一种一体式带针可降解软骨连接缝合线的制作方法

本发明属于医用领域，具体提供一种采用可降解镁基合金丝材作为软骨连接丝进行软骨连接的方法。

背景技术：

医用连接线是用于伤口缝合、组织连接和结扎止血的特殊丝材，在创伤愈合和修复方面起到关键作用，对组织的有效愈合和人体恢复健康具有重要意义。目前应用于耳再造等软骨连接的材料主要是不锈钢丝，不锈钢是属于不可吸收的材料，在人体内属于异物，长期驻留极易导致机体出现炎症、愈合迟缓、致敏、致癌等不良反应。当机体病患组织修复或愈合之后，需进行二次手术取出，给患者带来额外的手术风险、经济压力和生理痛苦。随着经济水平和人们对自身身体保护意识的提高，这种二次手术是人们所不能接受的。可吸收连接线能够在体内生物环境中被降解吸收，符合当前先进医疗理念和人体需求，是未来发展的主流和趋势。目前可吸收连接线大多是高分子材料，力学强度低，难以适用于张力较大的组织缝合，只能适用于少数非承力部位，极大程度地限制了其发展和临床应用。

镁基合金丝材通过合理调配其降解速度、力学性能和抗菌性能，可应用于整形外科软骨连接，镁基合金作为可降解连接丝在软骨连接应用方面具有诱人的前景。因此，本发明针对现有软骨连接用缝合线需要二次手术取出的问题，发展一种具有良好力学性能的可降解吸收手术缝合线，可用于软骨连接。

技术实现要素：

针对现有耳再造等手术中软骨连接丝需要二次手术取出等问题，本发明提供一种一体式带针可降解软骨连接缝合线，利用镁基合金生物可降解性、力学性能优良等特点，能够实现一种无需二次手术的软骨连接方法。

本发明技术方案如下：

一种一体式带针可降解软骨连接缝合线，包括牵引针和缝合线，其特征在于：所述缝合线为镁基合金丝材，所述镁基合金为二至五元合金，所添加合金元素为锌、锶、锆、铜、稀土元素中的一种或者几种，其中合金元素的总含量小于5wt.％。

使用时，可通过牵引针头将镁基合金缝合线穿过软骨组织并将其连接起来，该丝材具有良好的力学性能，可对软骨进行捆绑连接，穿孔连接，且具有良好的生物安全性，在软骨组织连接完好后，镁合金丝材可生物降解被吸收，避免二次手术取出。

本发明软骨连接缝合线，其特征在于：所述镁基合金丝材的直径为0.1-0.5mm。本发明通过在纯镁中添加合金元素，提高纯镁的力学强度和加工性能，可制备出直径小于0.5mm的镁合金丝材，丝材表面光滑，粗细均匀，具有生物可降解性能、良好的力学性能以及优异的生物安全性，作为软骨连接丝，可对软骨进行有效地连接，促进骨组织愈合，在组织愈合以后，缝合线通过生物降解而被吸收，避免二次手术取出，极大地缓减患者痛苦，并避免二次手术带来的细菌感染风险，提高患者手术治疗效果。

本发明所述软骨连接带针缝合线，其特征在于，所述镁基合金优选为mg-1.0zn-0.5nd-0.8zr-0.8cu，mg-2zn-0.5nd或mg-0.2zn-2nd，以上合金具有良好的丝材加工成型性能，以及较高的塑性。

本发明所述软骨连接带针缝合线，其特征在于，所述稀土元素为钕、钆、钇元素中的一种或者几种，其组成为重量百分比：钕：0.2-2.0％，钆：0.3-0.8％，钇：0.1-1.0％。

本发明所述软骨连接带针缝合线，其特征在于：所述镁基合金缝合线具有表面氟化处理层，厚度为0.1-2μm，处理工艺为在氢氟酸中浸泡20-80h。

本发明所述软骨连接缝合线，其特征在于，所述镁基合金缝合线的制备方法为：将直径3-10mm的镁基合金棒材，利用拉拔机对镁基合金进行拉丝，在拉拔过程中采用单道次小变形量、多道次拉拔的工艺辅以必要的退火热处理获取累积大变形量的工艺方法，在拉拔过程中采用单道次10-20％小变形量，然后根据总变形量及单道次变形量计算出总拉拔道次，拉拔速度0.01-0.25mm/s，最终加工出直径为0.1-0.5mm的镁基合金丝材。

本发明所述软骨连接带针缝合线，其特征在于，所述退火热处理的工艺参数为：250-350℃保温1-5h，随炉冷却。

本发明所述软骨连接带针缝合线，其特征在于：所述的牵引针的针头采用抗菌或无镍不锈钢(优选抗菌2cr13cu3不锈钢)，具有抗弯曲强度大、抗菌效果好、易穿透软骨组织等特性。

