專利名稱：一種可生物降解的顱骨修補體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械，具體地說是用于顱骨創(chuàng)傷及整形修復(fù)用的生物可 降解鎂合金修補體及骨螺釘。
背景技術(shù)：
顱骨是人體骨骼中最重要的部分之一，它保護和支撐了腦感受器，形成
容納腦的顱腔并支撐顱面。
一旦發(fā)生顱骨損傷，不僅影響美觀，而且會給
患者帶來不安全感，甚至引起顱骨缺損綜合癥、腦萎縮等多種不良后果應(yīng) 用。
顱骨缺損修復(fù)技術(shù)目前無論從基礎(chǔ)研究還是臨床，都獲得了很大的發(fā) 展，但到目前為止，尚未有一種理想的修復(fù)材料，既具有優(yōu)良的力學(xué)性能 和生物學(xué)相容性，同時還能引導(dǎo)缺損顱骨再生、愈合，并且自身可以完全 降解或被吸收，從而實現(xiàn)生理性骨愈合，從審美和心理方面滿足患者的需 要。
顱骨修補己經(jīng)歷了人體骨、庫存骨、異體骨、金屬材料和非金屬材料的 過程。新鮮的自體骨是最好的顱骨修補材料，但來源有限，并需要另外手 術(shù)取骨，因而難以推廣；庫存骨屬死骨范疇，不能代替所有顱骨成形材料； 異體骨有排斥反應(yīng)，易引起骨瓣壞死和吸收，基本停用；非金屬材料有有 機玻璃、骨水泥及復(fù)合材料，有機玻璃堅硬，可加熱塑性，取材方便，但 對人體有刺激且時間久后易老化，難以達到滿意效果；骨水泥塑形快，但 對腦組織有剌激，術(shù)后易變形產(chǎn)生松動。常用的金屬有鉭(tantalum)、鈦 (titanium)合金板或不銹鋼絲網(wǎng)，國內(nèi)外均有采用，其塑型方便，組織反應(yīng) 輕，外觀佳，是顱骨修補的好材料。但金屬材料具有導(dǎo)熱性，修補后局部 溫差大，患者有不適的灼熱感，病人不適宜在太陽光下其他較熱或較冷環(huán) 境中長時間工作，同時常用的醫(yī)用金屬材料導(dǎo)電或?qū)Т藕筒煌竂線，妨礙 病人術(shù)后進行CT等檢查。可降解高分子材料雖然可以作為顱骨修復(fù)使用， 但是其力學(xué)性能相對欠佳，而且酸性的降解產(chǎn)物容易弓I發(fā)炎癥等。
鎂及鎂合金雖然屬于金屬材料，但是其具有和人骨接近的密度和彈性模 量。鎂合金的密度為1. 74g/cmS左右，與人骨的密質(zhì)骨密度(1. 75g/cm、極 為接近，鎂合金的楊氏彈性模量約為45GP，接近人骨的彈性模量20GPa左 右。同時鎂合金與可降解高分子和可降解陶瓷相比，有較高的強度和較好 的塑韌性，而且鎂是人體內(nèi)僅次于鉀的細胞內(nèi)正離子，參與體內(nèi)一系列新 陳代謝過程，鎂離子可促進鈣沉積，利于骨組織的生長。更重要的是鎂合 金由于耐蝕性能較差，可以用作可降解材料。因此采用鎂或鎂合金材料作 為顱骨修復(fù)材料，不僅可以利用其高的比強度和良好的塑韌性，而且可以
逐漸降解，降解產(chǎn)物鎂離子還可以促進骨組織的再生和愈合，同時不必?fù)?dān)
心其對術(shù)后檢查及日光照射等麻煩。
鎂合金作為植入材料的研究始于上世紀(jì)40年代，目前日本、德國、瑞 士以及國內(nèi)的中科院金屬所、重慶大學(xué)等都研究降鎂合金應(yīng)用于可降解心
血管支架及接骨板和骨螺釘方面，臨床研究表明直徑為3mm的鎂合金試樣 可以在5個月內(nèi)被完全吸收，直徑為8mm的鎂合金試樣可以在11個月內(nèi) 被完全吸收。
在國內(nèi)，中科院金屬所自2004年以來在鎂合金作為新型生物可降解植 入材料方面開展了大量研究工作。在研究中發(fā)現(xiàn)鎂合金降解過程中表面有 類骨磷酸鹽和新骨生成，隨著鎂合金的降解，磷酸鹽層不斷向新骨組織轉(zhuǎn) 變，表明鎂合金具有非常好的骨組織相容性和誘導(dǎo)骨組織生長特性，非常 適宜制作骨折內(nèi)固定用接骨板及骨螺釘。