人工椎间盘及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物医用材料技术领域，尤其涉及一种人工椎间盘及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 颈椎病及腰椎病是一种由于椎间盘退行性病变而导致的脊柱疾患，已成为显著影 响中老年人生活质量的常见病和高发病。其中，在腰椎病方面，腰椎间盘突出症总发病率已 达15. 2~30%，且我国腰椎病患者目前已突破2亿，80%的成年人有过腰痛病史。临床统 计表明，年龄大于50岁者40%以上腰椎有活动受限情况，其中60%会产生腰椎病变，压迫 神经系统出现病症，约10% -15%的患者最终会发展到脊髓压迫，从而可能造成截瘫。而颈 椎病方面更不容乐观，随着人口老龄化、长期伏案面对电脑增加及车祸频发，造成的颈椎损 伤逐年增加，颈椎病发病率快速攀升。目前我国发病率约占全国总人口的7%-10%，其中 50岁左右人群发病率超过了 25%，60~70岁发病率可高达50%，此外中青年患者急剧增 加，30岁以下青年患者已占到总患病人数的11%。
[0003] 椎间盘退变疾病的治疗有手术和非手术两种方法。非手术疗法仅能缓解症状，不 能根治，相当比例的患者必须接受手术治疗。临床中，由于脊柱融合术见效快、疗效好、手术 简单等优点，多年来一度成为椎间盘疾病手术治疗的"金标准"。然而该项手术疗法仍存在 一些遗憾，融合术会导致病变节段的生理活动度丧失，相邻节段运动及负荷增加，将在一定 程度上加速邻近节段退变。临床研究发现，融合术后有约25. 6 %的患者在术后10年内出 现邻近节段继发病变。在长达21年的随访中，14%的患者需再次手术。为解决减压后的不 稳，维持椎间隙高度，并保留椎节间适度生理活动，受髋关节置换术启发，人工椎间盘置换 术（TDR)应运而生。与颈椎前路融合术及腰椎后路融合术相比，TDR具有保持手术节段正 常活动度和稳定性、改善邻近椎间隙内压力、减少邻近节段新发病率等优点，被认为是最有 发展前景的脊柱生物力学重建技术。而TDR使用的人工颈或腰椎间盘，则理所当然地成为 国际研究开发的重点和热点。
[0004] 国内开展TDR手术已有近20年历史，已有大量临床病例，但遗憾的是所使用的产 品全部为进口。然而，随着脊柱非融合技术的快速发展，TDR的日益普及并广泛认可，国人颈 腰椎病的发病率持续攀升，开发国产化的人工椎间盘产品已势在必行。而国产化人工椎间 盘的开发主要面临以下技术挑战：椎间盘植入人体后，假体在人体复杂力学/生理环境下， 关节面材料出现严重磨损，产生大量磨屑，各种磨损微粒诱发炎症反应，致使假体周围骨溶 解，最后出现假体松动，导致假体寿命严重不足。
【发明内容】
[0005] 鉴于此，有必要提供一种植入人体后具有较长寿命的人工椎间盘。
[0006] 此外，还提供一种人工椎间盘的制备方法，该方法制备的人工椎间盘植入人体后 具有较长的寿命。
[0007] 一种人工椎间盘，包括：
[0008] 第一终板，包括层叠的第一耐磨层和第一修复层，所述第一耐磨层远离所述第一 修复层的一侧形成有弧形凸面，所述第一修复层包括层叠的第一修复单元层和第二修复单 元层，所述第二修复单元层层叠于所述第一耐磨层上；及
