一种具有多维跨尺度复合微结构的植入体及其制备方法

本发明涉及医疗器械，具体涉及一种具有多维跨尺度复合微结构的植入体及其制备方法。

背景技术：

1、人口老龄化伴随着骨质疏松、脆性骨折、骨关节炎等骨骼肌肉系统疾病发生率的急剧升高，使得对应的植入体面临着巨大的市场需求。医学植入体的设计和制造是一个复杂的过程,涉及到材料学、力学、医学、生物化学等多个学科，但随着科技的发展以及人民对治疗水平的追求，植入体已经能够实现基本的生理功能，而患者对于植入治疗已经不仅满足于此，还要求有更好的治愈效果。因为人体组织的愈合是一个极其复杂的生物过程，除了需要有稳固的机械固定以外，还需要结合细胞生长微环境的调控从而实现愈合，所以植入体植入治疗不仅仅要求生物力学性能的恢复，还涉及人体组织损伤修复问题。但是，当前植入治疗主要以植入体的材料以及其整体结构的设计加工为研究方向，缺乏考虑植入体的微结构对组织损伤修复和细胞生长环境的调控作用。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供一种具有多维跨尺度复合微结构的植入体，该植入体通过控制植入体的微结构，有效地使植入体促进组织损伤修复和调控细胞生产环境，提高植入体修复功能。

2、本发明的目的之二在于提供一种具有多维跨尺度复合微结构的植入体及其制备方法。

3、为实现上述目的之一，本发明提供以下技术方案：

4、提供一种具有多维跨尺度复合微结构的植入体，包括植入本体，所述植入本体上构造有复合微结构，所述复合微结构由至少两种尺寸的微结构组合，所述微结构为毫米级结构、微米级结构或纳米级结构中的任意一种，其中小尺寸微结构能位于大尺寸微结构的面上。

5、在一些实施方式中，所述植入本体为骨螺钉、接骨板、髓内钉、人工髋关节或人工膝关节。

6、在一些实施方式中，所述毫米级结构的尺度为1毫米-500毫米；所述微米级结构的尺度为1微米-1000微米；所述纳米级结构的尺度为10纳米-1000纳米。

7、在一些实施方式中，所述微结构构造为螺纹孔、螺纹、盲孔、沟槽或表面。

8、在一些实施方式中，所述螺纹为毫米级螺纹，所述螺纹的面上开设有微米波纹结构，所述微米波纹结构的表面为纳米级表面。

9、在一些实施方式中，所述盲孔为微米级盲孔，所述盲孔的内部面为纳米级表面；所述沟槽为微米级沟槽，所述沟槽的内部面为纳米级表面。

10、在一些实施方式中，所述表面为由若干个多边形表面构成，所述若干个多边形表面呈周期性排布或随机性排布。

11、在一些实施方式中，所述植入本体为骨螺钉时，所述骨螺钉包括依次连接的钉头、颈部和螺纹柱，所述螺纹柱的螺纹为毫米级结构，所述螺纹的表面设为微米级结构，该微米级结构的表面设为纳米级结构，所述颈部的表面由若干个微米级的六边形构成，所述若干个六边形呈周期性排布，所述六边形的表面设为纳米级表面。

12、在一些实施方式中，所述植入本体为接骨板时，所述接骨板上开设有毫米级螺纹孔，所述接骨板的板面开设有微米级沟槽，该板面接触骨折部表面，所述沟槽的内部面为纳米级表面。

13、本发明一种具有多维跨尺度复合微结构的植入体的有益效果：

14、(1)本发明的具有多维跨尺度复合微结构的植入体，其在植入体上构造具有毫米级微结构、微米级微结构或纳米级微结构的多维跨尺度复合微结构，并且小尺寸微结构能位于大尺寸微结构的面上，该多维跨尺度复合微结构能诱导细胞向结构间隙生长，能增大植入体的紧固稳定性，减少松动，从而实现植入体机械与生物协同固定，提高植入体内固定系统的稳定性，最终加速促进人体组织力学性能和损伤的修复，因此使得植入体在为组织损伤部位提供稳定机械固定的同时，还能利用植入体表面的复合微纳结构促进相关细胞的生长分化和调控生长因子的释放，从而增强植入体内固定系统的稳定性，以及加速促进人体组织力学性能和损伤的修复。

