專利名稱：可吸收金屬髓內釘及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種醫(yī)療器械技術領域的器械及其制備方法，具體是一種具有
生物安全性的體內可吸收金屬髓內釘及其制備方法。
背景技術：
在骨遠端和近端髓腔內植入一個生物相容性好、具有一定強度的內置物，達到 骨折端連接及固定之目的，稱為髓內釘固定。髓內釘固定是中軸性骨釘，比較穩(wěn)定，可 以大大降低外骨膜和血運破壞程度。髓內釘常用于直形骨折和具有輕微弧度的骨折，在 臨床應用具有良好的治療效果。 當前臨床應用的髓內釘主要由不銹鋼、鈦合金制成。這些合金彈性模量遠高于 人骨，會產(chǎn)生應力遮擋效應，使骨折部位得不到有效的應力剌激，最終骨折愈合效果不 佳甚至失敗。同時，此類合金植入人體后會緩慢釋放毒性離子或粒子，引發(fā)慢性炎癥， 導致不易痊愈。而且目前的植入器械生物活性較差，植入人體后對成骨細胞的增殖、分 化、骨組織再生、礦化沉積等無顯著的促進作用，對骨折愈合缺少有益的剌激作用，生 物相容性較差。此外，現(xiàn)有不銹鋼、鈦合金等制作的骨釘、髓內針等不可吸收，手術痊 愈后必須經(jīng)過二次手術取出，增加了患者的經(jīng)濟負擔和痛苦。可吸收髓內釘可解決上述 部分問題。但目前臨床可吸收器械基本由聚合物材料制造，如聚乳酸、聚乙醇酸、殼聚 糖等，強度低，力學性能難以滿足要求，吸收過程產(chǎn)生的酸性物質也會引起排異反應。
鎂合金力學強度遠高于可降解聚合物；彈性模量45GPa左右，與人骨接近，可 降低應力遮擋；鎂化學性質活潑，在水溶液中易腐蝕降解吸收；同時鎂是人體不可缺少 的重要營養(yǎng)元素，對人體安全。Witte等在《Biomaterials》雜志2005年26巻3557-3563頁報道了將AZ31 、 AZ91、 WE43和LAE442四種鎂合金植入豚鼠股骨遠端，表明同聚乳酸相比鎂合金有顯著 的促進成骨作用。國內外多家研究機構也對鎂合金的生物降解吸收性能進行了探索，但 所用合金大多含有鋁和稀土等有害元素。 經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN101283922A，記載了一種 "生物活性可吸收骨內固定植入器械"，該技術所設計的植入器械亦含有大量鋁、稀土 元素。 鋁元素公認具有神經(jīng)毒性，可以在生物體內富集并抑制鈣吸收，導致生物體缺 鈣，進而影響生物體一系列重要的生理功能?，F(xiàn)有的可吸收鎂合金動物試驗基本上是幾 個月內的短期效果，無法排除長期植入時鋁元素引起累計、病變的可能。另一方面，稀 土元素也會在人體積累，且排出極為緩慢，同樣會產(chǎn)生毒性并引起病變，如稀土離子可 競爭鈣離子結合位點，影響細胞生命活動。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種可吸收金屬髓內釘及其制備方
3法，由Mg、 Zn、 Ca、 Mn、 Fe等全部營養(yǎng)元素組成，從根本上保證生物安全性。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的本發(fā)明涉及可吸收金屬髓內釘為直線釘或弧度釘，其截面直徑lmm-15mm，長 度或弧長為5mm-500mm，該髓內釘?shù)慕M分及其質量百分比含量為0.01 %-10%的Zn、 0.01X-5X的Ca、 0.001%-5%的Fe、 0.01X-5X的Mn，余量為Mg。
