一种颈椎间融合器及其制备方法与流程

本发明属于脊柱融合内固定领域，具体涉及一种颈椎间融合器及其制备方法。
背景技术：
：颈椎间盘退变导致的椎间盘突出及颈椎失稳是临床上常见的脊柱外科疾病，颈椎前路减压椎间融合内固定术是最常用的手术方式。椎间融合常采用的材料主要有两类：①植骨材料，包括自体骨块与异体骨块移植；②替代材料，即椎间融合器。既往椎间融合常采用单纯自体骨块移植，但自体取骨区并发症高达10％-20％，包括取骨区残留疼痛、感染、感觉障碍等。异体骨块移植虽然避免了取骨区并发症，但存在免疫排斥反应、感染艾滋病病毒、价格昂贵、异体骨被取代慢，新生骨体积小等不足，临床应用受到限制。(LelzeEM，HemmerleJ，VoegelJC，etal.Characterizationandhistologicalanalysesofacoral-collagencompositeusedforbone-replacementgraftmaterial：areportofclinicalcases.JMaterSciMaterMed.1999：10(1)：47-51.)目前临床主要使用的颈椎间融合器包括：钛合金椎间融合器、聚醚醚酮椎间融合器、聚D，L-乳酸椎间融合器。但是传统的椎间融合器仍存在一定的局限性：1)钛合金椎间融合器主要采用Ti6Al4V制作(CN105796214A)，虽然强度高，但弹性模量(110GPa)远远高于天然骨(皮质骨约3-12GPa)，存在金属-骨的界面问题，会产生应力屏蔽，导致骨吸收而发生植入体松动。2)聚醚醚酮椎间融合器弹性模量与椎体皮质骨接近，避免了应力屏蔽，但它与钛合金都属于生物惰性材料，骨组织只能贴附在材料表面而无法进入其内部达到良好的骨整合，导致骨-材料界面结合强度不足，容易发生松动。聚醚醚酮椎间融合器的表面改性(如在表面喷涂钛丝、羟基磷灰石(HA)，利用涂层的微孔样结构诱导骨组织长入)虽然在一定程度上解决了骨-材料界面结合强度不足的问题，但表面涂层在生理环境加上负荷作用下，还是可能被机体吸收或是由于应力集中，沿多孔表层与底材的界面产生裂纹，引起脱落。3)聚D，L-乳酸椎间融合器具有与骨质相近的弹性模量，可降解为能被人体吸收的产物，从而逐渐被吸收并被周围骨组织替代，具有良好的生物活性，不存在骨-材料界面问题。但其机械强度较低，材料本身的内在脆性导致其在手术操作中易于碎裂。并且其早期大分子降解产物可引起材料周围纤维组织增生，一定程度延缓了早期成骨。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种颈椎间融合器及其制备方法。本发明的具体实现过程：一种颈椎间融合器的制备方法，包含如下步骤：(1)按设计要求将模型数据输入粉末激光烧结快速成型设备中，并在设备中加入合金粉末进行烧结成型，制作表面有凹槽且侧面有通孔的多孔钛合金支架；(2)用PBS配制重组人骨形态发生蛋白-2(rhBMP-2)溶液，将骨粉或脱钙骨基质加入所述的重组人骨形态发生蛋白-2溶液中，经超声或震荡反应24-48小时，洗涤干燥得到负载重组人骨形态发生蛋白-2的骨粉或脱钙骨基质干粉；(3)在步骤(2)得到的干粉中加入无水乙醇和可降解聚合物，经均质后得到糊状浆料，将步骤(1)得到的多孔钛合金支架放入浆料中，经超声或震荡反应24-48小时后干燥得到具有生物活性的颈椎间融合器。其中，步骤(1)所述的合金粉末组分为铝5-7％、钒3-5％、碳0.1-0.3％、铁0.1-0.4％、银0.1-0.3％，其余为钛。所述的凹槽形状可以为规则的或者不规则排列的弧形、长方体、立方体任意之一；所述的通孔是设置在多孔钛合金支架侧面的一个或者多个贯通的中心孔。