一种镁合金植入器械、其制备方法及应用与流程

本发明涉及医疗器械，尤其涉及一种镁合金植入器械、其制备方法及应用。

背景技术：

1、现有医用植入镁合金骨钉主要是单一基于骨钉材料本体的改进提高自身耐蚀性，这种方法虽然在一定程度上提高镁合金骨钉的耐蚀性，但是由于未考虑整个植入器械系统内多个部件间的协同效应，仍存在镁合金骨钉植入后机械性能失效的风险；且镁及镁合金在体液中降解速率快，短期内产氢气多容易产生气囊，植入后力学服役期短，也造成手术失败。此外，目前的镁合金表面处理方法，虽然可延缓植入初期降解速率，减少氢气气囊产生，但由于其降解方式主要是点腐，钉子在体内力学支撑时间短，存在返修概率大的问题。

2、例如，授权公告号为cn 108543118b的专利公开一种体内可控降解的镁合金固定螺钉，其制备的镁合金螺钉本体为常规实心螺钉结构，在临床的应用范围有限，该镁合金螺钉本体上形成有厚度为50～200μm的氧化膜层，氧化膜层上涂覆有厚度为1～50μm的可降解高分子涂层，这两种涂层不仅厚度较大，在使用过程中易脱落导致局部腐蚀，并不能达到显著提高服役期的效果。

3、授权公告号cn109295365b的专利公开一种可降解镁合金成型坯料，该专利方案仅解决镁合金材料成型力学性能差的问题，并不能解决镁合金降解速率快、不均匀、不受控的问题，服役期难以得到显著延长。

4、因此，现有镁合金骨钉植入器械有待进一步改进。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种镁合金植入器械、其制备方法及应用，该镁合金植入器械采用镁合金空心钉和镁合金导针进行配合，该镁合金植入器械的服役期长、提供更好的力学支撑力，使用更安全。

2、为解决上述问题，本技术提供以下的技术方案：

3、第一方面，本技术提供一种镁合金植入器械，其由镁合金空心钉和贯穿设置于镁合金空心钉内腔的镁合金导针组成，所述镁合金空心钉包括空心钉本体以及包覆在空心钉本体内外表面的一层无机陶瓷涂层，镁合金空心钉的自腐蚀电位高于镁合金导针的自腐蚀电位。

4、其中，所述镁合金空心钉本体材料包括以下质量百分数的各成分：1.0-6.0％的ca、0.8-1.2％的zn、杂质总量小于0.1％、其余为mg；所述镁合金导针与镁合金空心钉本体材料相同。

5、优选地，所述镁合金空心钉本体材料包括以下质量百分数的各成分：2％/4％的ca、1％的zn、杂质总量小于0.1％、其余为mg。

6、优选地，所述无机陶瓷涂层为微弧氧化涂层，其包括以下质量百分数的各成分：mg20-40％、o 20-40％、p 8-20％、ca 3-6％、f 15-25％。

7、可选地，所述镁合金植入器械中，所述空心钉本体一端设置为头部，头部的外端面设置有紧定槽，空心钉本体沿中心轴贯穿设置有供镁合金导针贯穿的通孔，空心钉本体的外壁沿长度方向分布有螺纹部。所述螺纹部的结构和分布不限于具体实施方式及附图的限制。

8、使用过程中，通过工具的末端与紧定槽的配合，操作工具(如螺丝刀或扳手)就可将空心钉旋入到目的部位。所述紧定槽可采用现有的各种形状的槽孔，不限于实施例的梅花形。

9、优选地，螺纹部包括从空心钉本体头部向尾部依次分布有第一螺纹部i和第二螺纹部ii。两个螺纹部的螺纹可采用不同设置。

10、第二方面，本技术提供前述镁合金植入器械的制备方法，其包括以下步骤：

11、s1、制备镁合金棒材；

12、s2、通过车床将镁合金棒材分别加工成不同结构的镁合金空心钉本体、镁合金导针；

13、s3、将镁合金空心钉本体表面加工一层无机陶瓷涂层，得到镁合金空心钉。

14、基于上述加工工艺可知，所述镁合金棒材与镁合金空心钉本体、镁合金导针的材料相同，而镁合金棒材包括以下质量百分数的各成分：1.0-6.0％的ca、0.8-1.2％的zn、杂质总量小于0.1％、其余为mg。

15、可选的，所述镁合金棒材的制备方法为：

16、s11、在混合保护气体的气氛保护下，750～800℃熔化纯镁，保温30～60min；加入相应质量百分数的高纯锌和纯钙，机械搅拌3-5min，保温20～30min；降温至700～730℃浇注成铸锭；

17、s12、在挤压比为20～80、挤压温度为250～400℃、挤压轴速度为0.1～1.0mm/s的条件下，进行低温挤压成型工艺，从而获得镁合金棒材。制备得到的镁合金棒材中，各成分的质量百分数保持在：1.0-6.0％的ca、0.8-1.2％的zn、杂质总量小于0.1％，其余为mg。