所述的可吸收金屬髓內釘?shù)慕孛嫘螤顬榉忾]式三葉草型、開放式三葉草型、 圓形、環(huán)形或多邊形結構。所述的可吸收金屬髓內釘?shù)尼旙w上設有孔洞，該孔洞直徑lmm-10mm。 所述的可吸收金屬髓內釘?shù)耐獗砻嬖O有復合涂層，該復合涂層包括羥基磷灰
石、含氟磷灰石、氟化鎂、磷酸一氫鈣、磷酸二氫鈣、二水磷酸氫鈣、磷酸三鈣、聚乳
酸、聚乙醇酸、乳酸-乙醇酸共聚物、殼聚糖的一種或其組合。
本發(fā)明涉及上述可吸收金屬髓內釘?shù)闹苽浞椒?，包括以下步驟第一步，在保護氣氛環(huán)境下將純鎂放在坩堝中熔化后依次加入Ca、 Zn、 Fe或
Mn中的一種或多種形成金屬合金，經(jīng)保溫攪拌處理后澆鑄成合金鑄錠，最后經(jīng)熱擠壓處
理或熱軋?zhí)幚?，制成髓內釘粗坯?所述的保護氣氛是指氬氣與六氟化硫-二氧化碳的混合氣體；
所述的在坩堝中熔化是指熔煉溫度650°C -800°C ;所述的金屬合金中的質量百分比含量為0.01%-10%的211、 0.01X-5X的Ca、 0.001%-5%的Fe、 0.01X-5X的Mn，余量為Mg。 第二步，將髓內釘粗坯車削成直線釘或弧度釘，然后在直線釘或弧度釘?shù)谋砻?進行涂層改性處理，得到可吸收金屬髓內釘。 所述的涂層改性處理是指采用浸提法、水熱處理、電沉積、微弧氧化、熱噴 涂、激光熔覆或離子注入方法在直線釘或弧度釘?shù)谋砻嫱扛擦u基磷灰石、含氟磷灰石、 氟化鎂、磷酸一氫鈣、磷酸二氫鈣、二水磷酸氫鈣、磷酸三鈣、聚乳酸、聚乙醇酸、乳 酸-乙醇酸共聚物、殼聚糖的一種或其組合。 本發(fā)明制備所得髓內釘彈性模量、密度接近人體，避免或減少應力遮擋效應， 促進骨折愈合；同時具有較高的強度，彌補了可降解聚合物材料的不足。該髓內釘在體 內可持續(xù)吸收，且吸收降解過程有Ca、 Mg的磷酸鹽層生成，利于骨傳導。并可通過改 變合金成分、組織結構和涂覆涂層的成分與結構有效調整降解速率。


圖1為實施例髓內釘截面形狀示意圖。
圖2為直線型髓內釘和帶有弧度的髓內釘示意圖 圖3為實施例6中效果示意圖。 圖4是實施例7示意圖。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進 行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的
4實施例。 實施例1 熔煉94wt^Mg-6wt^Zn合金鑄錠，經(jīng)40(TC熱處理3小時后熱擠壓成粗坯，擠 壓溫度20(TC。然后車床加工成截面形狀為圓形的直線型髓內釘，最后在直線型髓內釘?shù)?表面進行涂層改性處理，得到可吸收金屬髓內釘；本實施例制備得到的可吸收金屬髓內釘?shù)闹睆?mm，長30rmn，利用熱噴涂法 制備羥基磷灰石涂層。三點彎曲強度600MPa，拉伸強度300MPa，彈性模量41GPa。
實施例2 熔煉99.3wt% Mg-0.7wt% Ca合金鑄錠，經(jīng)500°C 4小時熱處理后熱擠壓成棒材 粗坯，擠壓溫度30(TC，機加工成截面形狀為封閉式三葉草型的直線型髓內釘，然后在直 線型髓內釘?shù)谋砻孢M行涂層改性處理，得到可吸收金屬髓內釘； 本實施例制備得到的可吸收金屬髓內釘?shù)慕孛嫘螤钊鐖D1中所示。釘長 100mm，激光熔覆法制備磷酸三鈣涂層，在體外浸泡在l升模擬體液中，經(jīng)過一個月降 解，失重率30%，且X射線衍射(XRD)顯示表面有羥基磷灰石等類骨質Ca-P鹽沉積。
