一种改善细胞成骨性能的医疗植入物及其制备方法与流程

本发明涉及一种改善细胞成骨性能的医疗植入物及其制备方法，属于医用材料激光表面加工技术领域。

背景技术：

在医学发达的今天，植入医疗器械已经成为治疗骨科疾病最有效的手段之一。随着人口老龄化的加剧，市场对于高性能医疗植入物的需求持续增加。然而，骨科植入也存在着一些问题：植入物和人体骨界面难以完全结合，会导致假体植入后发生假体松动、骨溶解等严重问题，假体松动发生率高达10％～25％，导致植入手术的失败。目前，接受骨科移植手术的主要人群为老年人，移植手术的失败将对其造成严重的二次伤害。

他汀类药物在近来被发现有助于骨的重建。通过降低对骨吸收及骨形成均有影响的甲羟戊酸的产生，调控骨形成发生蛋白-2(bmp-2)基因的表达，同时抑制骨髓基质干细胞的脂肪细胞分化，而向成骨细胞分化，以刺激骨的形成。因为他汀类药物具有的调节骨代谢、炎症和血管发生等作用，其常被用做治疗骨质疏松等骨代谢疾病。

超亲水性是指水滴在表面的接触角不超过5°的现象。超亲水性结构能使药物溶液稳定地负载在植入物表面，形成均匀的药物涂层，在医疗假体植入体内后发挥作用，达到增加植入物与骨组织结合强度的目的。目前超亲水性表面结构的制备方法主要包括模板法、电化学沉积、刻蚀以及溶胶-凝胶等。但是,这些方法大多具有自身的限制,如涉及危险的化学品，复杂的程序，较低的加工效率，对材料的种类、尺寸以及形状依赖性较大等。近年来,超快激光器的快速发展为表面微米和纳米结构的制造提供了新的强大工具。采用激光处理在金属表面形成微细结构，可实现亲水性能。作为替代方案，超快激光表面加工技术因其具有高效、灵活、非接触、无污染、热影响区小、高度可控以及对基材无依赖等优点，已成为微纳结构加工的后起之秀，在超亲水表面的制备方面取得了一系列突出的研究成果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种改善细胞成骨性能的医疗植入物及其制备方法，可广泛应用于金属医疗植入物的表面处理，使植入物与人体组织结合更加紧密。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种改善细胞成骨性能的医疗植入物，所述的医疗植入物表面经飞秒激光加工，具有超亲水性能，在所述的超亲水表面上制备他汀类药物涂层，可使药物负载更加均匀、充分。所述的具有药物涂层的医疗植入物具有增强人体细胞成骨性能的功能，有利于植入物植入体内后与人体组织迅速紧密结合。

所述的植入物材料为可以用于生物医学材料的镁基合金、钛基合金以及不锈钢等材料。

所述的他汀类药物包括洛伐他汀、辛伐他汀、普伐他汀、氟伐他汀、西伐他汀和阿伐他汀等。

一种上述的改善细胞成骨性能的医疗植入物的制备方法，流程如图2所示，主要包括如下步骤：

(1)对医疗植入物材料表面进行打磨、抛光，使用除油清洗剂清洗处理；

(2)利用超快激光加工设备对步骤(1)清洗后的医用金属材料进行扫射，在材料表面获得超亲水性结构，加工过程在惰性气体保护下进行；

(3)将经过激光处理的，含有超亲水性表面的生物植入物材料浸泡在浓度在1mmol/l的他汀类药物溶液中，1分钟后取出样品，烘干至材料表面完全干燥，得到含有他汀类药物涂层的，可以改善成骨性能的医疗植入物。

其中，步骤(2)中设定的激光参数为：激光波长为193nm-1070nm，激光脉宽为50fs-500ps，激光功率为0.5w-100w，激光脉冲频率为1khz-1mhz；

其中，步骤(2)中利用振镜扫描使激光在金属材料表面以一定速度扫射，扫描速度为0.2mm/s-3000mm/s，扫描间距为10μm-200μm，扫描次数为5-100次。