18、可选的，步骤s3中，在空心钉本体表面加工的无机陶瓷涂层的加工方法为：

19、s31、按照比例分别称取纳米羟基磷灰石、乙二醇、三乙醇胺加入到水中，配置成1l的a溶液，将其置于超声波发生器中进行超声辅助熟化40-60min；

20、s32、称取六偏磷酸钠、二水合氟化钾加入到水中，配置成1l的b溶液；

21、s33、将a溶液缓慢加入到b溶液，搅拌均匀得到c溶液；

22、s34、将清洗干净的镁合金空心钉本体置于c溶液中作阳极，以不锈钢作阴极，进行微弧氧化处理；

23、s35、将上一步处理得到的镁合金空心钉依次用水和乙醇冲洗干净并干燥。

24、优选地，所述镁合金植入器械的制备方法中，纳米羟基磷灰石的粒径大小为小于100纳米。

25、步骤s31中，纳米羟基磷灰石、乙二醇、三乙醇胺的质量体积比为：3-5g：15-25ml：25-35ml。

26、优选地，所述步骤s32中，六偏磷酸钠、二水合氟化钾的质量比为：4-8g：14-18g。

27、优选地，所述微弧氧化处理的条件为：加正向电压为340-420v、正向占空比5-15％、电源频率800-1200hz、负向电压为50-80v、负向占空比5-10％，正负向脉冲比为5-10：1，处理时间为10-20min。

28、进一步优选地，所述微弧氧化处理的条件为：微弧氧化工艺参数设定为400v，频率1000hz，占空比10％，处理时间10min。

29、第三方面，前述的镁合金植入器械在骨折内固定、交叉韧带重建手术中的应用。

30、可选地，具体应用方法为：在手术过程中，先在骨折位点(或手术部位)打孔后，在打孔位点先旋入一根不锈钢导针先进行定位，再将本发明的镁合金空心钉沿着不锈钢导针安装到位，接着，旋出不锈钢导针并将其替代成镁合金导针，即将镁合金导针安装到贯穿镁合金空心钉，完成镁合金植入器械对骨折位点的固定。上述先采用机械强度更高的不锈钢导针先进行定位，可避免镁合金导针的损坏。其他应用方式中，也可直接采用先植入镁合金导针、再植入镁合金空心钉。交叉韧带重建手术的应用方式相似，不再赘述。

31、在骨折部位的组织愈合的过程中，所述镁合金植入器械为其提供长久的力学支撑，并在骨折部位愈合后，镁合金植入器械生物相容性好，且会缓慢被降解，对身体无毒害等副作用，使用安全且便利。

32、本发明具有以下有益效果：

33、1、采用材质相同的镁合金制备镁合金空心钉和镁合金导针能极大地降低生产成本；而本技术通过在镁合金空心钉经过表面处理增加所述无机陶瓷涂层后，使空心钉的自腐蚀电位高于镁合金导针的自腐蚀电位，从而使得植入器械在手术植入病灶部位后发生电偶腐蚀效应：即镁合金导针由于自腐蚀电位低，扮演牺牲阳极的角色，形成相对电化学腐蚀保护，镁合金导针由两端开始定向腐蚀，可解决目前镁合金降解速率快，降解不均匀及服役周期短的问题；通过上述方法，开路电位高的镁合金空心钉被保护起来，作为主体承载单元能够提供更长久的力学支撑，极大地延长整个植入器械的服役期。

34、因此，上述镁合金空心钉外表包覆的无机陶瓷涂层发挥两种作用，一方面，该涂层的设置使镁合金导针作为被牺牲的阳极发挥作用，从而保护空心钉本体；另一方面，该涂层在体内环境下具有较好的耐蚀性，在器械植入后期牺牲阳极降解腐蚀掉之后，该涂层可以独立为镁合金空心钉建立起一道腐蚀屏障，延缓镁合金空心钉的降解及其力学完整性衰减。可见，上述植入器械通过牺牲阳极和涂层双重技术手段建立起镁合金植入器械的双重防护效果，二者相互兼容相互促进，能够显著延长器械服役期。

35、2、镁合金空心钉和镁合金导针的加工材料仅包含mg、ca、zn，杂质总含量低于0.1％，也具有良好的生物安全性，所述无机陶瓷涂层生物相容性好，因此，所述镁合金植入器械使用安全。

36、3、所述镁合金空心钉和镁合金导针本体都是由镁合金棒材仅通过机械加工制备得到，而镁合金空心钉的外周包覆涂层仅通过一步法微弧氧化处理即可完成，因此，本技术提供的镁合金植入器械的制备加工方法简单易操作，不涉及有毒有害物质，环境友好、绿色环保。

37、综上，本技术的镁合金植入器械通过使用性能优良的镁合金加工成型空心钉和导针相互配合极大地延长其服役期，空心钉表面微弧氧化处理后，联合导针植入体内使用，可获得优异的力学支撑力、生物相容性和更长的降解周期。