一種降解速率可控的體內降解脊柱融合器及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種降解速率可控的體內降解脊柱融合器及其制備方法。其組分及重量百分比為：無機生物陶瓷1％-10％，鎂或鎂合金10％-80％，其余為可降解高分子聚合物。首先以納米羥基磷灰石顆粒、碳酸鈣顆粒或磷酸三鈣顆粒為增強體，制備無機生物陶瓷化合物增強鎂或鎂合金材料；以所增強的鎂或鎂合金材料為基體，將其加工成臨床所需形狀的脊柱融合器，并在其內外表面涂覆一層可降解高分子材料，涂層厚度控制在0.05-2mm，使其降解速率可控。采用這種方法制備的生物醫用植入材料既保證了材料的力學性能，又能控制其降解時間，降解產物體內無殘留，避免病人二次手術帶來的痛苦。
【專利說明】一種降解速率可控的體內降解脊柱融合器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于生物醫用植入材料領域，涉及一種降解速率可控的體內降解脊柱融合器及其制備方法，具體的說這種融合器的材料由純鎂或鎂合金/無機生物陶瓷/可降解高分子材料組成。
【背景技術】
[0002]脊柱融合是治療脊柱結核、感染、畸形、腿型性病變以及椎間盤損傷等脊柱疾患的有效手段。脊柱融合器是用于脊柱內固定的一種醫療器械，也是脊柱融合手術所常用的一種脊柱內植入裝置。
[0003]脊柱融合手術在1911年最早由Hibbs提出，到1936年Mercer提出了椎體間融合的理論后，脊柱融合手術取得迅速發展，現今已成為治療骨科疾病的重要手段。1979年Bagby將一不銹鋼中空帶孔柱狀體代替髂骨塊用于馬的頸椎椎間融合術，稱Bagby籠(Bagbybasket)。1983年，Bagby與Kuslish合作將用于人的腰椎椎間融合,并增加了表面螺紋，材料用鈦合金，即為BAK (Bagby and Kuslish)。1988年他們用鈦合金制備出BAK系統，即鈦合金空心柱狀體-Cage，由于該Cage表面帶有螺紋，可自穩于上下終板內；植入時的撐開力又可使纖維環、前后韌帶處于張力狀態，形成“撐開-壓縮張力帶”效應，經臨床使用，效果良好。
[0004]然而，金屬脊柱融合器的彈性模量遠遠高于皮質骨，在體內會引起應力遮擋，從而導致植入部位產生骨質疏松、骨萎縮、植入部位塌陷、融合器松動或滑脫等并發癥。而且金屬融合器產生的碎屑使機體產生巨噬細胞、白介素-1、白介素-6、前列腺素E2、腫瘤壞死因子等，影響骨的融合。由人工合成的高分子不可降解材料(如聚醚醚酮，PEEK)制成的脊柱融合器，雖然彈性模量與椎體骨匹配，具有良好的抗腐蝕性，能透過X光，但由于其生物相容性不是很好，導致一系列并發癥:神經根損傷、融合器松動、融合器塌陷、椎間隙及椎間孔聞度減小、不融合等。
[0005]鎂合金具備良好的力學性能、加工性能，同時其質量輕、彈性模量與骨相近，而且腐蝕產物鎂是人體必需的微量元素，無毒可被吸收或隨尿液一起排出體外。鎂合金中，鎂稀土合金有高的強度和優良的可塑性，適合加工成各種形狀的骨固定器材，但遺憾的是稀土成分使鎂合金的生物安全性受到質疑。在目前的研究中生物安全性最好的是Zn-Mn-Ca-Mg合金但作為骨固定材料其力學性能偏低，且鎂合金的體內降解速度偏快。因此設計一種生物安全性好、提高塑性變形能力和強度、控制其腐蝕降解速度是開發可降解鎂合金骨固定材料必須解決的問題。
