一种可吸收固定钉、其制备方法及其在固定口腔引导骨再生屏障膜中的应用与流程

1.本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种可吸收固定钉、其制备方法及其在固定口腔引导骨再生屏障膜中的应用。


背景技术：

2.随着生物材料研究的不断进步和种植修复外科技术的发展，引导性骨再生技术(guide bone regeneration,gbr)在种植术区骨缺损修复和即刻种植中已经得到广泛应用。gbr技术的基本原理是利用引导组织再生膜作为物理屏障，保护骨缺损区血凝块稳定，并允许成骨性细胞优先迁移、生长，阻止周围非成骨性结缔组织细胞和上皮细胞向缺损区侵入，避免产生竞争性抑制，形成有利于成骨细胞生长的再生空间，促进缺损去骨组织重建，增加骨量。在引导骨再生术中，植骨材料与屏障膜的联合应用可以有效防止屏障膜的塌陷，另一方面屏障膜也可以起到维持有效的生物屏障及让成骨细胞优势生长等作用，两者的协同作用可有效促进骨缺损的修复过程。屏障膜的细胞屏蔽作用是gbr术的一个关键部分。有研究表明，在骨组织愈合的早期，10～20um的活动度足以使可转化为成骨细胞的间充质细胞转化为成纤维细胞，而屏障膜应能有效阻挡成纤维细胞的通透作用，使有骨生成能力的细胞优先长入缺损区，以保持骨缺损部位有一相对稳定的环境，从而促进骨缺损的愈合和再生。在临床手术中由于生物屏障膜本身机械强度较弱的特性，调整膜的形态和有效固定维持膜下空间通常较困难，因此如何改进屏障膜维持空间能力差及对软组织的影响等缺陷成为gbr技术应用的重点。
3.目前针对屏障膜稳定维持空间能力的方式有应用金属钉(钛钉或不锈钢钉)和应用骨膜缝合线缝合固定两种方式。与缝合线相比，金属钉固定简化了切口技术及切开的过程，同时如膜暴露、裂开及牙龈退缩等术后并发症也减至最小。中国实用新型专利(cn 203458491 u)公布了一种牙槽骨再生用的屏障膜的支撑固位螺钉组件，所述螺钉组件由自攻螺钉和螺钉组成，螺钉所用材料为钛金属。kirsch等研究了用小钛钉固定不可吸收屏障膜的临床应用情况(axel kirsch,karl l,etal.development and clinical application of titanium minipins for fixation of nonresorbable barrier membranes.quintessense int 1998；29:368-381)，研究表明钛钉可稳定固定膜，钛钉头在软组织内愈合未引起刺激，伤口在无并发症情况下愈合。然而，虽然钛钉固定屏障膜虽已被证实在gbr术中的临床应用价值和安全有效性，但随之延伸出来的问题是待缺损区组织再生完毕后，需要再次切开皮瓣取出钛钉，因此不可避免的给患者带来了二次手术伤害。因此，一种可以良好固定屏障膜、在缺损区域愈合完毕后能够拿完全降解的固定钉的设计和应用能够有效解决上述问题。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的不足，本发明目的在于提供一种口腔引导骨再生屏障膜
用可吸收固定钉，在口腔环境中，可吸收固定钉的稳固时间大于6个月覆盖骨再生时间周期，固定钉缓慢降解、锌离子缓释降低毒性。
5.本发明第一方面提供一种口腔引导骨再生屏障膜用可吸收固定钉，所述固定钉包括锌合金基体和设于所述锌合金基体表面的znp涂层(磷化锌涂层)；
6.所述znp涂层包括多个簇状结构，多个簇状结构均匀分布在基体表面；
7.各所述簇状结构由多根线状znp晶线构成。
8.在本发明的一些实施方式中，所述znp涂层的厚度为2-300μm。
9.本发明第二方面提供上述可吸收固定钉在固定口腔引导骨再生屏障膜中的应用。