15、(2)本发明的具有多维跨尺度复合微结构的植入体，其毫米级结构及其复合结构，能与其他内固定器械配合，作用于人体硬组织，主要起机械固定的作用，可有效改变植入体的整体弹性模量，减少出现应力遮挡现象。

16、(3)本发明的具有多维跨尺度复合微结构的植入体，其微米级结构既能够与人体硬组织作用于机械固定，也能够与软组织相互作用，促进特定细胞在植入体表面粘附、铺展、增值和分化，起生物固定的作用。

17、(4)本发明的具有多维跨尺度复合微结构的植入体，其纳米级结构位于植入本体无加工表面、毫米级结构表面、微米级结构表面或者不同尺度结构的复合表面，有助于改变细胞或生长因子与植入体的接触方式，有选择性地进行调控微环境，能够起生物固定作用。

18、还提供一种具有多维跨尺度复合微结构的植入体的制作方法，制备上述的植入体，包括以下步骤，采用激光加工、水射流加工、增材制造、铣削加工、车削加工或磨削加工加工出毫米级微结构；采用超快激光、离子束或磨料射流加工出毫米级微结构；采用激光、阳极氧化、化学处理、电化学处理或聚焦离子束加工出纳米级微结构。

技术特征：

1.一种具有多维跨尺度复合微结构的植入体，其特征是：包括植入本体，所述植入本体上构造有复合微结构，所述复合微结构由至少两种尺寸的微结构组合，所述微结构为毫米级结构、微米级结构或纳米级结构中的任意一种，其中小尺寸微结构能位于大尺寸微结构的面上。

2.根据权利要求1所述的具有多维跨尺度复合微结构的植入体，其特征是：所述植入本体为骨螺钉、接骨板、髓内钉、人工髋关节或人工膝关节。

3.根据权利要求1所述的具有多维跨尺度复合微结构的植入体，其特征是：所述毫米级结构的尺度为1毫米-500毫米；所述微米级结构的尺度为1微米-1000微米；所述纳米级结构的尺度为10纳米-1000纳米。

4.根据权利要求2所述的具有多维跨尺度复合微结构的植入体，其特征是：所述微结构构造为螺纹孔、螺纹、盲孔、沟槽或表面。

5.根据权利要求4所述的具有多维跨尺度复合微结构的植入体，其特征是：所述螺纹为毫米级螺纹，所述螺纹的面上开设有微米波纹结构，所述微米波纹结构的表面为纳米级表面。

6.根据权利要求4所述的具有多维跨尺度复合微结构的植入体，其特征是：所述盲孔为微米级盲孔，所述盲孔的内部面为纳米级表面；所述沟槽为微米级沟槽，所述沟槽的内部面为纳米级表面。

7.根据权利要求4所述的具有多维跨尺度复合微结构的植入体，其特征是：所述表面为由若干个多边形表面构成，所述若干个多边形表面呈周期性排布或随机性排布。

8.根据权利要求2所述的具有多维跨尺度复合微结构的植入体，其特征是：所述植入本体为骨螺钉时，所述骨螺钉包括依次连接的钉头、颈部和螺纹柱，所述螺纹柱的螺纹为毫米级结构，所述螺纹的表面设为微米级结构，该微米级结构的表面设为纳米级结构，所述颈部的表面由若干个微米级的六边形构成，所述若干个六边形呈周期性排布，所述六边形的表面设为纳米级表面。

9.根据权利要求2所述的具有多维跨尺度复合微结构的植入体，其特征是：所述植入本体为接骨板时，所述接骨板上开设有毫米级螺纹孔，所述接骨板的板面开设有微米级沟槽，该板面接触骨折部表面，所述沟槽的内部面为纳米级表面。

10.一种具有多维跨尺度复合微结构的植入体的制作方法，其特征是：制备权利要求1-9任一项所述的植入体，包括以下步骤，

技术总结
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种具有多维跨尺度复合微结构的植入体及其制备方法。该植入体包括植入本体，所述植入本体上构造有复合微结构，所述复合微结构由至少两种尺寸的微结构组合，所述微结构为毫米级结构、微米级结构或纳米级结构中的任意一种，其中小尺寸微结构能位于大尺寸微结构的面上，该植入体通过控制植入体的微结构，有效地使植入体促进组织损伤修复和调控细胞生产环境，提高植入体修复功能。

技术研发人员：王成勇,袁辉露,郭紫莹,张智雷,吴茂忠,刘志华,朱欣娜
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13