[0006]本發明提出用與骨中無機質具有相同成分、結構的納米羥基磷灰石(n-HA)或β -Ca3(PCM)2等納米無機生物陶瓷材料作為鎂合金的功能增強體及晶粒細化的核心，通過涂覆一層生物相容性好的可降解高分子材料來調控復合材料的降解速率，得到降解速率可控的納米無機陶瓷/鎂合金可降解聚合物組成的脊柱融合器。相關研究國內外尚未見報道。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是公開一種講解速率可控的體內降解脊柱融合器的制備方法，該融合器既可避免使用金屬融合器所存在的因應力遮擋和產生碎屑等問題，又可避免不可降解高分子材料存的的生物相容性等問題。本發明的脊柱融合器材料具有可降解性，可在體內隨著骨的形成，其自身不斷地降解，最終被吸收而排出體外，不留殘余。
[0008]本發明的技術方案概述如下:一種降解速率可控的體內吸收脊柱融合器，該融合器的基體為納米無機生物陶瓷增強鎂合金，所用無機生物陶瓷與天然骨中的無機質相同，兩者通過熔融結晶復合在一起，提高了鎂合金的力學強度和可塑性。將上述材料加工成臨床所需形狀的脊柱融合器，在其內外表面涂覆一層厚度在0.05-2mm的可降解高分子材料，來調控鎂合金的降解速率。最終制成一種降解速率可控的體內吸收脊柱融合器，解決現今臨床上存在的技術難題。
[0009]一種降解速率可控的體內降解脊柱融合器的制備方法，有以下步驟:
[0010]a、將所選用的純鎂或鎂合金加工成絲材；
[0011]b、按照分按重量百分比為:無機生物陶瓷1^-10%、純鎂或鎂合金10% _80%、可降解聚合物1% -10%的比例取純鎂或鎂合金、無機生物陶瓷顆粒；
[0012]C、將鎂合金加熱熔融，制得鎂合金熔融體；
[0013]d、將無機生物陶瓷顆粒與步驟(C)中的熔融體一起傾瀉到雙螺旋流變制漿機中，抽真空后通入Ar與CO2作保護氣，在700-800°C強力攪拌30_60min后，沉淀至結晶器中，得到直徑60mm的棒狀結晶物。
[0014]e、將步驟(d) 的棒狀物加工成臨床所需形狀的脊柱融合器。
[0015]f、按照1% -10%比例取高分子聚合物，將配制成1-10%的溶液，溶劑為丙酮、氯仿或乙酸乙酯。將上述所得的溶液用超生噴涂或溶液浸提法噴涂到步驟(e)所得脊柱融合器的內外表面，在其內外表面形成0.05-2_的涂層。最后經干燥、滅菌，得到體內可吸收脊柱融合器。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
[0017]2g無機生物陶瓷n-HA與196g Mg-Zn合金熔融體直接澆入到雙螺旋流變制漿機中，通入Ar與CO2混合氣體保護，在750°C強力攪拌30分鐘后，沉積至結晶器中，得到直徑60mm的棒狀結晶物；將其加工成尺寸為8mmX9mmX22mm的脊柱融合器。稱取2g分子量10萬的丙交酯聚合物溶于丙酮中，將其溶液超聲噴涂在脊柱融合器內外表面。
[0018]實施例2
[0019]6g無機生物陶瓷n-HA與196g Mg-Zn合金熔融體直接澆入到雙螺旋流變制漿機中，通入Ar與CO2混合氣體保護，在800°C強力攪拌30分鐘后，沉積至結晶器中，得到直徑60mm的棒狀結晶物；將其加工成尺寸為8mmX9mmX22mm的脊柱融合器。稱取2g分子量10萬的丙交酯聚合物溶于丙酮中，將其溶液超聲噴涂在脊柱融合器內外表面。
[0020]實施例3
[0021 ] IOg無機生物陶瓷n-HA與196g Mg-Zn合金熔融體直接澆入到雙螺旋流變制漿機中，通入Ar與CO2混合氣體保護，在800°C強力攪拌30分鐘后，沉積至結晶器中，得到直徑60mm的棒狀結晶物；將其加工成尺寸為8mmX9mmX22mm的脊柱融合器。稱取2g分子量10萬的丙交酯聚合物溶于丙酮中，將其溶液超聲噴涂在脊柱融合器內外表面。
[0022]實施例4
[0023]15g無機生物陶瓷n-HA與196g純鎂熔融體直接澆入到雙螺旋流變制漿機中，通入Ar與CO2混合氣體保護，在800°C強力攪拌30分鐘后，沉積至結晶器中，得到直徑60mm的棒狀結晶物；將其加工成尺寸為8mmX9mmX22mm的脊柱融合器。稱取2g分子量10萬的丙交酯聚合物溶于丙酮中，將其溶液超聲噴涂在脊柱融合器內外表面。
