選左旋聚乳酸PLLA，可以獲得更好的機械性能。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。以下實施例中所采用的力學(xué)性能測試方法如下將脊柱融合器成品置于材料力學(xué)試驗機中進行壓縮試驗，下壓量為5mm，下壓速度為0. 5mm/min，對其抗壓強度進行測試。將脊柱融合器成品置于彈性模量測試儀上，下壓量為5mm，試驗速度0. 5mm/min0 對其彈性模量進行測試。實施例1脊柱融合器為長方香蕉型，寬14mm，長25mm，高10mm，壁厚2. 5mm,上下表面具有解剖型結(jié)構(gòu)，其上的咬合齒高度為0. 5mm。適用于患者L5/S1椎間盤突出癥。羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，所用材料為晶粒尺寸小于100納米的羥基磷灰石陶瓷材料，將聚醚醚酮PEEK材料加入上述羥基磷灰石陶瓷材料燒結(jié)制成融合器，再將其表面覆有分子量為15-25萬的聚乳酸制成上述尺寸的羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器。聚乳酸覆膜的方法①將一定量的PDLLA溶于丙酮中，配制成質(zhì)量分數(shù)為10%的 PDLLA溶液。②將HA陶瓷脊柱融合器進行硅烷偶合處理，使其表面吸附了一層類似于磷化晶體的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的超薄有機納米膜層(50 500nm)，同時在界面形成結(jié)合力很強的共價鍵，利于復(fù)膜。③將處理后的HA陶瓷脊柱融合器浸泡于溶液①中，后離心去除多余PDLLA 溶液，室溫干燥，即可在HA陶瓷脊柱融合器上均勻涂覆一層PDLLA高分子薄膜。脊柱融合器中^O2含量為小于0. 5% (質(zhì)量比)，其抗壓強度高于180MPa，彈性模量高于20GPa。實施例2脊柱融合器的結(jié)構(gòu)尺寸及復(fù)膜方法同實施例1。但融合器有前低后高5度的傾斜度。寬14mm，長25mm，高10mm，壁厚2. 5mm，上下表面具有解剖型結(jié)構(gòu)，其上的咬合齒高度為 0. 5mm。適用于患者L4/L5椎間盤突出癥。羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，制作方法同前，脊柱融合器所用材料為晶粒尺寸60 納米的羥基磷灰石陶瓷材料，復(fù)膜PLA厚度達0. 5mm,抗壓強度高于150MPa，彈性模量高于 20GPao實施例3脊柱融合器的結(jié)構(gòu)尺寸及復(fù)膜方法同實施例1。脊柱融合器所用材料為晶粒尺寸小于65納米的羥基磷灰石陶瓷材料，將聚醚醚酮PEEK材料加入上述羥基磷灰石陶瓷材料， 通過兩段法或多段法燒結(jié)制備而成融合器，用硅烷偶合處理后，復(fù)膜PLA厚度達0. 5mm。適用于患者L5/S1椎間盤突出癥。測得其抗壓強度高于150MPa，彈性模量高于15GPa。實施例4羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，所用材料為晶粒尺寸小于90納米的羥基磷灰石陶瓷材料，其中含有納米級的總質(zhì)量小于2%的&02、SiO2，用硅烷偶合處理，復(fù)膜PLA厚度達 0. 5mm，測得其抗壓強度高于130MPa，彈性模量高于15GPa。實施例5羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，所用材料為晶粒尺寸小于70納米的羥基磷灰石陶瓷材料，其中含有納米級的總質(zhì)量小于5%的^O2和小于1 % 103。復(fù)膜PLA厚度達0. 5mm, 測得其抗壓強度高于150MPa，彈性模量高于15GPa。實施例6羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，所用材料為晶粒尺寸小于80納米的羥基磷灰石陶瓷材料，其中含有納米級的總質(zhì)量小于5%的^O2和TW2和小于Ce02。復(fù)膜PLA厚度達0. 5mm，測得其抗壓強度高于130MPa，彈性模量高于20GPa。實施例7羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，所用材料為晶粒尺寸小于75納米的羥基磷灰石陶瓷材料，其中含有納米級的總質(zhì)量小于3%的&02和小于103。復(fù)膜PLA厚度達0. 3mm。 測得其抗壓強度高于130MPa，彈性模量高于15GPa。實施例8羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，所用材料為晶粒尺寸小于60納米的羥基磷灰石陶瓷材料，其中含有納米級的總質(zhì)量小于2%的Al2O315復(fù)膜PLA厚度達0.5mm。測得其抗壓強度高于150MPa，彈性模量高于20GPa。其它實施例本發(fā)明的脊柱融合器具有各種不同的設(shè)計型式和尺寸，以適應(yīng)不同的患者及不同的脊柱受損部位。