10.本发明第三方面提供上述可吸收固定钉的制备方法，包括如下步骤：
11.s1、提供锌合金基体；
12.s2、将锌合金基体置于过硫酸铵与磷酸氢二钠混合溶液中，孵育反应；
13.s3、经后处理得到具有znp涂层的可吸收固定钉。
14.在本发明的一些实施方式中，所述znp涂层厚度为2-300μm，在口腔环境中的降解时间为6个月以上。
15.有益效果：
16.1)固定钉完全可降解、避免二次手术：本技术可吸收固定钉，可用于口腔种植手术中牙槽骨的再生修复，尤其适用于可吸收屏障膜，钉体内稳固至缺损区骨组织再生完毕后，固定钉被完全降解吸收，患者无需再经二次手术切口皮瓣取出固定钉，可避免二次手术伤害，同时降低了医疗手术成本。
17.2)涂层均匀、降解可控：本技术的固定钉的znp涂层是由多根线状znp晶线构成的簇状结构，并均匀的分布在基体表面，耐腐蚀能力强，且通过采用本技术的制备工艺可以控制znp涂层的形貌和其在基体表面的分布密度进而来控制znp涂层的降解时间。
18.3)生物相容性好、毒性低：纯锌及其合金在降解过程中释放的锌离子可能会导致体外细胞毒性等问题，本技术通过在可吸收固定钉的表面增加znp涂层，能够有效抑制zn
2+
突释，提高固定钉的生物相容性和耐腐蚀性，降低生物毒性，经znp涂层化处理后的锌钉可在促进成骨细胞生长及抑制过量破骨细胞形成之间取得最合适的平衡效果，进一步促进骨组织再生愈合。
19.4)生产工艺绿色温和：本技术的固定钉涂层制备方法采用绿色温和的离子交换涂层沉积技术，工艺简单易操作，反应条件不严格，不使用强腐蚀性的危险化学试剂，且时间短、成本低。
附图说明
20.图1为本发明实施例1中znp涂层的电镜扫描图；
21.图2为本发明实施例2中znp涂层的电镜扫描图；
22.图3为锌合金钉、实施例1和实施例2中固定钉的极化曲线图；
23.图4为本发明实施例4中znp涂层的电镜扫描图；
24.图5为本发明实施例5中znp涂层的电镜扫描图。
具体实施方式
25.本发明的口腔引导骨再生屏障膜用可吸收固定钉，在锌合金的表面制备了znp涂层，znp涂层为均匀分布在锌合金基体表面簇状结构，簇状结构由多根线状znp晶线构成，采用此结构可有效延缓锌钉腐蚀，并通过调整znp涂层的厚度和形貌可以调整固定钉的降解时间，同时可避免zn
2+
突释，缓解细胞毒性，并且通过znp涂层化处理后的锌固定钉可在促进成骨细胞生长及抑制过量破骨细胞形成之间取得最合适的平衡效果，进一步促进骨组织再生愈合。另外还提供了一种通过表面改性技术在锌钉表面通过原位离子交换沉积技术获得znp涂层，制备方法简单，与固定钉的表层的锌离子直接进行离子交换反应，涂层均匀性很好，并可通过调整制备方法的参数来调整涂层的厚度和形貌。在此基础上，完成了本发明。以下实施例中使用到的材料和方法，如无特别说明，均为本技术领域的常规材料和常规方法。
26.本发明第一方面提供一种可吸收固定钉，所述固定钉包括锌合金基体和设于所述锌合金基体表面的znp涂层，所述znp涂层包括多个簇状结构，多个簇状结构均匀分布在基体表面，各所述簇状结构由多根线状znp晶线构成。
27.具体的，可吸收固定钉的螺帽为圆盘状，直径为2～4mm，钉身的直径为0.6～1.5mm。
28.在本发明的一些实施方式中，所述znp涂层的厚度为2-300μm，优选的，涂层厚度为2-50μm，可选的，涂层厚度为2～10μm、10～30μm或30～50μm。采用同一制备工艺制备的可吸收固定钉，且基体表面的znp涂层厚度变化小于10％。另外，簇状结构在基体表面的密度为150～3000个/mm2，优选的，密度为175～2000个/mm2，可选的，密度为150～300个/mm2、300～800个/mm2、800～2000个/mm2。经过实验证明固定钉的稳固性与znp涂层的厚度、簇状结构的形貌和簇状结构在固定钉基体表面的分布密度相关。涂层的厚度和根据调配制备方法的工艺参数可获得，另外本技术的制备方法不仅工艺简单且可以获得由放射形晶线构成的簇状结构，通过调节本技术的具体制备工艺参数可以调整簇状结构的形貌和其在固定钉基体表面的分布密度，来满足应用需求。