[0009] 第二终板，设置于所述第一终板上，所述第二终板与所述第一终板可相对滑动，所 述第二终板包括层叠的第二耐磨层和第二修复层，所述第二耐磨层远离所述第二修复层的 一侧形成有弧形凹面，且所述弧形凸面与所述弧形凹面滑动抵接，所述第二修复层包括层 叠的第三修复单元层和第四修复单元层，所述第四修复单元层层叠于所述第二耐磨层上； [0010] 其中，所述第一耐磨层的材料和所述第二耐磨层的材料均为聚醚醚酮和增强纤维 的混合物，所述第一修复单元层的材料和所述第三修复单元层的材料均包括聚醚醚酮和可 降解的第一活性骨修复材料，所述第二修复单元层的材料和所述第四修复单元层的材料均 为聚醚醚酮和可降解的第二活性骨修复材料的混合物，所述第一活性骨修复材料为含骨诱 导因子的微球或者所述第一活性骨修复材料为由羟基磷灰石、α-磷酸三钙、β_磷酸三 钙、硫酸钙及生物活性玻璃中的至少一种和含骨诱导因子的微球组成的混合物氯化钠组成 的混合物，所述第二活性骨修复材料选自羟基磷灰石、ct-磷酸三钙、磷酸三钙、硫酸钙 及生物活性玻璃中的至少一种。
[0011] 在其中一个实施例中，所述第一耐磨层包括多个依次层叠的第一耐磨单元层，多 个所述第一耐磨单元层的材料均为所述聚醚醚酮和所述增强纤维的混合物，从所述第一耐 磨层的一侧到另一侧，所述多个第一耐磨单元层的材料中的所述增强纤维的质量百分含量 逐渐减少，所述第二修复单元层层叠于含所述增强纤维的质量百分含量最少的所述第一耐 磨单元层上，所述弧形凸面形成于含所述增强纤维的质量百分含量最多的所述第一耐磨单 元层上；
[0012] 所述第二耐磨层包括多个依次层叠的第二耐磨单元层，多个所述第二耐磨单元层 的材料均为所述聚醚醚酮和所述增强纤维的混合物，从所述第二耐磨层的一侧到另一侧， 所述多个第二耐磨单元层的材料中的所述增强纤维的质量百分含量逐渐减少，所述第四修 复单元层层叠于含所述增强纤维的质量百分含量最少的所述第二耐磨单元层上，所述弧形 凹面形成于含所述增强纤维的质量百分含量最多的所述第二耐磨单元层上。
[0013] 在其中一个实施例中，含所述增强纤维的质量百分含量最多的所述第一耐磨单元 层的材料中，所述增强纤维与所述聚醚醚酮的质量比为0. 1:1~0. 5:1 ;
[0014] 含所述增强纤维的质量百分含量最多的所述第二耐磨单元层的材料中，所述增强 纤维与所述聚醚醚酮的质量比为〇. 1:1~〇. 5:1。
[0015] 在其中一个实施例中，含所述增强纤维的质量百分含量最多的所述第一耐磨单元 层的厚度为50微米~100微米；
[0016] 含所述增强纤维的质量百分含量最多的所述第二耐磨单元层的厚度为50微米~ 100微米。
[0017] 在其中一个实施例中，所述第二修复单元层为多个，且多个第二修复单元层依次 层叠于所述第一耐磨层上，从所述第一修复层的一侧到另一侧，所述多个第二修复单元层 的材料中的所述第二活性骨修复材料的质量百分含量逐渐减少，含所述第二活性骨修复材 料的质量百分含量最少的所述第二修复单元层层叠于所述第一耐磨层上；
[0018] 所述第四修复单元层为多个，且多个第四修复单元层依次层叠于所述第二耐磨层 上，从所述第二修复层的一侧到另一侧，所述多个第四修复单元层的材料中的所述第二活 性骨修复材料的质量百分含量逐渐减少，含所述第二活性骨修复材料的质量百分含量最少 的所述第四修复单元层层叠于所述第二耐磨层上。
[0019] 在其中一个实施例中，所述增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、石墨纤维、碳化硅纤 维、不锈钢纤维及钛基晶须纤维中的至少一种。
[0020] 在其中一个实施例中，所述增强纤维的直径为1纳米~50微米，长度为10微米~ 1000微米。
[0021] 在其中一个实施例中，所述聚醚醚酮的粒径小于40微米。
[0022] 在其中一个实施例中，所述第一活性骨修复材料和所述第二活性骨修复材料的粒 径为100微米~1毫米。
[0023] -种人工椎间盘的制备方法，包括如下步骤：
[0024] 将增强纤维与聚醚醚酮混合，得到第一混合物料；
[0025] 将第一添加剂与聚醚醚酮混合，得到第一混合材料，所述第一添加剂为氯化钠或 者所述第一添加剂为由羟基磷灰石、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、硫酸钙及生物活性玻璃 中的至少一种和氯化钠组成的混合物；
