专利名称：复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器的制作方法
技术领域：
本发明属于生物医用材料领域，特别涉及一种羟基磷灰石陶瓷表面PLA复膜的脊柱融合器。
背景技术：
脊柱椎间融合器已经广泛应用于脊柱退行性疾病和脊柱骨折、脱位等情况的治疗，其作用主要是有效维持椎间隙的高度并稳定融合节段，从而实现椎间的骨性融合。脊柱融合是治疗脊柱结核、感染、畸形、退行性病变以及椎间盘损伤等脊柱疾患的有效手段。椎间融合器具有撑开椎间隙，使前纵韧带处于紧张状态、恢复椎间高度，并通过腹部肌肉的收缩、自身体重等对椎间融合器的压缩实现椎间融合器的稳定并促进椎体间的骨性融合。随着脊柱融合理念的不断完善，椎体间的融合越来越被重视。而脊柱椎间融合器能够通过椎体周围肌肉收缩和椎体周围韧带张力作用而保持每个融合节段的稳定性，随着材料学的发展和外形设计的进步，为融合节段的稳定性提供了更多的保证。脊柱融合手术在1911年最早由Hibbs提出，而Mercerl936年提出了推体间融合理论后，使脊柱融合术取得迅速发展，现已成为治疗骨科疾病的重要手段。1988年Bagby首次将一种不锈钢中空状“篮子”应用于临床，用来装载移植骨进行腰椎椎间融合治疗椎间盘源性下腰痛，取得非常大的成功。从此，金属椎间融合器在脊柱外科手术中得到广泛应用。然而金属脊柱融合器的弹性模量远远高于皮质骨，在体内会引起应力遮挡，从而导致植入部位产生骨质疏松、骨萎缩、植入部位塌陷、融合器松动或滑脱等并发症。而且金属融合器产生的碎屑使机体产生巨噬细胞、白介素一 1、白介素一 6、前列腺素E2、肿瘤坏死因子等，影响骨的融合。另外，金属材料无法透过X光，影响术后对骨融合部位的观察。由人工合成的高分子材料制成的脊柱融合器(如聚醚醚酮，PEEK)，虽然弹性模量与椎体骨匹配，具有良好的抗腐蚀性，能透过X光，但同时也可导致一系列并发症神经根损伤；融合器松动；融合器塌陷，椎间隙及椎间孔高度减小；不融合等。羟基磷灰石HA是一种磷酸钙即Hydroxyapat北e，广泛存在于人体中，主要分布于骨骼和牙齿中，因此其生物相容性很好。羟基磷灰石实质上是一种高度交错聚合的陶瓷磷酸钙聚合物，其中钙磷元素摩尔比值为1. 67。在骨骼和牙齿中，钙和磷主要以胶体磷酸钙结晶形态存在，并和胶原蛋白质共同构成复杂的网络结构。羟基磷灰石能与胶原蛋白和细胞紧密结合，促进骨骼的生长，在硬和软组织的连接中起到关键的作用。有研究表明，植入的羟基磷灰石材料在缺损处为修复早期的微血管形成及宿主骨系细胞的附着提供支撑。但常规羟基磷灰石陶瓷是脆性材料，仅能用于人工关节涂层，听耳骨等非承重条件下的生物材料应用。
发明内容
为克服以上问题，本发明提供一种抗压强度大、断裂韧性大、手术安全性好的复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器。技术方案复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于所述脊柱融合器采用聚醚醚酮材料加入晶粒尺寸小于100纳米的羟基磷灰石粉烧结制成，所述脊柱融合器表面覆有分子量为 15-25万的聚乳酸膜。所述聚乳酸为左旋聚乳酸。 所述羟基磷灰石粉HA颗粒直径小于60纳米。所述烧结为两步法或多步法。所述聚醚醚酮材料中含有总质量为0. 2% -10%的掺杂项，所述掺杂项为&02、 SiO2, Al2O3^TiO2中的一种或几种。所述掺杂项还包括IO3或CeO2。所述掺杂项的晶粒尺寸小于60纳米。表面所覆聚乳酸膜的厚度为0. 3-0. 5mm。复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器的复膜方法，其特征在于包括以下步骤将聚乳酸溶于丙酮中配制成聚乳酸溶液，将烧结得到的羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器进行硅烷偶合处理，并浸泡于所述聚乳酸溶液中，离心去除多余溶液，室温干燥。所述聚乳酸溶液质量分数为10 %。技术效果复膜羟基磷灰石脊柱融合器，主要是利用了 HA的高强度和PLA柔韧性结合，体现宏观、综合的优良机械性能，PLA和HA与人体都有很好的生物相容性。并且HA可以通过调节和控制材料的组成和晶粒大小，使材料达到最佳的力学性能；表面高分子量的PLA复膜可进一步有效地克服羟基磷灰石脆性，改善了手术时捶击易碎性，尤其保证手术安全进行。 术后PLA复膜在引导骨生长中可降解，基体保持羟基磷灰石的生物活性，在体内与骨达到骨性融合。HA可中和聚合物在降解过程中产生的酸性成分，减少非特异炎症的发生。此类复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器可以避免金属融合器引起的应力遮挡和金属碎屑问题，不影响CT、MRI检查，同时为骨的修复提供钙磷等元素，有助于骨的修复和融合。此类材料可以批量生产，有效解决自体骨的问题。选用两步或多步法烧结，可将羟基磷灰石陶瓷晶粒控制在100纳米以下，使羟基磷灰石陶瓷综合机械强度提高。