29.在本发明的一些实施方式中，所述锌合金包括zn元素和合金元素，所述合金元素选自mg、ca、sr、li、mn、fe、cu、ag、ge、zr中的一种或多种组合。
30.在本发明的一些实施方式中，所述锌合金中合金元素的质量分数大于0.1％，根据具体医用要求调整质量分数。
31.本发明第二方面提供上述可吸收固定钉在固定口腔引导骨再生屏障膜中的应用，即可吸收固定钉作为固定口腔引导骨再生屏障膜的工具。
32.本发明第三方面提供上述可吸收固定钉的制备方法，包括如下步骤：
33.s1、提供锌合金基体。
34.s2、将锌合金置于过硫酸铵与磷酸氢二钠混合溶液中进行孵育反应；
35.具体的，所述锌合金基体的表面粗糙度小于0.8。
36.具体的，所述过硫酸铵浓度为0.1～2mol/l，所述磷酸氢二钠浓度为0.1～1mol/l。可选的，过硫酸铵浓度为0.1～0.4mol/l，磷酸氢二钠浓度为0.1～0.3mol/l；可选的，过硫酸铵浓度为0.1～0.3mol/l，磷酸氢二钠浓度为0.1～0.3mol/l；可选的，过硫酸铵浓度为0.4～0.7mol/l，磷酸氢二钠浓度为0.1～0.3mol/l；可选的，过硫酸铵浓度为0.7～2mol/l，
磷酸氢二钠浓度为0.1～0.3mol/l；可通过调整过硫酸铵和磷酸氢二钠的浓度来调整znp涂层的厚度和形貌。
37.具体的，所述过硫酸铵与所述磷酸氢二钠的摩尔比为1～8:1，可选为1～3:1或3～8:1。
38.具体的，孵育反应的温度为25～60℃，温度还可选择25～30℃，30～40℃，40～60℃，孵育反应的时间为1～24h，可选1～6h，6～8h，8～12h，12～16h，16～20h，20～14h，通过调整孵育时间可调整znp涂层的形貌和厚度。
39.s3、经后处理得到具有znp涂层的可吸收固定钉。
40.后处理主要采用去离子水洗涤样品，去除吸附的杂质离子，将洗涤后样品置于60℃恒温箱中干燥6～24h。
41.以下结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
42.为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例进一步详细描述本发明。但是，应当理解的是，本发明的实施例仅仅是为了解释本发明，并非为了限制本发明，且本发明的实施例并不局限于说明书中给出的实施例。实施例中未注明具体实验条件或操作条件的按常规条件制作，或按材料供应商推荐的条件制作。
43.此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
44.在下述实施例中，所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明，均可商购获得。
45.实施例1
46.1-1)将cnc加工后的zn-0.5li合金钉依次使用300目、600目、1200目砂纸进行打磨至表面粗糙度小于0.8，然后置于无水乙醇溶液中超声清洗10min，置于60℃恒温箱中干燥12h，得到锌合金基体，锌合金基体中li的质量分数为0.5％。
47.1-2)配制浓度为0.3m的过硫酸铵、0.2m的磷酸氢二钠溶液，将锌合金基体置于溶液中，60℃静置反应12h，获得a样品。