實施例3 熔煉99wt^Mg-lwt^Mn鑄錠，60(TC熱處理5小時后熱擠壓成棒材，擠壓溫度 400°C，機加工成截面為方形的直線型髓內釘，然后在直線型髓內的表面進行涂層改性處 理，得到可吸收金屬髓內釘； 本實施例制備得到的可吸收金屬髓內釘如圖2所示，并利用水熱處理法制備氟 化鎂涂層。三點彎曲強度600MPa。體外生理鹽水中浸泡1個月后失重率15%，且經(jīng)測 試發(fā)現(xiàn)三點彎曲強度在400MPa以上。證明降解過程中可以保持一定的力學性能。
實施例4 熔煉93.2wt^ Mg-6wt% Zn-0.8wt% Ca合金，30(TC熱處理5小時后20(TC熱擠壓 成棒材，機加工成截面為圓形的弧度髓內釘，然后在弧度髓內釘?shù)谋砻孢M行涂層改性處 理，得到可吸收金屬髓內釘； 本實施例制備得到的可吸收金屬髓內釘如圖2中所示，直徑3.5mm，弧長 120mm，水熱轉化法制備磷酸三鈣涂層，植入新西蘭兔股骨內，兩個月后髓內釘被吸收 70%， X光表明兔骨折線模糊不可見，骨折愈合良好。
實施例5 熔煉92.7wt^ Mg-6wt% Zn-0.5wt% Mn-0.8wt% Ca合金，300。C熱處理10小時后 20(TC下熱擠壓成棒材，機加工制成截面為圓環(huán)形的直線型髓內釘，然后在直線型髓內釘 的表面進行涂層改性處理，得到可吸收金屬髓內釘；本實施例制備得到的可吸收金屬髓內釘?shù)耐鈴?mm，長50mm。利用電沉積法 在髓內釘表面沉積類骨質Ca-P涂層，SEM表明涂層厚度20微米，表面形貌致密。且體 外浸泡試驗表明涂層后92.7wt% Mg-6wt% Zn-0.5wt% Mn-0.8wt% Ca髓內釘降解速率降低 了60%以上，大大減少氫氣析出。
實施例6 熔煉94wt% Mg-6wt% Zn合金，40(TC熱處理5小時后20(TC熱擠壓成棒材，機 加工制成截面為圓形的直線型髓內釘，然后在直線型髓內釘?shù)谋砻孢M行涂層改性處理，得到可吸收金屬髓內釘； 本實施例制備得到的可吸收金屬髓內釘?shù)闹睆?.5mm，長30mm，表面電沉積多 種類骨質Ca-P鹽復合涂層，然后植入大鼠脛骨髓腔內，X光如圖3-l所示，可以看到髓 內釘?shù)挠跋?。圖3-2是植入2個月后的X光，說明髓內釘大部分被吸收，骨折愈合效果 較好。 實施例7 首先熔煉出93.9wt% Mg-0.5wt% Mn-5wt% Zn-0.6wt% Ca合金，400。C熱處理5 小后30(TC下熱軋，機加工出帶有兩個螺釘?shù)闹本€型交鎖髓內釘，然后在直線型交鎖髓內 釘?shù)谋砻孢M行涂層改性處理，得到可吸收金屬髓內釘； 本實施例制備得到的可吸收金屬髓內釘如圖4所示，其中髓內釘釘體直徑 4rmn，帶有兩個直徑1.5mm的內六角螺釘。髓內釘和螺釘均用微弧氧化的方法涂覆含 有鈣磷元素的復合涂層。髓內釘植入新西蘭兔股骨后旋入交鎖螺釘加強固定，并同克式 針(材料不銹鋼)實驗組對照。2個月后可降解合金組和克式針組新西蘭兔股骨折均愈 合，但可降解金屬髓內釘別吸收60%以上，無需第二次手術取出；組織切片表明可降解 髓內釘組成骨更多，新生骨更致密。
權利要求