不同的烧结方法对HA矿化后的晶粒尺寸有很大影响，而晶粒尺寸直接影响到陶瓷的机械强度，由于本发明的复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器对力学强度有一定要求，因此采用两步法或多步法烧结，这样可使陶瓷晶粒尺寸得到控制，降低脆性，增强韧性。掺杂纳米级的&02、310241203、1102能不同程度的提高羟基磷灰石的硬度和强度； 掺入少量t03、ce&可保证前述的晶体相结构以达到最好的性能。优选左旋聚乳酸PLLA，可以获得更好的机械性能。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。以下实施例中所采用的力学性能测试方法如下将脊柱融合器成品置于材料力学试验机中进行压缩试验，下压量为5mm，下压速度为0. 5mm/min，对其抗压强度进行测试。将脊柱融合器成品置于弹性模量测试仪上，下压量为5mm，试验速度0. 5mm/min0 对其弹性模量进行测试。实施例1脊柱融合器为长方香蕉型，宽14mm，长25mm，高10mm，壁厚2. 5mm,上下表面具有解剖型结构，其上的咬合齿高度为0. 5mm。适用于患者L5/S1椎间盘突出症。羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，所用材料为晶粒尺寸小于100纳米的羟基磷灰石陶瓷材料，将聚醚醚酮PEEK材料加入上述羟基磷灰石陶瓷材料烧结制成融合器，再将其表面覆有分子量为15-25万的聚乳酸制成上述尺寸的羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器。聚乳酸覆膜的方法①将一定量的PDLLA溶于丙酮中，配制成质量分数为10%的 PDLLA溶液。②将HA陶瓷脊柱融合器进行硅烷偶合处理，使其表面吸附了一层类似于磷化晶体的三维网状结构的超薄有机纳米膜层(50 500nm)，同时在界面形成结合力很强的共价键，利于复膜。③将处理后的HA陶瓷脊柱融合器浸泡于溶液①中，后离心去除多余PDLLA 溶液，室温干燥，即可在HA陶瓷脊柱融合器上均勻涂覆一层PDLLA高分子薄膜。脊柱融合器中^O2含量为小于0. 5% (质量比)，其抗压强度高于180MPa，弹性模量高于20GPa。实施例2脊柱融合器的结构尺寸及复膜方法同实施例1。但融合器有前低后高5度的倾斜度。宽14mm，长25mm，高10mm，壁厚2. 5mm，上下表面具有解剖型结构，其上的咬合齿高度为 0. 5mm。适用于患者L4/L5椎间盘突出症。羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，制作方法同前，脊柱融合器所用材料为晶粒尺寸60 纳米的羟基磷灰石陶瓷材料，复膜PLA厚度达0. 5mm,抗压强度高于150MPa，弹性模量高于 20GPao实施例3脊柱融合器的结构尺寸及复膜方法同实施例1。脊柱融合器所用材料为晶粒尺寸小于65纳米的羟基磷灰石陶瓷材料，将聚醚醚酮PEEK材料加入上述羟基磷灰石陶瓷材料， 通过两段法或多段法烧结制备而成融合器，用硅烷偶合处理后，复膜PLA厚度达0. 5mm。适用于患者L5/S1椎间盘突出症。测得其抗压强度高于150MPa，弹性模量高于15GPa。实施例4羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，所用材料为晶粒尺寸小于90纳米的羟基磷灰石陶瓷材料，其中含有纳米级的总质量小于2%的&02、SiO2，用硅烷偶合处理，复膜PLA厚度达 0. 5mm，测得其抗压强度高于130MPa，弹性模量高于15GPa。实施例5羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，所用材料为晶粒尺寸小于70纳米的羟基磷灰石陶瓷材料，其中含有纳米级的总质量小于5%的^O2和小于1 % 103。复膜PLA厚度达0. 5mm, 测得其抗压强度高于150MPa，弹性模量高于15GPa。实施例6羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，所用材料为晶粒尺寸小于80纳米的羟基磷灰石陶瓷材料，其中含有纳米级的总质量小于5%的^O2和TW2和小于Ce02。复膜PLA厚度达0. 5mm，测得其抗压强度高于130MPa，弹性模量高于20GPa。实施例7羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，所用材料为晶粒尺寸小于75纳米的羟基磷灰石陶瓷材料，其中含有纳米级的总质量小于3%的&02和小于103。复膜PLA厚度达0. 3mm。 测得其抗压强度高于130MPa，弹性模量高于15GPa。实施例8羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，所用材料为晶粒尺寸小于60纳米的羟基磷灰石陶瓷材料，其中含有纳米级的总质量小于2%的Al2O315复膜PLA厚度达0.5mm。