所述多孔钛合金支架有规则孔隙，平均孔径300-500μm，孔隙率40-50％；直径(D)为12-14mm，高度(H)为5-10mm的圆柱体，表面弧形凹槽深度(h)为1-5mm，上表面为3-4°(b所示角度)的斜面，侧面贯穿通孔直径(d)为3mm。步骤(2)所述的重组人骨形态发生蛋白-2溶液是用pH＝6.0的PBS配制浓度为100-200ng/mL。所述的干燥方法为冷冻干燥或超临界干燥。步骤(3)所述的可降解聚合物为聚乙烯醇或壳聚糖。所述的干燥方法为冷冻干燥或超临界干燥。本发明具体的制备方法包括如下步骤：(1)利用Unigraphics软件设计构建出三维图形，模型数据输入至粉末激光烧结快速成型设备中，并在设备中加入合金粉末进行烧结成型，制作表面有凹槽且侧面有通孔的含银多孔钛合金支架；(2)用pH＝6.0的PBS配制100-200ng/mL的重组人骨形态发生蛋白-2溶液，将骨粉或脱钙骨基质加入配好的重组人骨形态发生蛋白-2溶液中，经超声或震荡24-48小时，洗涤后冷冻干燥或超临界干燥得到负载重组人骨形态发生蛋白-2的骨粉或脱钙骨基质干粉；(3)在步骤(2)得到的干粉中加入无水乙醇和聚乙烯醇，经均质后得到糊状浆料，将步骤1)得到的多孔钛合金支架放入浆料中，经超声或震荡24-48小时后冷冻干燥或超临界干燥得到具有生物活性的含银颈椎间融合器；其中，步骤(1)所述的合金粉末组分为铝5-7％、钒3-5％、碳0.1-0.3％、铁0.1-0.4％、银0.1-0.3％，其余为钛。根据本发明方法制备的颈椎间融合器。本发明的积极效果：粉末激光烧结快速成型技术在加工的过程中可以使合金粉末形成具有孔隙结构的合金实体，孔隙结构更有利于骨细胞的迁移和增值；在合金粉末中加入银，银在人体环境中可以缓慢电离出微量银离子，银离子有杀菌性能；多孔钛合金支架不仅内部结构有孔隙，而且表面具有凹槽能够容纳并附着更多的负载重组人骨形态发生蛋白-2的骨粉或脱钙骨基质，促进诱导骨组织长入孔隙，增强多孔钛合金植入物的机械锁固，从而获得更好的长期固定效果；而多孔钛合金支架侧面设置贯通的中心孔有利于活血散瘀。附图说明图1为本发明实施例1制备的含银多孔钛合金支架的俯视图，图中1为含银颈椎间融合器表面的凹槽，2为含银颈椎间融合器的孔隙，D为直径，h为表面弧形凹槽深度；图2为本发明实施例1制备的含银多孔钛合金支架的侧视图，图中H为含银颈椎间融合器的高度，b为斜面角度，1为含银颈椎间融合器表面的凹槽，2为含银颈椎间融合器的孔隙，3为含银颈椎间融合器侧面的贯穿通孔，通孔直径为d；图3为本发明实施例1制备的负载重组人骨形态发生蛋白-2的骨粉的含银颈椎间融合器示意图，图中4为负载重组人骨形态发生蛋白-2的骨粉颗粒。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。实施例1(1)含银多孔钛合金支架利用Unigraphics软件设计构建出三维图形，模型数据输入至粉末激光烧结快速成型设备中，并在设备中加入合金粉末进行烧结成型，制作表面有凹槽且侧面有通孔的含银多孔钛合金支架；其中，合金粉末组分为铝7％、钒5％、碳0.3％、铁0.4％、银0.3％，其余为钛。本实施例所述的含银多孔钛合金支架，规格为：有规则孔隙，平均孔径300μm，孔隙率40％；直径(D)为12mm，高度(H)为5mm的圆柱体，表面弧形凹槽深度(h)为1mm，上表面为3°(b所示角度)的斜面，以利于维持颈椎生理弯曲，侧面贯穿通孔直径(d)为3mm，见图1和图2。