[0024]實施例5
[0025]20g無機生物陶瓷n-HA與196g Mg-Zn合金熔融體直接澆入到雙螺旋流變制漿機中，通入Ar與CO2混合氣體保護，在800°C強力攪拌30分鐘后，沉積至結晶器中，得到直徑60mm的棒狀結晶物；將其加工成尺寸為8mmX9mmX22mm的脊柱融合器。稱取2g分子量10萬的丙交酯聚合物溶于丙酮中，將其溶液超聲噴涂在脊柱融合器內外表面。
[0026]實施例5
[0027]同實施案例1，無機生物陶瓷由n-HA換成磷酸三鈣，將丙交酯的重量改為Ig分子量改為20萬。
[0028]實施例6
[0029]同實施案例1，無機生物陶瓷由n-HA換成磷酸三鈣，將丙交酯改為丙交酯-乙交酯的共聚物。
`[0030]實施例7
[0031]同實施案例6，無機生物陶瓷由n-HA換成磷酸三鈣，將丙交酯-乙交酯共聚物重量改為lg，分子量改為20萬。
[0032]實施例8
[0033]同實施案例1，脊柱融合器的尺寸改為17mmX llmmX24mm。
[0034]實施例9
[0035]同實施案例I，將Mg-Zn合金改為Mg-Ag合金。
[0036]實施例10
[0037]同實施案例I，將Mg-Zn合金改為Mg-Zr合金。
[0038]實施例11
[0039]同實施案例I，將Mg-Zn合金改為Mg-Ca合金。
[0040]實施例12
[0041 ] 同實施案例I，將Mg-Zn合金改為Mg-Ag合金。
[0042]實施例13
[0043]同實施案例I，將無機生物陶瓷由n-HA換成磷酸鈣。
【權利要求】
1.一種降解速率可控的體內降解脊柱融合器及其制備方法，其特征在于材料組分按重量百分比為:無機生物陶瓷;純鎂或鎂合金:10% -80% ;可降解聚合物:1% -10%。
2.根據權利要求1所述的一種降解速率可控的體內降解脊柱融合器及其制備方法，其特征在于無機生物陶瓷材料為納米羥基磷灰石顆粒、碳酸鈣顆粒或磷酸三鈣顆粒。
3.根據權利要求1所述的一種降解速率可控的體內降解脊柱融合器及其制備方法，其特征在于所涉及的鎂合金為:鎂鋅合金、鎂鋯合金、鎂鈣合金、鎂銀合金的一種或幾種組合--? 。
4.根據權利要求1所述的純鎂為醫用高純鎂。
5.根據權利要求1所述的一種降解速率可控的體內降解脊柱融合器及其制備方法，其特征在于所涉及的可降解聚合物為丙交酯聚合物或丙交酯-己交酯的共聚物，聚合物分子量為10萬-100萬。
6.根據權利要求1所述的一種降解速率可控的體內降解脊柱融合器及其制備方法，其特征在于制作方法為: (1)將所選用的純鎂或鎂合金加工成絲材； (2)按照權利要求1的比例取鎂或鎂合金、無機生物陶瓷顆粒； (3)將純鎂或鎂合金加熱熔融，制得熔融體； (4)將無機生物陶瓷顆粒與步驟(3)中的熔融體一起傾瀉到雙螺旋流變制漿機中，抽真空后通入 Ar與CO2作保護氣，在700-800°C強力攪拌30_60min后，沉淀至結晶器中，得到直徑60mm的棒狀結晶物； (5)將步驟(4)的棒狀物加工成臨床所需形狀的脊柱融合器； (6)按照權利要求1的比例取高分子聚合物，將配制成1-10%的溶液，溶劑為丙酮、氯仿或乙酸乙酯。將上述溶液用超生噴涂或溶液浸提法噴涂到步驟(5)所得脊柱融合器的內外表面，在其內外表面形成0.05-2mm的涂層； (7)最后經干燥、滅菌，得到體內可降解脊柱融合器。
【文檔編號】A61L27/42GK103845760SQ201410073104
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年2月25日 優先權日:2014年2月25日
【發明者】孫愛平, 畢宏偉 申請人:天津市鎂勝生物技術有限公司