本发明所述软骨连接缝合线，其特征在于：所述牵引针的针尾采用空心管结构，可将镁基合金丝材插入针尾并压力连接成为一体式带针缝合线结构。

本发明所述软骨连接缝合线，其特征在于：所述镁基合金丝材表面采用倒刺结构，当丝材穿过软骨后可免打结。

与现有的软骨连接缝合材料不锈钢相比，本发明的优点是，镁基合金丝材替代不锈钢丝材对软骨组织进行连接，在达到缝合效果的同时，镁基合金缝合丝材待组织愈合后可在体内逐渐降解消失，避免了二次手术取出，减轻患者的痛苦与负担，同时降低手术细菌感染风险，镁基合金对成纤维细胞和软骨细胞的细胞增殖率大于90％，细胞毒性评级为1级，表现出良好的生物相容性。镁基合金丝材在动物体内植入实验结果表明，它在软骨连接方面有很好的应用前景。

附图说明

图1为mg-zn-nd的拉伸应力-应变曲线及力学性能。

图2为mg-zn-nd合金细胞相容性。

图3为软骨连接情况及三个月后取出的宏观照片(连接丝降解)。

图4为三个月后镁基合金丝表面形貌及eds能谱分析(a)捆绑(b)贯穿。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

所用镁基合金丝材由mg-zn-nd合金制成，质量百分含量为：zn：2.0％，nd：0.5％，余为mg，表示为mg-2zn-0.5nd，简称zn20。

利用井式坩埚电阻炉，在99.5％co2+0.5％sf6的保护气体下，将高纯镁锭(99.99wt.％)、高纯锌锭(99.99wt.％)、mg-30nd中间合金按照既定比例，在铁质坩埚中融化，浇入直径为90mm的石墨坩埚中冷却形成zn20铸锭。将铸锭在325℃温度下进行5h的均匀化退火热处理。将直径为90mm的铸锭加工成直径80mm、长度为150mm的铸锭，将铸锭在460t卧式挤压机上挤压成直径10mm的棒材。挤压工艺参数为：铸锭预热温度390℃×2h，挤压温度390℃，挤压速率为10mm/s，挤压比为64:1。为了获得表面光滑的棒材，在挤压凹模和料筒内壁均匀涂上高温油脂，减小摩擦，有利于合金的挤压变形。根据gb/t228-2002拉伸试验标准，测得zn20合金的抗拉强度为280mpa，屈服强度218mpa，延伸率为20％，断面收缩率为33％。zn20合金拉伸断口由大小不等的韧窝组成，表现为韧性断裂的特征。zn20合金在hank’s溶液中浸泡14天后的降解速度为0.20mm/year，腐蚀形貌表现为由密集分布的浅且细小的腐蚀坑组成，宏观体现为丝状腐蚀的特点。利用电化学实验，获得zn20合金在hank’s溶液中的极化曲线及阻抗谱图，得到zn20合金的腐蚀电位为-1.56±0.03v，腐蚀电流为2.94±0.35×10^-6a·cm^-2，极化电阻为14.5±0.50×10^-3ohm·cm^-2。zn20合金对成纤维细胞和软骨细胞的细胞增殖率大于90％，细胞毒性评级为1级，表现出良好的生物相容性。

利用拉力为5t的液压式拉拔机对zn20合金进行拉丝，拉拔速度0.01mm/s。在拉拔变形中采用单道次小变形量、多道次拉拔的工艺辅以必要的退火热处理获取累积大变形量的工艺方法，从而获得了极高的累积变形量，解决了zn20合金超细丝材的拉拔成形问题，为此建立了从φ10mm到φ0.1mm细丝的拉拔工艺，单道次变形量为20％。最终将直径为10mm的棒材加工成直径为0.3mm的zn20丝材。将zn20丝材表面进行氟化处理，处理工艺为在氢氟酸中浸泡72h，得到厚度约0.1μm的表面氟化层，该zn20丝材的抗拉强度为295mpa，屈服强度205mpa，延伸率为13.8％。