本發(fā)明人所在項目組就可降解鎂 合金植入材料己經(jīng)申請相關(guān)專利"可控降解生物醫(yī)用金屬植入材料及其應(yīng) 用"(專利號200510046360.6)，"可控降解速率的生物醫(yī)用植入材料及其應(yīng) 用"(200510046359.3)，"生物醫(yī)用可控降解吸收高分子金屬復(fù)合植入材料及 其應(yīng)用"，(200510047093.4)。盡管申請專利里已經(jīng)申請保護了可降解鎂合金 材料的用途，但是并沒有將鎂合金作為可完全吸收顱骨修復(fù)材料或其制作 的修復(fù)體及特征進行權(quán)利保護。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可生物降解的顱骨修補體，由修補體和若干骨 螺釘組成，具有可控的降解速率和良好的生物活性和相容性，可以引導(dǎo)缺 損顱骨再生、愈合，并且自身可以完全降解或被吸收。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
修補體及骨螺釘由生物可降解的純鎂或鎂合金加工而成，修補體為
0.03-lmm的薄板，其板面上至少有2個固定用螺釘孔，修補體及骨螺釘表 面通過表面改性或涂覆可降解生物活性涂層，具有可控的降解速率和良好 的生物活性和相容性。
鎂及鎂合金的耐蝕性能較差，尤其是在富含C廠離子的人體生理環(huán)境中 更是如此，常用純鎂及鎂合金在模擬體液中，腐蝕降解速率可達到0.1-2 mm/year,因此純鎂季鎂合金用作可降解外科植入材料。本發(fā)明所述純鎂為醫(yī) 用純鎂或高純鎂，鎂合金為鎂鋁系列合金、鎂錳系列合金、鎂鋅系列合金、 鎂鋯系列合金、鎂稀土系列合金、鎂鋰系列合金、鎂鈣系列合金、或鎂銀 系列合金等不同的合金體系的一種或由這些體系組合而成的三元系和多元 系鎂合金。代表性合金如AZ31、 AZ61、 AM60、 AM50、 AE21、 WE43、 AS21、 LA91、 ZK21、 ZK60、 QE22等。對于純鎂及鎂合金而言，其在模擬 體液或體液中的腐蝕降解速率可以通過改變材料本身的成分，晶粒尺寸、 熱處理狀態(tài)及表面狀態(tài)等條件控制在0.01-5 mm/year。
上述鎂合金中合金元素的含量基本上應(yīng)滿足生物醫(yī)用的要求，使其在降
解過程中的降解量應(yīng)在不引起組織毒性反應(yīng)的劑量范圍內(nèi)，鎂合金中Al的
重量含量<10%， Zn、 Mn、 Si或RE的重量含量^5%、 Zr的重量含量^1%; Li的重量含量^9% ， Ca的重量含量^3%， Ag的重量含量^3%。
鎂合金顱骨修補體采用厚度為0.03-lmm鎂合金薄板或薄片制作，表面 通過激光切割或機加工的方法開孔和切縫。鎂合金顱骨修補體表面均勻分 部的許多孔徑在0.01-2mm的孔或0.02-lmm的縫隙，便于修補體兩側(cè)組織 液的交換，并且鎂合金顱骨修補體表面均勻分部有許多孔徑在l-2mm的孔， 便于骨螺釘?shù)墓潭?。由于修補體較薄而且螺釘固定孔和其他交換孔的均勻
分布，修補體可以按照患者創(chuàng)傷大小或缺損修復(fù)形狀進行裁剪和塑型而不 影響其功能。
同時為了改善其生物相容性及降解速率，鎂合金顱骨修補體及骨螺釘表 面可以通過離子注入、熱噴涂、濺射、化學(xué)或電化學(xué)方法進行表面改性。 鎂合金顱骨修補體及骨螺釘表面還可以涂覆一層可降解的生物活性陶瓷材 料，如轉(zhuǎn)硅基可降解生物活性陶瓷(如硅酸鈣等硅酸鹽)、非化學(xué)計量磷灰 石或磷酸三鈣，或它們與生物降解高分子材料組成的復(fù)合物，硅酸鈣、磷 灰石或磷酸三鈣于復(fù)合物中的質(zhì)量含量為10-50%，以改善修補體的生物相 容性和骨組織誘導(dǎo)性能。
本發(fā)明所提供的可完全降解吸收的顱骨修補體及骨螺釘可用于人或動 物的顱骨創(chuàng)傷和整形修復(fù)。 本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1，比強度高。相對可降解高分子材料而言，鎂合金材料制作的顱骨修 復(fù)體具有較高的比強度，可有效保護腦組織。而且可以利用金屬的塑性， 隨時改變修復(fù)體的形狀，并且保持塑型后的狀態(tài)，避免出現(xiàn)塌陷等現(xiàn)象。