测得其抗压强度高于150MPa，弹性模量高于20GPa。其它实施例本发明的脊柱融合器具有各种不同的设计型式和尺寸，以适应不同的患者及不同的脊柱受损部位。诸如还包括适用于颈椎的矩形立方体脊柱融合器，宽13mm，长13mm，高7mm。还包括适用于腰椎的棋形立方体脊柱融合器，宽25mm，长13mm，高13mm，等等。以上各实施例的抗压强度大于130MPa，弹性模量小于lOOGPa，这说明本发明在力学强度上符合人体骨的力学标准。通过以上实施例证明，烧结后HA陶瓷表面复PLA膜，从而改善了融合器材料整体的力学性能。且为提高羟基磷灰石陶瓷材料的综合机械性能，在纳米羟基磷灰石粉中添加总质量为0. 2% -10%的掺杂项是有效的。掺杂纳米级的&02、SiO2, A1203、TiO2，它们都能不同程度的提高羟基磷灰石的硬度和强度。掺入少量103、CeO2可保证上述氧化物特别是 ZrO2的晶体相结构，四方相的晶体结构已有报道证明其韧性最好。本发明的PLA复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器是由晶粒尺度小于100纳米的羟基磷灰石陶瓷材料和PLA复膜制成，在力学性能上显著优于传统羟基磷灰石陶瓷，尤其是提高了断裂韧性，因此能够克服常规羟基磷灰石陶瓷的脆性，满足脊柱融合器的力学要求。同时，本发明的羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器能够保持羟基磷灰石的生物活性，在体内与骨达到骨性融合。
权利要求
1.复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于所述脊柱融合器采用聚醚醚酮材料加入晶粒尺寸小于100纳米的羟基磷灰石粉烧结制成，所述脊柱融合器表面覆有分子量为 15-25万的聚乳酸膜。
2.根据权利要求1所述的复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于所述聚乳酸为左旋聚乳酸。
3.根据权利要求1所述的复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于所述羟基磷灰石粉HA颗粒直径小于60纳米。
4.根据权利要求1所述的复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于所述烧结为两步法或多步法。
5.根据权利要求1任一所述的复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于所述聚醚醚酮材料中含有总质量为0. 2% -10%的掺杂项，所述掺杂项为&02、Si02、Al2O3JW2中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于掺杂项还包括 Y2O3 或 CeO2。
7.根据权利要求5所述的复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于所述掺杂项的晶粒尺寸小于60纳米。
8.根据权利要求1所述的复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，其特征在于表面所覆聚乳酸膜的厚度为0. 3-0. 5mm。
9.根据权利要求1-8任一所述的复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器的复膜方法，其特征在于包括以下步骤将聚乳酸溶于丙酮中配制成聚乳酸溶液，将烧结得到的羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器进行硅烷偶合处理，并浸泡于所述聚乳酸溶液中，离心去除多余溶液，室温干O
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在所述聚乳酸溶液质量分数为10%。
全文摘要
复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器，所述脊柱融合器采用聚醚醚酮材料加入羟基磷灰石粉烧结制成，所述脊柱融合器表面覆有聚乳酸膜。HA可以通过调节和控制材料的组成和晶粒大小，使材料达到最佳的力学性能；表面高分子量的PLA复膜可进一步有效地克服羟基磷灰石脆性，尤其是提高了断裂韧性，因此能够克服常规羟基磷灰石陶瓷的脆性，满足脊柱融合器的力学要求。同时，本发明的羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器能够保持羟基磷灰石的生物活性，在体内与骨达到骨性融合。还包括复膜羟基磷灰石陶瓷脊柱融合器的复膜方法。
文档编号A61L31/10GK102188757SQ201110119729
公开日2011年9月21日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者崔福斋, 朱锦文, 王昶明, 连小洁, 郭文广 申请人:北京奥精医药科技有限公司, 清华大学