48.1-3)用去离子水洗涤样品，去除吸附的杂质离子，将洗涤后样品置于60℃恒温箱中干燥12h。扫描电镜结果表明，如图1所示，所制备的样品涂层均匀且致密，样品表面无明显裂痕，znp涂层中有多个簇状结构，簇状结构由多根线状znp晶线构成，znp涂层在锌合金基体表面均匀分布，且线状的znp晶线结构呈放射状均匀分散，簇状结构密度为200个/mm2。切割暴露固定钉的横截面，随机选取10个点测量znp涂层厚度，测得本实施例所制备的固定钉的znp涂层厚度为35μm，且各点厚度变化不超过10％。
49.实施例2
50.2-1)将cnc加工后的zn-0.5li合金钉依次使用300目、600目、1200目砂纸进行打磨
至表面粗糙度小于0.8，然后置于无水乙醇溶液中超声清洗10min，置于60℃恒温箱中干燥12h，得到锌合金基体，锌合金基体中li的质量分数为0.5％。
51.2-2)配制浓度为0.2m的过硫酸铵、0.2m的磷酸氢二钠溶液，将锌合金置于溶液中，30℃静置反应24h，获得b样品。
52.2-3)用去离子水洗涤样品，去除吸附的杂质离子，将洗涤后样品置于60℃恒温箱中干燥12h。如图2所示，扫描电镜结果表明，所制备的样品涂层均匀且致密，样品表面无明显裂痕，线状的znp晶线结构呈放射状均匀分散，簇状结构密度为175个/mm2。本实施例所制备的固定钉的znp涂层厚度为40μm，且各点厚度变化不超过10％。
53.实验例1
54.分别采用锌合金钉、实施例1和实施例2所述制备的样品，采用电化学工作站评价样品的抗腐蚀性。
55.腐蚀面积约为1cm2，电解液为模拟体液。使用铂片作为辅助电极，饱和ag/agcl为参比电极。测试前样品浸润于模拟体液中，并通入氮气不少于12h。测试方法选用极化曲线扫描，扫描速度为1.0mv/s，扫描范围为-2.0v～0v。根据塔菲尔外推法可以得到样品的电流密度以及极化电阻等参数。
56.实验例2
57.模拟体液
58.将样品置于24孔板中，加入模拟体液浸润样品，并置于37℃恒温培养箱中。时间设置为1、4、7、14、28天，按照时间节点取出样品后，用超纯水冲洗，烘干备用。使用扫描电镜观察样品表面形貌，使用能谱分析仪对样品表面元素分布进行测试。
59.如图3所示，图3中标注znp-12h为实施例1制备的a样品，标注znp-24h为实施例2制备的b样品。如图3所示，与锌合金相比，负载有磷酸锌涂层的样品腐蚀电位更正、腐蚀电流更小，模拟体液涂层在28天后仍能维持原始表面形貌，且元素分布均匀，这说明磷酸锌涂层大大提高了锌合金的抗腐蚀性。
60.实施例3
61.3-1)将cnc加工后的zn-0.5li合金钉依次使用300目、600目、1200目砂纸进行打磨至表面粗糙度小于0.8，然后置于无水乙醇溶液中超声清洗10min，置于60℃恒温箱中干燥12h，得到锌合金基体，锌合金基体中li的质量分数为0.5％。
62.3-2)配制浓度为0.6m的过硫酸铵、0.2m的磷酸氢二钠溶液，将锌合金置于溶液中，37℃静置反应12h，获得c样品。
63.3-3)用去离子水洗涤样品，去除吸附的杂质离子，将洗涤后样品置于60℃恒温箱中干燥12h。扫描电镜结果表明，如图4所示，所制备的样品涂层均匀且致密，样品表面无明显裂痕，线状的znp晶线结构呈放射状均匀分散，簇状结构密度为720个/mm2。本实施例所制备的固定钉的znp涂层厚度为10μm，且各点厚度变化不超过10％。
64.实施例4
65.4-1)将cnc加工后的zn-0.1ca合金钉依次使用300目、600目、1200目砂纸进行打磨至表面粗糙度小于0.8，然后置于无水乙醇溶液中超声清洗10min，置于60℃恒温箱中干燥12h，得到锌合金基体，锌合金基体中ca的质量分数为0.1％。
66.4-2)配制浓度为1.6m的过硫酸铵、0.2m的磷酸氢二钠溶液，将锌合金置于溶液中，