将直径为0.3mm的zn20丝材植入小鼠皮下，通过30天和45天x光片观察，可以发现zn20金属在小鼠体内的沉积，随着时间延长，沉积的金属通过新陈代谢吸收消失，术后小鼠活动及进食皆正常，表明zn20合金在动物体内仍然具有良好的生物相容性。将zn20丝材植入巴拿马小型猪进行软骨连接实验，从小型猪肋骨末端取出两根软骨，利用zn20丝材采取捆绑软骨和贯穿软骨内部两种方式进行连接，选用临床上常用的不锈钢丝作为对照组。术后动物活动及进食皆正常，三个月后，将软骨取出发现，所有软骨连接正常，zn20丝材完好未完全降解并无断裂，sem电镜显示贯穿软骨内部的zn20丝材降解较多，表面覆盖一层腐蚀产物，有很多横向裂纹；而进行捆绑连接的丝材腐蚀相对较轻，表面并未发现明显的裂纹，如图4所示。因此，动物实验显示zn20合金丝作为耳再造手术用连接线可以有效地连接断裂的软骨，植入3个月后丝材并未完全降解，而对照组不锈钢丝未发生降解。

实施例2

所用镁基合金丝材由mg-zn-nd合金制成，质量百分含量为：zn：0.2％，nd：2.0％，余为mg，表示为mg-0.2zn-2nd，简称nz20。

利用井式坩埚电阻炉，在99.5％co2+0.5％sf6的保护气体下，将高纯镁锭(99.99wt.％)、高纯锌锭(99.99wt.％)、mg-30nd中间合金按照既定比例，在铁质坩埚中融化，浇入直径为90mm的石墨坩埚中冷却形成nz20铸锭。采用均匀化热处理工艺：300℃×2h对铸锭进行均匀化退火。将直径为90mm的铸锭加工成直径83mm、长度为150mm的铸锭，将铸锭在460t卧式挤压机上挤压成直径10mm的棒材。挤压工艺参数为：铸锭预热温度390℃×2h，挤压温度390℃，挤压速率为10mm/s，挤压比为64:1。为了获得表面光滑的棒材，在挤压凹模和料筒内壁均匀涂上高温油脂，减小摩擦，有利于合金的挤压变形。根据gb/t228-2002拉伸试验标准，测得nz20合金的抗拉强度为200mpa，屈服强度109mpa，延伸率为35.1％，断面收缩率为45％。nz20合金拉伸断口呈韧窝形状，表现为韧性断裂的特征。nz20合金在hank’s溶液中浸泡14天后的降解速度为0.23mm/year，腐蚀形貌由细小的腐蚀坑组成。利用电化学实验，获得nz20合金在hank’s溶液中的极化曲线及阻抗谱图，得到nz20合金的腐蚀电位为-1.58±0.03v，腐蚀电流为6.10±0.52×10^-6a·cm^-2，极化电阻为7.45±0.32×10^-3ohm·cm^-2。nz20合金对成纤维细胞和软骨细胞的细胞增殖率大于90％，细胞毒性评级为1级，表现出良好的生物相容性。

利用拉力为5t的液压式拉拔机对nz20合金进行拉丝，拉拔速度0.03mm/s。在拉拔变形中采用单道次小变形量、多道次拉拔的工艺辅以必要的退火热处理获取累积大变形量的工艺方法，从而获得了极高的累积变形量，能够解决zn20合金超细丝材的拉拔成形问题，为此建立了从φ10mm到φ0.1mm细丝的拉拔工艺，单道次变形量20％。最终将直径为10mm的棒材加工成直径为0.25mm的nz20丝材。该nz20丝材的抗拉强度为245mpa，屈服强度165mpa，延伸率为19.9％。将nz20丝材在氢氟酸中浸泡62h得到厚度约0.1μm的表面氟化层。

将nz20丝材植入巴拿马小型猪进行软骨连接实验，从小型猪肋骨末端取出两根软骨，利用nz20丝材采取捆绑软骨和贯穿软骨内部两种方式进行连接，选用临床上常用的不锈钢丝作为对照组。术后动物活动及进食皆正常，三个月后，将软骨取出发现，所有软骨连接正常，nz20丝材完好未完全降解并无断裂，sem电镜显示贯穿软骨内部的nz20丝材降解较多，表面覆盖一层腐蚀产物，有很多横向裂纹；而进行捆绑连接的丝材腐蚀相对较轻，表面并未发现明显的裂纹，如图4所示。因此，动物实验显示nz20合金丝作为耳再造手术用连接线可以有效地连接断裂的软骨，植入3个月后丝材降解20％，而对照组不锈钢丝未发生降解。