(2)用pH＝6.0的PBS配制100-200ng/mL的重组人骨形态发生蛋白-2溶液，将骨粉加入配好的重组人骨形态发生蛋白-2溶液(质量体积比为1mg：200μL)中，经恒温37℃超声24小时，洗涤后CO2超临界干燥得到负载重组人骨形态发生蛋白-2的骨粉干粉；(3)在步骤(2)得到的干粉中加入无水乙醇和聚乙烯醇，经均质后得到糊状浆料，将步骤1)得到的多孔钛合金支架放入浆料中，经恒温37℃超声24小时后冷冻干燥得到具有生物活性的含银颈椎间融合器，见图3示意图。实施例2(1)含银多孔钛合金支架利用Unigraphics软件设计构建出三维图形，模型数据输入至粉末激光烧结快速成型设备中，并在设备中加入合金粉末进行烧结成型，制作表面有凹槽且侧面有通孔的含银多孔钛合金支架；其中，合金粉末组分为铝5％、钒3％、碳0.1％、铁0.1％、银0.1％，其余为钛。本实施例所述的含银多孔钛合金支架，规格为：有规则孔隙，平均孔径500μm，孔隙率50％；直径(D)为14mm，高度(H)为10mm的圆柱体，表面凹槽深度(h)为5mm，上表面为4°(b所示角度)的斜面，以利于维持颈椎生理弯曲，侧面贯穿通孔直径(d)为3mm。(2)用pH＝6.0的PBS配制100ng/mL的重组人骨形态发生蛋白-2溶液，将脱钙骨基质加入配好的重组人骨形态发生蛋白-2溶液(质量体积比为1mg：100μL)中，经恒温37℃摇床震荡48小时，洗涤后冷冻干燥得到负载重组人骨形态发生蛋白-2的脱钙骨基质干粉；(3)在步骤(2)得到的干粉中加入无水乙醇和壳聚糖，经均质后得到糊状浆料，将步骤1)得到的多孔钛合金支架放入浆料中，经恒温37℃摇床震荡48小时后CO2超临界干燥得到具有生物活性的含银颈椎间融合器。实施例3体外rhBMP-2释放实验将实施例2制备的含银颈椎间融合器浸泡在磷酸盐缓冲液中(pH＝7)经恒温37℃摇床震荡，每5天吸出浸泡液100μL/次，按照rhBMP-2ELISA试剂盒(R&D)说明书的步骤，测定浸泡液中rhBMP-2含量，上述实验重复三次，计算均值。结果表明，含银颈椎间融合器中rhBMP-2的累积释放量呈现平缓的增加趋势，释放时间可延长至35d左右,见表1。表1不同时间含银颈椎间融合器中rhBMP-2的累积释放量时间/天5101520253035rhBMP-2的累积释放量/％17％31％42％58％73％86％95％实施例4(1)含银多孔钛合金支架利用Unigraphics软件设计构建出三维图形，模型数据输入至粉末激光烧结快速成型设备中，并在设备中加入合金粉末进行烧结成型，制作表面有凹槽且侧面有通孔的含银多孔钛合金支架；其中，合金粉末组分为铝6％、钒4％、碳0.2％、铁0.3％、银0.2％，其余为钛。本实施例所述的含银多孔钛合金支架，规格为：有规则孔隙，平均孔径400μm，孔隙率45％；直径(D)为13mm，高度(H)为7mm的圆柱体，表面弧形凹槽深度(h)为3mm，上表面为4°(b所示角度)的斜面，以利于维持颈椎生理弯曲，侧面贯穿通孔直径(d)为3mm。(2)用pH＝6.0的PBS配制100-200ng/mL的重组人骨形态发生蛋白-2溶液，将骨粉加入配好的重组人骨形态发生蛋白-2溶液(质量体积比为1mg：200μL)中，经恒温37℃超声24小时，洗涤后CO2超临界干燥得到负载重组人骨形态发生蛋白-2的骨粉干粉；(3)在步骤(2)得到的干粉中加入无水乙醇和聚乙烯醇，经均质后得到糊状浆料，将步骤1)得到的多孔钛合金支架放入浆料中，经恒温37℃超声24小时后冷冻干燥得到具有生物活性的含银颈椎间融合器。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作出的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干简单推演或替换，都应该视为属于本发明的保护范围。当前第1页1 2 3