[0026] 将可降解的活性骨修复材料与聚醚醚酮混合，得到第二混合材料；
[0027] 提供第一模具，所述第一模具具有外凸的弧形底面，将所述第一混合物料、所述第 二混合材料及所述第一混合材料依次加入所述第一模具中，成型后，去除所述第一模具，经 烧结，得到依次层叠的第一修复单元层胎体、第二修复单元层和第一耐磨层，且所述第一耐 磨层远离所述第二修复单元层的一侧形成有弧形凸面；
[0028] 清洗去除所述第一修复单元层胎体的表面上的所述氯化钠，然后将含骨诱导因子 的微球吸附至所述第一修复单元层胎体上以形成第一修复单元层，得到第一终板；
[0029] 将增强纤维与聚醚醚酮混合，得到第二混合物料；
[0030] 将第二添加剂与聚醚醚酮混合，得到第三混合材料，所述第二添加剂为氯化钠或 者所述第二添加剂为由羟基磷灰石、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、硫酸钙及生物活性玻璃 中的至少一种和氯化钠组成的混合物；
[0031] 将可降解的活性骨修复材料与聚醚醚酮混合，得到第四混合材料，其中，所述第 二混合材料和所述第四混合材料中的活性骨修复材料均选自羟基磷灰石、α-磷酸三钙、 β-磷酸三钙、硫酸钙及生物活性玻璃中的至少一种；
[0032] 提供第二模具，所述第二模具具有内凹的弧形底面，将所述第二混合物料、所述第 四混合材料及所述第三混合材料依次加入所述第二模具中，成型后，去除所述第二模具，经 烧结，得到依次层叠的第三修复单元层胎体、第四修复单元层及第二耐磨层，且所述第二耐 磨层远离所述第四修复单元层的一侧形成有弧形凹面，且所述弧形凸面与所述弧形凹面可 滑动抵接；及
[0033] 清洗去除所述第三修复单元层胎体的表面上的所述氯化钠，然后将含骨诱导因子 的微球吸附至所述第二修复层胎体上以形成第三修复单元层，得到第二终板。
[0034] 当上述人工椎间盘植入人体后，通过第一终板的弧形凸面与第二终板的弧形凹面 滑动抵接，以实现第一终板与第二终板的相对滑动，而上述人工椎间盘的第一终板包括层 叠的第一耐磨层及第一修复层，且第二终板包括层叠的第二耐磨层及第二修复层，而第一 耐磨层的材料和第二耐磨层的材料均为聚醚醚酮和增强纤维的混合物，而弧形凸面位于第 一耐磨层上，弧形凹面位于第二耐磨层上，使得弧形凸面与弧形凹面均具有较好的耐磨性 能，磨损损失量约为0. 05~0. 4mg/MC(MC表示百万次循环），即磨损率为单纯使用聚醚醚 酮为材料的人工椎间盘的2%~14. 5%，远远低于传统人工椎间盘的磨损量，由于上述人 工椎间盘的弧形凸面与弧形凹面均具有较好的耐磨性能，从而有效地减少了磨屑的产生， 增加了人工椎间盘的寿命；另外，第一修复层包括层叠的第一修复单元层和第二修复单元 层，第二修复单元层包括层叠的第三修复单元层和第四修复单元层，第一修复单元层的材 料和第三修复单元层的材料均为氯化钠、聚醚醚酮和可降解的第一活性骨修复材料的混合 物，第二修复单元层的材料和第四修复单元层的材料均为聚醚醚酮和可降解的第二活性骨 修复材料的混合物，且由于第一活性骨修复材料为含骨诱导因子的微球或者为由羟基磷灰 石、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、硫酸钙及生物活性玻璃中的至少一种和含骨诱导因子的 微球组成的混合物氯化钠组成的混合物，第二活性骨修复材料选自羟基磷灰石、α-磷酸三 钙、β-磷酸三钙、硫酸钙及生物活性玻璃中的至少一种，当上述人工椎间盘被植入后，这些 活性骨修复材料能够被降解，从而使第一修复层和第二修复层均变成一个多孔结构，此时， 新生骨组织能够长入多孔结构中，使得骨组织能够分别与第一修复层和第二修复层紧密的 结合在一起，增加了第一终板和第二终板在植入体内的长期稳定性，即保证了人工椎间盘 在植入人体后的长期稳定性，因此，上述人工椎间盘植入人体后具有较长的寿命。