实施例3

所用镁基合金丝材由mg-zn-sr-zr合金制成，质量百分含量为：zn：0.5％，sr：1.0％，zr:0.5％，余为mg，表示为mg-0.5zn-sr-0.5zr。合金制备工艺与实施例1相同，根据gb/t228-2002拉伸试验标准，测得mg-0.5zn-sr-0.5zr合金的抗拉强度为245mpa，屈服强度123mpa，延伸率为29.2％，断面收缩率为41％。合金在hank’s溶液中浸泡14天后的降解速度为0.25mm/year。合金对成纤维细胞和软骨细胞的细胞增殖率大于90％，细胞毒性评级为1级，表现出良好的生物相容性。

mg-0.5zn-sr-0.5zr丝材制备工艺与实施例1相同，所得丝材直径为0.28mm，该丝材的抗拉强度为275mpa，屈服强度165mpa，延伸率为12.3％。将丝材在氢氟酸中浸泡62h得到厚度约0.1μm的表面氟化层。

动物实验表明，mg-0.5zn-sr-0.5zr丝材可捆绑软骨和贯穿软骨内部进行连接。术后三个月，所有软骨连接正常，动物实验表明该丝材作为耳再造手术用连接线可以有效地连接断裂的软骨，植入3个月后丝材降解16％，而对照组不锈钢丝未发生降解。

实施例4

所用镁基合金丝材由mg-sr合金制成，质量百分含量为sr：0.8％，余为mg，表示为mg-0.8sr。合金制备工艺与实施例2相同，根据gb/t228-2002拉伸试验标准，测得mg-0.8sr合金的抗拉强度为202mpa，屈服强度95mpa，延伸率为26.8％，断面收缩率为39.2％。合金在hank’s溶液中浸泡14天后的降解速度为0.20mm/year。合金对成纤维细胞和软骨细胞的细胞增殖率大于90％，细胞毒性评级为1级，表现出良好的生物相容性。

mg-0.8sr丝材制备工艺与实施例2相同，所得丝材直径为0.3mm，该丝材的抗拉强度为232mpa，屈服强度122mpa，延伸率为9.3％。将丝材在氢氟酸中浸泡72h得到厚度约0.1μm的表面氟化层。

动物实验表明，mg-0.8sr丝材可捆绑软骨和贯穿软骨内部进行连接。术后三个月，所有软骨连接正常，动物实验表明该丝材作为耳再造手术用连接线可以有效地连接断裂的软骨，植入3个月后丝材降解18％，而对照组不锈钢丝未发生降解。

实施例5

所用镁基合金丝材由mg-zn-nd-zr-cu合金制成，质量百分含量为zn：1.0％，nd：0.5％，zr:0.8％，cu:0.8％，余为mg。合金制备工艺与实施例1相同，根据gb/t228-2002拉伸试验标准，测得mg-zn-nd-zr-cu合金的抗拉强度为284mpa，屈服强度139mpa，延伸率为25.9％，断面收缩率40.1％。合金在hank’s溶液中浸泡14天后的降解速度为0.18mm/year。合金对成纤维细胞和软骨细胞的细胞增殖率大于90％，细胞毒性评级为1级，具有良好的生物相容性。

mg-zn-nd-zr-cu丝材制备工艺与实施例1相同，所得丝材直径为0.20mm该丝材的抗拉强度为301mpa，屈服强度140mpa，延伸率为8.6％。将丝材在氢氟酸中浸泡72h得到厚度约0.1μm的表面氟化层。

动物实验表明，mg-zn-nd-zr-cu丝材可捆绑软骨和贯穿软骨内部进行连接。术后三个月，所有软骨连接正常，动物实验表明该丝材作为耳再造手术用连接线可以有效地连接断裂的软骨，植入3个月后丝材降解23％，而对照组不锈钢丝未发生降解。

实施例6

所用镁基合金丝材由mg-gd-zr-y合金制成，质量百分含量为gd：0.8％，zr:0.8％，y:0.8％，余为mg。合金制备工艺与实施例1相同，根据gb/t228-2002拉伸试验标准，测得mg-gd-zr-y合金的抗拉强度为256mpa，屈服强度129mpa，延伸率为25.6％，断面收缩率42.3％。合金在hank’s溶液中浸泡14天后的降解速度为0.19mm/year。合金对成纤维细胞和软骨细胞的细胞增殖率大于90％，细胞毒性评级为1级，具有良好的生物相容性。

mg-gd-zr-y丝材制备工艺与实施例1相同，所得丝材直径为0.30mm该丝材的抗拉强度为286.1mpa，屈服强度154.2mpa，延伸率为9.7％。将丝材在氢氟酸中浸泡80h得到厚度约0.1μm的表面氟化层。

动物实验表明，mg-gd-zr-y丝材可捆绑软骨和贯穿软骨内部进行连接。术后三个月，所有软骨连接正常，动物实验表明该丝材作为耳再造手术用连接线可以有效地连接断裂的软骨，植入3个月后丝材降解24.0％，而对照组不锈钢丝未发生降解。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。