37℃静置反应12h，获得d样品。
67.4-3)用去离子水洗涤样品，去除吸附的杂质离子，将洗涤后样品置于60℃恒温箱中干燥12h。扫描电镜结果表明，如图5所示，所制备的样品涂层均匀且致密，样品表面无明显裂痕，簇状结构密度为2000个/mm2。本实施例所制备的固定钉的znp涂层厚度为2μm，且各点厚度变化不超过10％。
68.实验例3
69.细胞实验
70.采用小鼠成骨细胞(mc3t3-e1)和阿尔玛蓝试剂评价样品的生物相容性。将mc3t3-e1接种在位于24孔板中的样品表面，并置于37℃细胞培养箱中培养1、4、7天，接种密度为5
×
104cells/ml。培养1天后，将接种有细胞的样品转移到新的24孔板中，并用500μl pbs清洗两遍，加入500μl含有10％阿尔玛蓝的培养基，培养2h。利用酶标仪测量荧光强度，测试的激发波长为560nm，发射波长为590nm。然后移除含有阿尔玛蓝的培养基，加入新鲜培养基继续培养。培养4天、7天后，更换含有阿尔玛蓝的培养基并进行检测。计算阿尔玛蓝的还原变化百分比。
71.实验结果
72.细胞实验还原百分比均大于50％，且1、4、7天呈增长趋势，提示利用本发明技术实现的涂层能够对比无涂层材料显著降低成骨细胞的杀伤作用。
[0073] 1天4天7天实施例170％78％83％实施例272％82％92％实施例370％76％85％实施例465％69％71％阳性对照组5％0％0％
[0074]
实验例4
[0075]
碱性磷酸酶实验
[0076]
采用碱性磷酸酶染色试剂盒分析大鼠骨髓间充质干细胞mscs的碱性磷酸酶相对活性，判断成骨分化情况。将细胞接种于样品表面，接种密度为5
×
104cells/ml，并置于37℃细胞培养箱中培养14天，期间每3天更换一次培养基。14天后，去除培养基，用500μl pbs清洗两遍，将样品转移到新的24孔板中，使用柠檬酸盐缓冲溶液与丙酮混合液固定细胞，然后加入500μl磷酸茶酚和固蓝rr盐的混合碱性染液，室温下避光放置30min，移除染液，超纯水清洗一遍，然后每个样品加入500μl的苏木素染液进行碱性磷酸酶染色，室温下避光放置10min。移除染液，用超纯水清洗，直至变澄清，比色法检测碱性磷酸酶含量。
[0077] a
405
实施例10.209实施例20.235实施例30.185实施例40.174阳性对照组0.068
[0078]
实验例5
[0079]
植入降解实验
[0080]
动物麻醉，拔除下颌第三第四前磨牙、第一第二磨牙。8周后麻醉状态下翻瓣，充分暴露下颌体部，用大量生理盐水冲洗，在双侧下颌骨的颊侧各准备3个标准化的骨缺损。缺陷长10mm，宽为5mm，深度为5mm。按照实验分组填充6个缺损，盖膜，于膜的四角分别钉入4个固定钉，缝合皮瓣。术后3、6、9、12个月，组织染色观察固定钉降解情况。
[0081] 术后3个月术后6个月术后9个月术后12个月实施例1无降解少部分降解部分降解完全降解实施例2无降解少部分降解部分降解完全降解实施例3部分降解部分降解完全降解完全降解实施例4部分降解完全降解完全降解完全降解
[0082]
经过实验例3-5证明带有znp涂层的可吸收固定钉，能够有效提高固定钉的生物相容性和耐腐蚀性，能够抑制zn
2+
突释，降低生物毒性，在促进成骨细胞生长及抑制过量破骨细胞形成之间取得最合适的平衡效果，进一步促进骨组织再生愈合。
[0083]
上述实施例仅例示性说明本技术的原理及其功效，而非用于限制本技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本技术所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本技术的权利要求所涵盖。