涂层椎弓根螺钉较传统螺钉在动物 实验3月后，螺钉与周围骨组织接触更牢固，轴向拔出力明显更大，证明新型钽涂层椎弓根 螺钉在增强把持力，促进骨与螺钉界面结合力方面具有明显优势。而且钽能够促进新生骨 组织的长入，增强与骨组织的连接能力，促进骨组织的再生和重建，加快愈合过程。
[0036] 本发明具有极好的临床应用前景。
【附图说明】
[0037] 图1为螺钉实物照片，左侧为钽涂层椎弓根螺钉（实验螺钉），右侧为传统椎弓根 螺钉（对照螺钉）；
[0038] 图2为X线衍射证明涂层为钽元素；
[0039] 图3为X线衍射证明涂层为钽元素；
[0040] 图4为电镜扫描下涂层表面情况。
【具体实施方式】
[0041] 现结合实施例和附图，对本发明作详细描述，但本发明的实施不仅限于此。
[0042] 本发明所用试剂和原料均市售可得或可按文献方法制备。
[0043] 下列实施例中所用到的TaCl5可购自长沙市华京粉体材料科技有限公司等；下列 实施例也可直接用金属钽可购自宁夏东方钽业股份有限公司等。
[0044] 除非另外说明，否则实施例中使用的百分比和份数按重量计算。
[0045] 实施例1:制备本发明的钽涂层椎弓根螺钉
[0046] 以10kg体重雄性约克夏猪为实验动物，经CT扫描及三维重建测量腰1-腰5椎体 椎弓根高度、宽度及进钉深度，并确定进钉点及进钉角度，以测量所得数据为标准，设计生 产钛合金基体椎弓根螺钉。具体数据为：螺钉为直径4mm，长度为20mm。
[0047] 运用气相沉淀法（CVD)进行钛合金基体椎弓根螺钉表面钽（Ta)涂层处理，该方法 制备的钽涂层的孔隙率一般为75~85%，最大抗压强度为35~55MPa，弹性模量为1. 5~ 3GPa。用于化学气相沉积制备钽涂层的原料为TaCl5粉体，其纯度为99. 95%。
[0048] 涂层制备中使用高纯氢气和氩气利用载气（氩气）以及还原性气体（氢气）将气 化后的1 &(：15粉末还原为金属Ta，并在高温区沉积到钛合金螺钉表面。其基本步骤如下：
[0049] (1)为提高钽涂层抗氧化性能，利用碱热法预先将螺钉表面覆盖一层Ti02(金红 石）氧化膜，而后用干燥氮气吹干，置入反应器内；
[0050](2)连接好进/排气管道，并检查密封状况，在氩气保护气氛下进行加热；
[0051] (3)当氯化钽（TaCl5)粉末的温度升至120°C，沉积温度升至950°C后，关闭氩气， 顺次调整好氢气，开始沉积；
[0052] ⑷沉积30分钟后，关闭氢气，通氩气保护降温；
[0053] (5)温度降至200°C时，打开反应器取样。
[0054] 沉积过程中的化学反应方程式如下：
[0055] 2TaCI5+5H2- 2Ta 十 10HC1。
[0056] 实施例2 :电镜扫描、XRD检测及涂层结合强度检测实验
[0057] 实验螺钉，按照实施例1的方法制备得到。
[0058] 对照螺钉，结构尺寸同实验螺钉，不涂钽。
[0059] 4只10kg雄性约克夏猪进行动物实验，在全麻下行腰椎1-3椎体后路椎弓根螺钉 植入术，左侧为实验螺钉组，右侧为对照螺钉组（如图1所示）。3月后进行动物处死，取 手术节段腰椎标本进行螺钉最大轴向拔出力、最大旋出力矩及硬组织切片并进行统计学分 析。
[0060] 实验螺钉组，根据动物CT扫描及三维重建测量所得椎弓根数据，设计的螺钉为直 径4mm，长度为20mm ;涂层处理后XRD检测钽涂层含量99. 24% (如图2、3所示），电镜扫面 300倍下涂层表面呈鳞状，螺钉螺纹及内柱各处涂层均匀无脱落，涂层厚度为3 ym(如图4 所示）。
[0061] 采用划痕法检测钽涂层与钛合金基体的结合力测得涂层结合强度为45. IMPa。划 痕法，参见文献：黄珂，杨伏良，陈力学等，划痕法测定TiAIN涂层结合强度的研究，《表面技 术》，2013年第42卷第5期107-111页。
[0062] 术后3月动物处死行手术节段椎体CT扫描及三维重建，确定24枚螺钉中有4枚 (实验组及对照组各2枚）偏离椎弓根轴线，予以排除进一步测试，余20枚螺钉中4枚（实 验组及对照组各2枚）用于组织切片，16枚用于生物力学测试。使用Instron 5569电子万 能材料试验机对螺钉进行最大轴向拔出力检测，设置参数为加载速度（即轴向拔出速度） 为0? 08333mm/s，记录载荷曲线及峰值载荷（即最大轴向拔出力）。
[0063] 实验结果如表1、2、3所示：实验组螺钉最大轴向拔出力616. 62N± 17. 72N，对照组 螺钉最大轴向拔出力为556. 85N±25. 72N，两组差值为59. 78±24. 80N，配对t检验两组之 间具有明显差异（P〈〇. 05)，证明实验组螺钉固定强度高于对照组螺钉。