諸如還包括適用于頸椎的矩形立方體脊柱融合器，寬13mm，長13mm，高7mm。還包括適用于腰椎的棋形立方體脊柱融合器，寬25mm，長13mm，高13mm，等等。以上各實施例的抗壓強度大于130MPa，彈性模量小于lOOGPa，這說明本發(fā)明在力學(xué)強度上符合人體骨的力學(xué)標準。通過以上實施例證明，燒結(jié)后HA陶瓷表面復(fù)PLA膜，從而改善了融合器材料整體的力學(xué)性能。且為提高羥基磷灰石陶瓷材料的綜合機械性能，在納米羥基磷灰石粉中添加總質(zhì)量為0. 2% -10%的摻雜項是有效的。摻雜納米級的&02、SiO2, A1203、TiO2，它們都能不同程度的提高羥基磷灰石的硬度和強度。摻入少量103、CeO2可保證上述氧化物特別是 ZrO2的晶體相結(jié)構(gòu)，四方相的晶體結(jié)構(gòu)已有報道證明其韌性最好。本發(fā)明的PLA復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器是由晶粒尺度小于100納米的羥基磷灰石陶瓷材料和PLA復(fù)膜制成，在力學(xué)性能上顯著優(yōu)于傳統(tǒng)羥基磷灰石陶瓷，尤其是提高了斷裂韌性，因此能夠克服常規(guī)羥基磷灰石陶瓷的脆性，滿足脊柱融合器的力學(xué)要求。同時，本發(fā)明的羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器能夠保持羥基磷灰石的生物活性，在體內(nèi)與骨達到骨性融合。
權(quán)利要求
1.復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于所述脊柱融合器采用聚醚醚酮材料加入晶粒尺寸小于100納米的羥基磷灰石粉燒結(jié)制成，所述脊柱融合器表面覆有分子量為 15-25萬的聚乳酸膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于所述聚乳酸為左旋聚乳酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于所述羥基磷灰石粉HA顆粒直徑小于60納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于所述燒結(jié)為兩步法或多步法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1任一所述的復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于所述聚醚醚酮材料中含有總質(zhì)量為0. 2% -10%的摻雜項，所述摻雜項為&02、Si02、Al2O3JW2中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于摻雜項還包括 Y2O3 或 CeO2。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于所述摻雜項的晶粒尺寸小于60納米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于表面所覆聚乳酸膜的厚度為0. 3-0. 5mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器的復(fù)膜方法，其特征在于包括以下步驟將聚乳酸溶于丙酮中配制成聚乳酸溶液，將燒結(jié)得到的羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器進行硅烷偶合處理，并浸泡于所述聚乳酸溶液中，離心去除多余溶液，室溫干O
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在所述聚乳酸溶液質(zhì)量分數(shù)為10%。
全文摘要
復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器，所述脊柱融合器采用聚醚醚酮材料加入羥基磷灰石粉燒結(jié)制成，所述脊柱融合器表面覆有聚乳酸膜。HA可以通過調(diào)節(jié)和控制材料的組成和晶粒大小，使材料達到最佳的力學(xué)性能；表面高分子量的PLA復(fù)膜可進一步有效地克服羥基磷灰石脆性，尤其是提高了斷裂韌性，因此能夠克服常規(guī)羥基磷灰石陶瓷的脆性，滿足脊柱融合器的力學(xué)要求。同時，本發(fā)明的羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器能夠保持羥基磷灰石的生物活性，在體內(nèi)與骨達到骨性融合。還包括復(fù)膜羥基磷灰石陶瓷脊柱融合器的復(fù)膜方法。
文檔編號A61L31/10GK102188757SQ201110119729
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者崔福齋, 朱錦文, 王昶明, 連小潔, 郭文廣 申請人:北京奧精醫(yī)藥科技有限公司, 清華大學(xué)