本发明涉及一种改善细胞成骨性能的医疗植入物及其制备方法，相对于未经处理的医疗植入物，本发明能提高人体细胞的成骨活性，增强骨细胞与植入物之间的结合。加快植入假体后的术后恢复。本发明采用超快激光对植入物金属表面进行改性处理，使其具有超亲水性能，使药物在植入体表面分布更加均匀。

本发明的优点在于：

(1)本发明的医疗植入物表面含有他汀类药物涂层，有助于植入后骨的重建，提高成骨活性，加快术后恢复。

(2)本发明的医疗植入物材料表面经过激光直写系统加工，具有超亲水性能，材料表面上的药物涂层覆盖更均匀。

(3)本发明涉及的改善细胞成骨性能的医疗植入物的制备方法利用激光加工，能够通过改变激光参数，适应各种生物金属材料加工要求，加工热影响小，能够保持生物金属材料基体原有的机械性能。

(4)该方法加工速度快，加工方法灵活，适用于各种形状、尺寸的材料加工。

附图说明：

图1所示为本发明涉及的改善细胞成骨性能的医疗植入物的结构示意图；

图2所示为本发明方法流程图；

图3所示为本发明中超快激光制备超亲水结构的显微结构图；

图4所示为本发明中所制得的钛合金样品的超亲水表面与未处理钛合金表面与洛伐他汀溶液的接触角对比。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

如图所示，一种改善细胞成骨性能的医疗植入物，所述的医疗植入物表面经飞秒激光加工，具有超亲水性能，在所述的超亲水表面上制备他汀类药物涂层，可使药物负载更加均匀、充分。所述的具有药物涂层的医疗植入物具有增强人体细胞成骨性能的功能，有利于植入物植入体内后与人体组织迅速紧密结合。

所述的植入物材料为可以用于生物医学材料的镁基合金、钛基合金以及不锈钢等材料。

所述的他汀类药物包括洛伐他汀、辛伐他汀、普伐他汀、氟伐他汀、西伐他汀和阿伐他汀等。

一种上述的改善细胞成骨性能的医疗植入物的制备方法，流程如图2所示，主要包括如下步骤：

(1)对医疗植入物材料表面进行打磨、抛光，使用除油清洗剂清洗处理；

(2)利用超快激光加工设备对步骤(1)清洗后的医用金属材料进行扫射，在材料表面获得超亲水性结构，加工过程在惰性气体保护下进行；

(3)将经过激光处理的，含有超亲水性表面的生物植入物材料浸泡在浓度在1mmol/l的他汀类药物溶液中，1分钟后取出样品，烘干至材料表面完全干燥，得到含有他汀类药物涂层的，可以改善成骨性能的医疗植入物。

其中，步骤(2)中设定的激光参数为：激光波长为193nm-1070nm，激光脉宽为50fs-500ps，激光功率为0.5w-100w，激光脉冲频率为1khz-1mhz；

其中，步骤(2)中利用振镜扫描使激光在金属材料表面以一定速度扫射，扫描速度为0.2mm/s-3000mm/s，扫描间距为10μm-200μm，扫描次数为5-100次。

实施例1：

(1)：取2mm厚度的tc4钛合金样片打磨抛光至1200目，置于无水酒精中超声波清洗5分钟，干燥。

(2)：将抛光清洗后的样品置于飞秒激光加工系统(波长1064nm)的工作台上，设置激光功率为6w，频率为100khz，扫描速度为15mm/s，扫描间距为60mm，扫描次数15次，启动激光加工系统开始加工，获得超亲水表面结构。

(3)：将加工后的钛合金样品浸入到1mmol/l的洛伐他汀药物溶液中，60s后取出，常温下烘干至溶剂完全挥发。

实施例2：

(1)：取2mm厚度的316l不锈钢样片打磨抛光至1200目，置于无水酒精中超声波清洗5分钟，干燥。

(2)：将抛光清洗后的样品置于飞秒激光加工系统(波长1064nm)的工作台上，设置激光功率为4w，频率为200khz，扫描速度为20mm/s，扫描间距为80mm，扫描次数20次，启动激光加工系统开始加工，获得超亲水表面结构。

(3)：将加工后的不锈钢样品浸入到1mmol/l的辛伐他汀药物溶液中，60s后取出，常温下烘干至溶剂完全挥发。

本发明方案所涉及的技术手段不仅限于上述技术手段所涉及的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。