[0064] 但是此差异是否由涂层螺钉表面物理性质的不同，如摩擦阻力不同而导致的，还 需将螺钉植入椎弓根后即刻的实验组和对照组所得数据纳入分析。将两组数据同样进行配 对t检验后发现，两组间无明显差异（P = 0. 951)见表3。证明在植入即刻，涂层螺钉与未 涂层螺钉之间在最大轴向拔出力方面无统计学差异，涂层表面的物理性质如摩擦阻力，并 没有明显改变其植入即刻的最大轴向拔出力。
[0065] 表1最大轴向拔出力数据（单位：N)
[0066]
[0069] 表3植入即刻配对t检验结果
[0070]
[0072] 结论：以上实验结果表明利用气相沉淀法进行螺钉表面钽涂层处理方法可行，所 得涂层钽含量高、表面均匀但有具有微隙，与螺钉基质结合力强，能满足椎弓根螺钉植入过 程中的抗剥脱需要；涂层螺钉植入动物体内组织相容性良好，且与骨组织间结合强度较无 涂层螺钉明显增强。综上所述，本发明研制的新型涂层椎弓根螺钉实际可行，并通过生物学 研究证明了其较传统椎弓根螺钉得明显优势。
[0073] 从动物实验和临床应用效果来看，经动物实验证明，钽涂层椎弓根螺钉较传统螺 钉在动物实验3月后，螺钉与周围骨组织接触更牢固，轴向拔出力明显更大，证明新型钽涂 层椎弓根螺钉在增强把持力，促进骨与螺钉界面结合力方面具有明显优势。而且钽能够促 进新生骨组织的长入，增强与骨组织的连接能力，促进骨组织的再生和重建，加快愈合过 程。
[0074] 以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述 实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的 变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【主权项】
1. 一种钽涂层椎弓根螺钉，其特征在于，所述的椎弓根螺钉以钛合金为基体，钛合金 基体的表面覆盖有钽涂层；所述的钽涂层的孔隙率为75~85% ;所述的钽涂层厚度为 2-4 y- nio2. 根据权利要求1所述的一种钽涂层椎弓根螺钉，其特征在于，所述的钽涂层是采用 气相沉淀法制备得到的。3. 根据权利要求1或2所述的一种钽涂层椎弓根螺钉，其特征在于，所述的钽涂层中钽 的含量为98%以上。4. 根据权利要求1或2所述的一种钽涂层椎弓根螺钉，其特征在于，所述的钽涂层厚度 为 3 y m〇5. -种如权利要求1所述的钽涂层椎弓根螺钉的制备方法，其特征在于，该方法包括 以下步骤： 所述的椎弓根螺钉以钛合金为基体，在钛合金基体的表面覆盖有钽涂层；所述的钽涂 层是采用气相沉淀法将Ta沉积到钛合金基体的表面。6. 根据权利要求5所述的钽涂层椎弓根螺钉的制备方法，其特征在于，该方法中的气 相沉淀法为： 利用氢气和氩气将气化后的TaCl5粉末还原为Ta，反应温度为800-1050°C。7. 根据权利要求6所述的钽涂层椎弓根螺钉的制备方法，其特征在于，所述的反应温 度为950°C。8. 根据权利要求5、6或7所述的钽涂层椎弓根螺钉的制备方法，其特征在于，该方法中 包括以下步骤： (a) 利用碱热法预先将椎弓根螺钉的钛合金基体的表面覆盖一层TiO2氧化膜，用干燥 氮气吹干，置入反应器内； (b) 反应器密封状况下，TaCl5粉末在氩气保护气氛下进行加热； (c) 当1&(：15粉末的温度升至120°C，沉积温度升至950°C，关闭氩气，通入氢气，开始沉 积； (d) 沉积30分钟后，关闭氢气，通入氩气保护降温； (e) 温度降至200°C以下，打开反应器取出椎弓根螺钉。9. 根据权利要求8所述的钽涂层椎弓根螺钉的制备方法，其特征在于，所述的步骤 (a)中，利用碱热法预先将椎弓根螺钉的钛合金基体的表面覆盖一层TiO 2氧化膜，温度为 700。。。
【专利摘要】本发明涉及可植入医疗器件技术领域，具体涉及一种钽涂层椎弓根螺钉及其制备方法。本发明提供一种钽涂层椎弓根螺钉，以钛合金为基体，钛合金基体的表面覆盖有钽涂层；本发明利用气相沉淀法进行螺钉表面钽涂层处理。从动物实验和临床应用效果来看，本发明的钽涂层椎弓根螺钉较传统螺钉在动物实验3月后，螺钉与周围骨组织接触更牢固，轴向拔出力明显更大，证明本发明的钽涂层椎弓根螺钉在增强把持力，促进骨与螺钉界面结合力方面具有明显优势；而且钽能够促进新生骨组织的长入，增强与骨组织的连接能力，促进骨组织的再生和重建，加快愈合过程。本发明具有极好的临床应用前景。
【IPC分类】A61L31/02, A61L31/14, A61L31/08
【公开号】CN105013020
【申请号】CN201510338752
【发明人】陈华江, 臧法智
【申请人】中国人民解放军第二军医大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年6月18日