【附图说明】
[0035] 图1为一实施方式的人工椎间盘的结构示意图；
[0036] 图2为一实施方式的人工椎间盘的制备方法的流程。
【具体实施方式】
[0037] 下面主要结合附图及具体实施例对人工椎间盘及其制备方法作进一步详细的说 明。
[0038] 如图1所示，一实施方式的人工椎间盘100,包括第一终板110及第二终板120。其 中，第二终板120设置于第一终板110上，且第一终板110与第二终板120可相对滑动。
[0039] 第一终板110包括层叠的第一耐磨层112及第一修复层114。
[0040] 其中，第一耐磨层112远离第一修复层114的一侧形成有弧形凸面1122。
[0041] 其中，第一耐磨层112的材料为聚醚醚酮和增强纤维的混合物。在聚醚醚酮中混 合增强纤维，使得第一耐磨层112具有较好的耐摩擦性能。
[0042] 其中，第一耐磨层112的材料中的聚醚醚酮为植入级。
[0043] 优选的，聚醚醚酮的粒径小于40微米。小粒径的聚醚醚酮易于与增强纤维混合均 匀，并且有利于减少缺陷，从而增强第一耐磨层112的力学性能。
[0044] 聚醚醚酮是一种在主链结构中含有由一个酮键和两个醚键组成的重复单元的高 聚物，属特种高分子材料，其具有耐高温、耐化学药品腐蚀、自润滑性等物理化学性能，是一 类结晶高分子材料。聚醚醚酮的弹性模量与骨的弹性模量十分接近，且聚醚醚酮能够很快 地与骨融合，具有良好的生物相容性，可长期置于生物体内。另外，聚醚醚酮可透X光，在核 磁共振检查时，即使是脊椎融合部分也能够清楚地分辨出周围的组织结构。
[0045] 其中，增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、石墨纤维、碳化硅纤维、不锈钢纤维及钛基 晶须纤维中的至少一种。上述增强纤维有利于增强第一耐磨层112的耐磨性能。
[0046] 优选的，增强纤维的直径为1纳米~50微米，长度为10微米~1000微米。该尺 寸的增强纤维不仅能和聚醚醚酮混合均匀，从而能够提高第一耐磨层112的应力的连续性 和均匀性，还能够起到纳米增强的作用，从而提高第一耐磨层112的耐磨性能。
[0047] 优选的，第一耐磨层112包括多个依次层叠的第一耐磨单元层1124,多个第一耐 磨单元层1124的材料均为聚醚醚酮和增强纤维的混合物。从第一耐磨层112的一侧到另一 侦牝多个第一耐磨单元层1124的材料中的增强纤维的质量百分含量逐渐减少。将第一耐磨 层112设置为多个含增强纤维的质量百分含量逐渐减少的多个第一耐磨单元层1124,使第 一耐磨层112形成一个梯度结构。增强纤维虽然起到一个提高抗疲劳性能、耐磨性能的作 用，但混合了增强纤维的材料的微观结构是不均匀的，这种结构的不均匀性容易产生微观 的应力和应变分布不均匀，可能导致材料在最大或强度最低或最薄弱的区域发生破坏。因 此，将第一耐磨层112设置为上述结构是为了逐渐降低增强纤维对第一耐磨层112的影响。
[0048] 优选的，每个第一耐磨单元层1124的材料中，增强纤维与聚醚醚酮的质量比为 0. 001~0. 5:1。该比例范围的增强纤维和聚醚醚酮能够满足第一耐磨单元层1124的抗疲 劳和耐磨性能的要求，且该比例的增强纤维的存在也不会破坏第一耐磨单元层1124。
[0049] 其中，弧形凸面1122形成于含增强纤维的质量百分含量最多的第一耐磨单元层 1124 上。
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