复合型钻石烯接骨钉及制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于骨折固定材料技术领域，具体涉及一种复合型钻石烯接骨钉及制作方 法。
【背景技术】
[0002] 人体关节发生内骨折后，需要进行解剖定位并采用内固定物进行固定，传统的骨 折内固定材料一般采用不锈钢、钛或者合金材质，在长期植入后会引发蚀损、过敏、因应力 遮挡作用而导致骨质疏松，容易导致术后再次骨折；同时在骨折愈合后需要再次进行手术 将内固定物取出，给患者增加了负担和痛苦。可吸收骨折内固定材料的出现能够减少手术 的次数，不需要再次进行手术将内固定物取出，有效减轻了患者的痛苦。可吸收骨折内固定 材料通常是由单体在一定条件下发生聚合反应，脱去一部分小分子化合物而形成。目前常 用的聚合物有聚乙交酯和聚丙交酯。采用可吸收骨折内固定材料虽然具有避免二次手术的 优越性，但其自身强度欠佳，对应力较大的骨折端使用时会出现内固定物松动、变形或断裂 等现象；同时其抗扭转强度较弱，在手术中植入人体时用力不当即会扭断螺帽或者导致螺 钉变形。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种结构简单、强度大且安全性高的复合型钻石烯接骨钉及 制作方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:复合型钻石烯接骨钉，包括可吸收内 螺钉层和包覆在可吸收内螺钉层外面的复合钻石烯层，复合钻石烯层厚度为可吸收内螺钉 层厚度的1-1.5倍;复合钻石烯层由层片状单晶结构的纳米钻石烯和可吸收材料制备而成， 纳米钻石烯中同一片层的碳原子之间为sp3轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间 为sp2杂化碳键连接;纳米钻石稀的晶格间距为0.21nm;纳米钻石稀的平均粒径为R，20 < R 仝500nm;纳米钻石烯的C含量为99~100%。
[0005] 复合钻石烯层中纳米钻石烯与可吸收材料的体积比为2:3-1: 1。
[0006] 可吸收内螺钉层与复合钻石烯层为一体化结构。
[0007] 复合型钻石烯接骨钉的制作方法，包括以下步骤：1)选取纳米钻石烯和可吸收材 料，加入粘结剂，在环境温度为50°C_100°C条件下连续搅拌直至混合均匀;2)步骤将1)中得 到的混合材料放入模具中制成复合钻石烯层的胚体，将可吸收材料放入模具中制成可吸收 内螺钉层的胚体;3)将步骤2)中得到的两个胚体压制成型后加压挤入骨钉模具中，冷却后 得到成品。
[0008] 步骤1)中粘结剂采用改性环氧树脂。
[0009] 纳米钻石烯的制备工艺，包括以下步骤： 酸洗提纯:将金刚石原料粉碎成8000目以上的细粉，依次采用浓硫酸与浓硝酸混合液、 稀盐酸、氢氟酸对该细粉酸洗，然后使用去离子水清洗至清洗液pH接近于7;分选:将清洗后 的物料进行离心分离，取上层液体进行1-5天沉淀分选，去除上层清液，将下层沉淀物干燥 后即得成品纳米钻石烯。
[0010]酸洗步骤前进行球磨整形和气流破碎，先将金刚石原料球磨整形并筛分出800目 以上的细料;再将该细料输送至气流破碎机内粉碎并筛分出8000目以上的细粉。
[0011]在球磨整形步骤，金刚石经球磨整形桶的筛网筛出70目以上的颗粒，破碎时间为 l-5h;该颗粒经多级振筛机筛分出800目以上的细料，振筛时间为30min-2h;在球磨整形步 骤，筛分出的800目以上的细料重复过筛一次以上；在球磨整形步骤，70目以下的粗料返回 球磨整形桶进行重新破碎;筛余物返回气流破碎机进行重新破碎;分选步骤中，离心时间为 30min-2h，转速为8000rpm-15000rpm;浓硫酸与浓硝酸混合液由质量分数为98%浓硫酸和质 量分数为10%浓硝酸按照质量比为5:1混合而成;采用上述方法制备的纳米钻石烯，为层片 状单晶结构，同一片层的碳原子之间为 sp3轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间为 sp2杂化碳键连接;粒度为20-500nm，C含量为99~100%，晶格间距为0.21nm〇