2，骨組織誘導(dǎo)特性。可降解純鎂及鎂合金在體外模擬體液中研究表明 可逐漸生成富鎂的類骨磷酸鹽，在動物試驗中也發(fā)現(xiàn)鎂合金有促進和誘導(dǎo) 骨組織生長的特性，同時本發(fā)明結(jié)合可降解生物活性陶瓷良好的生物相容 性和誘導(dǎo)骨組織的優(yōu)點， 一方面有效地控制了修補體的生物降解吸收速度， 同時使修復(fù)體具有更好的生物相容性和骨組織誘導(dǎo)生長特性。
3，安全、實用性好。鎂是人體內(nèi)僅次于鈣、鈉和鉀的常量元素，成人 每人每日需要量大于350mg，它參與體內(nèi)一系列新陳代謝過程?？山到怄V 及鎂合金在體內(nèi)生理環(huán)境下最終被腐蝕降解并被機體吸收或代謝，其降解 產(chǎn)物主要是人體所需的鎂離子，鎂是人體所需常量元素，所含其他合金元 素含量均在生物醫(yī)用范圍之內(nèi)，所選用的可降解高分子材料也是目前臨床 上常用的，因此采用本發(fā)明處理后的純鎂及鎂合金制備可控降解醫(yī)用植入 器件是安全的，具有很大的優(yōu)勢和應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明實施例1結(jié)構(gòu)示意圖，可降解修補體的厚度為0.2mm， 表面對稱分布著0.02mm孔徑的小孔和0.02mm寬2mm長的縫隙，用于修
補體兩側(cè)組織液的交換，同時均布2mm孔徑的螺釘孔用于固定。
圖2為本發(fā)明實施例2結(jié)構(gòu)示意圖，可降解修補體的厚度為0.08mm， 表面對稱分布著呈三角形排列的O.Olmm孔徑的小孔，用于修補體兩側(cè)組織 液的交換，同時均布1.5mm孔徑的螺釘孔用于固定。
圖3為本發(fā)明實施例3結(jié)構(gòu)示意圖，可降解修補體的厚度為O.lmm，表 面對稱分布0.03mm寬3mm長的縫隙，用于修補體兩側(cè)組織液的交換，同 時縫隙間分布著2mm孔徑的螺釘孔用于固定。
圖4為本發(fā)明實施例4結(jié)構(gòu)示意圖，可降解修補體的厚度為0.05mm， 表面均勻分布著的0.02mm孔徑的小孔和1.5mm孔徑的螺釘孔，分別用于 修補體兩側(cè)組織液的交換和修補體的固定。
圖5為本發(fā)明實施例5結(jié)構(gòu)示意圖，可降解修補體的厚度為O.lmm， 表面對稱分布的0.02mm寬4mm長的縫隙呈正方形排列，其中有呈十字排 列著0.02mm孔徑的??？L，用于修補體兩側(cè)組織液的交換，同時在縫隙端頭 交會處分布有2mm孔徑的螺釘孔用于固定。
圖6為本發(fā)明實施例6結(jié)構(gòu)示意圖，可降解修補體的厚度為0.06mm， 表面對稱分布半徑為5mm的半園弧形縫隙，在弧形內(nèi)分布有0.02mm孔徑 的小孔，用于修補體兩側(cè)組織液的交換，同時交替分布著1.5mm孔徑的螺 釘孔用于固定。
圖中l(wèi)為修補體，2為螺釘孔，3為交換孔，4為骨螺釘。
具體實施例方式
如圖1、 2、 3、 4、 5、 6所示，本發(fā)明由顱骨修補體和若干骨螺釘組成， 修補體及骨螺釘由可生物降解的純鎂或鎂合金制成，修補體為0.03-lmm的 薄板，鎂合金顱骨修補體表面均勻分部的許多孔徑在0.01-2mm的孔或 0.02-lmm的縫隙，便于修補體兩側(cè)組織液的交換，并且鎂合金顱骨修補體 表面均勻分部有許多孔徑在l-2mm的孔，便于骨螺釘?shù)墓潭ā?br> 實施例1: 一
采用0.2mm厚的AZ31B合金薄片制作成可降解修補體，如圖1所示， 經(jīng)表面清洗后，修補體浸泡在5%磷酸氫二納水溶液中浸泡2小時，通過化 學(xué)反應(yīng)在其表面生成一層磷酸鹽，改善其表面性能。
實施例2 一
將0.08mm厚的ZK60鎂合金薄片加工成可降解修補體，如圖2所示， 表面清洗后，將修補體浸泡在中性富鈣的磷酸鹽溶液中浸泡3小時，使其 表面形成類骨磷酸鹽層，改善組織相容性。
實施例3
將O.lmm厚的AZ21鎂合金薄片制作成可降解修補體，如圖3所示, 經(jīng)表面清洗后，通過離子注入方法在其表層摻雜氮離子和鈣離子，表層厚 度在0.005mm左右，表面注入氮元素后可改善修補體的表面性能和腐蝕降 解速度。