一種可吸收金屬髓內釘，該髓內釘為為直線釘或弧度釘，其特征在于，該髓內釘?shù)慕M分及其質量百分比含量為0.01％-10％的Zn、0.01％-5％的Ca、0.001％-5％的Fe、0.01％-5％的Mn，余量為Mg；所述的可吸收金屬髓內釘?shù)耐獗砻嬖O有復合涂層，該復合涂層包括羥基磷灰石、含氟磷灰石、氟化鎂、磷酸一氫鈣、磷酸二氫鈣、二水磷酸氫鈣、磷酸三鈣、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸-乙醇酸共聚物、殼聚糖的一種或其組合。
2. 根據(jù)權利要求1所述的可吸收金屬髓內釘，其特征是，所述的可吸收金屬髓內釘?shù)慕孛嫘螤顬榉忾]式三葉草型、開放式三葉草型、圓形、環(huán)形或多邊形結構。
3. 根據(jù)權利要求1所述的可吸收金屬髓內釘，其特征是，所述的可吸收金屬髓內釘?shù)?釘體上設有孔洞，該孔洞直徑lmm-10mm。
4. 一種根據(jù)權利要求1所述的可吸收金屬髓內釘?shù)闹苽浞椒?，其特征在于，包括以?步驟第一步，在保護氣氛環(huán)境下將純鎂放在坩堝中熔化后依次加入Ca、 Zn、 Fe或Mn中 的一種或多種形成金屬合金，經(jīng)保溫攪拌處理后澆鑄成合金鑄錠，最后經(jīng)熱擠壓處理或 熱軋?zhí)幚?，制成髓內釘粗坯；第二步，將髓內釘粗坯車削成直線釘或弧度釘，然后在直線釘或弧度釘?shù)谋砻孢M行 涂層改性處理，得到可吸收金屬髓內釘。
5. 根據(jù)權利要求1所述的可吸收金屬髓內釘?shù)闹苽浞椒?是指氬氣與六氟化硫-二氧化碳的混合氣體。
6. 根據(jù)權利要求1所述的可吸收金屬髓內釘?shù)闹苽浞椒?熔化是指熔煉溫度650°C -800°C。
7. 根據(jù)權利要求1所述的可吸收金屬髓內釘?shù)闹苽浞椒?的質量百分比含量為0.01X-10X的Zn、 0.01^-5^的Ca、 0.001%-5%的Fe、 0.01%-5% 的Mn，余量為Mg。
8. 根據(jù)權利要求1所述的可吸收金屬髓內釘?shù)闹苽浞椒ǎ涮卣魇?，所述的涂層改?處理是指采用浸提法、水熱處理、電沉積、微弧氧化、熱噴涂、激光熔覆或離子注入 方法在直線釘或弧度釘?shù)谋砻嫱扛擦u基磷灰石、含氟磷灰石、氟化鎂、磷酸一氫鈣、磷 酸二氫鈣、二水磷酸氫鈣、磷酸三鈣、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸-乙醇酸共聚物、殼聚糖 的一種或其組合。，其特征是，所述的保護氣氛 ，其特征是，所述的在坩堝中 ，其特征是，所述的金屬合金
全文摘要
一種醫(yī)療器械技術領域的可吸收金屬髓內釘及其制備方法，該髓內釘為為直線釘或弧度釘，其特征在于，該髓內釘?shù)慕M分及其質量百分比含量為0.01％-10％的Zn、0.01％-5％的Ca、0.001％-5％的Fe、0.01％-5％的Mn，余量為Mg，其外表面設有復合涂層。本發(fā)明制備所得髓內釘彈性模量、密度接近人體，避免或減少應力遮擋效應，促進骨折愈合；同時具有較高的強度，彌補了可降解聚合物材料的不足。該髓內釘在體內可持續(xù)吸收，且吸收降解過程有Ca、Mg的磷酸鹽層生成，利于骨傳導。并可通過改變合金成分、組織結構和涂覆涂層的成分與結構有效調整降解速率。
文檔編號A61B17/86GK101690676SQ200910308760
公開日2010年4月7日 申請日期2009年10月26日 優(yōu)先權日2009年10月26日
發(fā)明者張小農(nóng), 張紹翔, 李佳楠, 趙常利 申請人:上海交通大學