[0012] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下:复合型钻石烯接骨钉，包括可吸收内螺 钉层和包覆在可吸收内螺钉层外面的复合钻石烯层，设置复合钻石烯层可明显减缓初期可 吸收材料的降解速度，避免可吸收材料被过早降解，同时超细钻石烯以共价键方式结合人 体组织相容性高的分子界面层，能够被降解后排出体外，降低其对人体的影响，提高接骨钉 的强度和抗扭转性，避免出现扭断变形的情况，提高接骨钉使用的安全性，减少患者的痛 苦;复合钻石烯层厚度为可吸收内螺钉层的1-1.5倍，方便进行成型，内外两层相配合，有效 提高接骨钉的强度和抗扭转性能;可吸收内螺钉层与复合钻石烯层为一体化结构，内外螺 钉形成一体化结构，防止在使用过程中发生脱落、移位现象；纳米钻石烯为层片状单晶结 构，同一片层的碳原子之间为sp3轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间为sp2杂化 碳键连接，纳米钻石烯形貌为多层片状结构，形貌可控，分散性好，无抱团团聚现象发生，且 粒径与片厚存在比例关系，同时同一片层的碳原子之间为sp3轨道杂化碳键连接，层与层之 间的碳原子之间为sp2杂化碳键连接，sp2杂化轨道碳键为不饱和建，使层与层之间有许多 电子空位，电子空位方便电子自由出入，提高纳米钻石烯与可吸收材料粒子的结合度;纳米 钻石稀的晶格间距为0.21]1111 ;纳米钻石稀的平均粒径20<1?<50〇11111，纳米钻石稀粒径集中 度高，粒径范围分布窄，粒径为20-500nm，粒径大小可控;纳米钻石烯的C含量为99~100%， 结晶性非常强，对人体无毒副作用，可用于人体牙齿、骨头、关节等仿生材质的制备以及其 表面处理;多层片状结构的不饱和纳米钻石烯能够将其他材料的粒子吸附于本身的层与层 之间牢固结合，采用粘结剂与纳米钻石烯结合后，可达到良好的固结效果，同时纳米钻石烯 的多层片状结构使得所制得的成品光滑耐磨、耐腐蚀、硬度高且不易变形;原有的可吸收材 料常采用聚酯材料如聚丙交酯，加入纳米钻石烯后，可明显减缓初期可吸收材料的降解速 度，达到可吸收材料前中期的降解，后期可吸收材料降解时，纳米钻石烯可随之排出。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明实施例1的结构示意图； 图2是纳米钻石烯的XRD谱图； 图3是纳米钻石稀的TEM分析图； 图4是纳米钻石烯的MAS-NMR谱图； 图5是纳米钻石烯的原子轨道示意图； 图6是纳米钻石稀的Raman光谱。
【具体实施方式】
[0014] 实施例1 复合型钻石烯接骨钉，如图1所示，包括可吸收内螺钉层2和包覆在可吸收内螺钉层2外 面的复合钻石烯层1，复合钻石烯层1厚度与可吸收内螺钉层2厚度之比为1;复合钻石烯层1 由层片状单晶结构的纳米钻石烯和可吸收材料制备而成，纳米钻石烯中同一片层的碳原子 之间为sp3轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间为sp2杂化碳键连接；纳米钻石烯 的晶格间距为0 · 21nm;纳米钻石烯的平均粒径R为20nm;纳米钻石烯的C含量为99~100%。复 合钻石烯层1中纳米钻石烯与可吸收材料的体积比为2: 3。可吸收内螺钉层2与复合钻石烯 层1为一体化结构。
[0015] 实施例2 本实施例与实施例一的区别在于，复合钻石烯层厚度为可吸收内螺钉层厚度的1.2倍， 纳米钻石稀的平均粒径R为500nm，复合钻石稀层中纳米钻石稀与可吸收材料的体积比为1: 1〇
[0016] 实施例3 本实施例与实施例一的区别在于，复合钻石烯层厚度为可吸收内螺钉层厚度的1.3倍， 纳米钻石稀的平均粒径R为300nm，复合钻石稀层中纳米钻石稀与可吸收材料的体积比为1: 1〇
[0017] 实施例4 本实施例与实施例一的区别在于，复合钻石烯层厚度为可吸收内螺钉层厚度的1.5倍， 纳米钻石稀的平均粒径R为200nm，复合钻石稀层中纳米钻石稀与可吸收材料的体积比为2: 3〇
[0018] 复合型钻石烯接骨钉的制作方法，包括以下步骤：1)选取纳米钻石烯和可吸收材 料，加入粘结剂，在环境温度为50°C_100°C条件下连续搅拌直至混合均匀;2)将步骤1)中得 到的混合材料放入模具中制成复合钻石烯层的胚体，将可吸收材料放入模具中制成可吸收 内螺钉层的胚体;3)将步骤2)中得到的两个胚体压制成型后加压挤入骨钉模具中，冷却后 得到成品。步骤1)中粘结剂采用改性环氧树脂。
[0019]对采用上述方法制得的钻石烯接骨钉进行性能测试，测试效果如下： 测试1:将长度为6mm的可吸收螺钉和复合型钻石烯接骨钉分别植入2只试验小白兔体 内，手