實施例4
將0.05mm厚的WE43鎂合金薄片加工成可降解修補體，如圖4所示， 經(jīng)表面清理后，將修補體浸泡在中性富鈣的Hank's模擬體液中浸泡5小時， 使其表面形成類骨磷酸鹽層，改善組織相容性。
實施例5
將0.1mm厚的AZ91合金薄片加工成可降解修補體，如圖5所示，經(jīng) 表面清理后，采用熱噴涂方法在鎂合金修補體表面噴涂厚4pm的磷灰石層， 改善接骨板表面的骨誘導(dǎo)性能。
實施例6
與實施例5不同之處在于
修補體材料為為0.06mm厚的AE21鎂合金薄片，如圖6所示,表面熱 噴涂層為5pm的磷酸三鈣。
權(quán)利要求
1、一種可生物降解的顱骨修補體及骨螺釘，其特征在于修補體和骨螺釘均由可生物降解的純鎂或鎂合金制成，修補體為0.03-1mm的薄板，其板面上至少有≥2個用于固定的螺釘孔，骨螺釘穿套于螺釘孔內(nèi)，修補體及骨螺釘表面通過表面改性和/或涂覆可降解生物活性涂層，具有可控的降解速率和良好的生物活性及相容性。
2、 按照權(quán)利要求1所述的可生物降解的顱骨修補體及骨螺釘，其特征 在于所述鎂合金為鎂鋁系列合金、鎂錳系列合金、鎂鋅系列合金、鎂鋯 系列合金、鎂稀土系列合金、鎂鋰系列合金、鎂鈣系列合金和/或鎂銀系列 合金，鎂合金中合金元素的含量應(yīng)滿足生物醫(yī)用的要求范圍內(nèi)，使其降解 產(chǎn)物不會引起組織毒性反應(yīng)，其中鋁A1的重量含量〈10%， Zn、 Mn、 Si或 RE的重量含量<5%、 Zr的重量含量<1%; Li的重量含量<9% ， Ca的重量 含量<3%， Ag的重量含量<3%。
3、 按照權(quán)利要求1所述的可生物降解的顱骨修補體及骨螺釘，其特征 在于修補體厚度為0.03-0.2mm。
4、 按照權(quán)利要求1所述的可生物降解的顱骨修補體及骨螺釘，其特征 在于修補體表面均勻分部有孔徑在0.01-2mm的孔或0.02-lmm的縫隙， 構(gòu)成交換孔，便于修補體兩側(cè)組織液的交換。
5、 按照權(quán)利要求1所述的可生物降解的顱骨修補體及骨螺釘，其特征 在于修補體表面均勻分部有孔徑在l-2mm的螺釘？L，便于骨螺釘?shù)墓潭ā?br> 6、 按照權(quán)利要求l、 2、 4或5所述的可生物降解的顱骨修補體及骨螺 釘，其特征在于修補體可以按照所需大小或形狀進行裁剪和塑型而不影 響其功能。
7、 按照權(quán)利要求1所述的可生物降解的顱骨修補體及骨螺釘，其特征 在于修補體及骨螺釘表面可以通過離子注入、熱噴涂、濺射、化學(xué)或電 化學(xué)方法進行表面改性，改善其生物相容性及降解速率。
8、 按照權(quán)利要求1或7所述的可生物降解的顱骨修補體及骨螺釘，其 特征在于修補體和骨螺釘表面可涂覆一層可降解生物陶瓷材料，改善其 生物相容性或骨組織誘導(dǎo)性能；所述可降解生物陶瓷為硅酸鈣、磷灰石或磷酸三鈣，或它們與生物降解 高分子材料組成的復(fù)合物，硅酸鈣、磷灰石或磷酸三鈣于復(fù)合物中的質(zhì)量 含量為10-50%。
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械，具體地說是用于顱骨創(chuàng)傷及整形修復(fù)用的生物可降解鎂合金修補體及骨螺釘。修補體及骨螺釘由可生物降解的純鎂或鎂合金制成，修補體為0.03-0.2mm的薄板或薄片，其表面至少有2個固定用螺釘孔，修補體及骨螺釘表面通過表面改性或涂覆可降解生物活性涂層，具有可控的降解速率和良好的生物活性及相容性。本發(fā)明的可降解鎂合金修補體及骨螺釘可用于人或動物的顱骨創(chuàng)傷和整形修復(fù)。
文檔編號A61F2/28GK101385660SQ20071001280
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者任伊賓, 張炳春, 柯 楊, 楊慧賓, 肖克沈, 豐 鄭 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所