CN103961751A - 多功能生物陶瓷义眼台、制备工艺及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能生物陶瓷义眼台及其制备工艺，其特征是通过精准控制模具和造孔支架而制备出标准球形多孔生物陶瓷；通过调控义眼台表面或/和内部结构而形成不同性能和用途。本发明的工艺能制备均质型、中空型和可缝合型多孔生物陶瓷义眼台，以及梯度多孔陶瓷义眼台。其优点①材料结构符合组织生长和血管化的要求，使义眼台在机体内能形成永久性生物整合。②高孔隙材料而质量较轻，有利于充分保留义眼活动度。③梯度多孔陶瓷结构能大大降低表面粗糙度，有效减少植入的义眼台对眼眶骨的磨损。④可缝合结构有利于组织缝合和固定，尤其对眼球动力肌在义眼台上的固定是必不可少。本发明的义眼台应用于眼科医学领域中眼球缺失的形体修复和精神创伤改善。

Description

多功能生物陶瓷义眼台、制备工艺及其应用

技术领域

本发明涉及一种具有不同结构和不同性能的多孔生物陶瓷义眼台及其制造工艺，该义眼台主要应用于医学领域。

背景技术

因肿瘤、外伤和感染等原因不得不摘除眼球的患者，在术后未能及时的植入人工义眼台，使得眼球缺失给患者带来的精神痛苦远远大于肉体创伤。随着需求存在而就形成了义眼修复技术，其中包括义眼台(又名为义眼座或义眼胎，orbital implan)植入术，也就是在患眼摘除眼球后植入球型人工体，并在其表面复盖一层结膜和配制义眼片。义眼台能起到填充和运动枢纽作用，为使植入义眼台能够活动，在眼球摘除手术中将4条直肌末端与义眼台缝合在一起，或采用眼内容物剜除术(不需要剪断眼肌肉)在眼球壁内直接植入义眼台。通过植入义眼台的活动带动义眼片活动，最终能够达到满意的逼真效果。义眼台植入术已被广泛用于矫正眼球摘除或者萎缩所产生的眼睑凹陷畸形。义眼台具有多种型号，可以根据眼腔内部的形状大小来选择性植入。曾有使用过金属、玻璃、陶瓷、象牙和硅胶球作为义眼台进行修复和整容。但由于上述材质的产品存在①质量过重易于脱落和限制活动度；②组织无法长入材料和固定义眼台；③眼球动力肌肉无法缝合固定于义眼台，造成术后义眼无法自动等缺陷，限制了义眼整容术的发展。

直到上世纪80年代羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)义眼台的出现，由于羟基磷灰石表面结构、摩擦系数、比重、导热性与绝对强度等方面与人体的松质骨十分相似，用其制作的多孔活动义眼座具有高度组织相容性，无毒性和抗原性，并且有重量轻的优点。将其植入眼眶后易血管化，不会因眼座过重而发生下睑松驰和下垂等并发症。尤其是此眼座的互通多孔微结构使得假体周围血管和组织易于长入，通过内生纤维血管与宿主整合，减少植入物的排出或移位及减少继发感染提供有利条件，血管长入使眼座成为肌锥内组织的一部分。羟基磷灰石很难降解，故是眼科最理想的长期填充物。为手术提供方便、减小难度和提高成功率，特别使无巩膜的陈旧性眼球摘除患者的义眼修复手术成为可能。目前多孔材料义眼台已解决了质量过重和组织长入问题。但是，仍有一些问题有待解决：①多孔材料的血管化和组织长入质量对术后效果的影响？②如何避免硬质义眼台对眼眶骨形成的磨损？③如何在术中将眼球动力肌固定于义眼台的合适部位和方式？本发明旨在为解决上述问题提供方案。

发明内容

本发明通过精准控制备模具和造孔支架的形态、大小和内部结构，最终达到生物陶瓷义眼的相应特征和多功能化。

本发明的目的在于提供生物陶瓷义眼台及其制造工艺，其特征是通过精准控制模具和造孔支架而制备出标准球形多孔生物陶瓷；通过调控义眼台表面或/和内部结构而形成不同性能和用途。

本发明的制备工艺能生产出均质型互通性多孔微结构1生物陶瓷，可根据组织生长和血管化的要求制备相应结构，使义眼台在机体内能形成永久性生物整合。该义眼台为高孔隙(>70％)结构，质量轻于1.2g/cm³，有利于充分保留义眼活动度(图1中a)。

本发明的义眼台能被制成中空型球体，使整体质量更轻。该工艺是通过控制造孔支架的烘干程度 来进行灌注陶瓷浆液，使浆液不能渗透到支架中心，最终制品中心形成空腔2，腔体大小可根据造孔支架的干燥程度和剩余水量来确定(图2中b)。

本发明的义眼台能被制成梯度多孔陶瓷结构，也就是球体中心至表面的结构(孔径和孔隙率)为渐变型，直至密质结构。该工艺是采用不同粒度造孔颗粒和不同尺寸石膏阴模，由小至大的造孔支架叠加制备方式形成梯度造孔支架，随后制备出梯度多孔陶瓷。梯度多孔陶瓷在义眼台中表现可为整球，也可为半球或部分。梯度多孔陶瓷义眼台能大大降低表面粗糙度，有效减少植入的义眼台对眼眶骨的磨损(图3中c)。

本发明的义眼台能通过建立多样性贯通孔道而达到可缝合性能。孔道5数为1-12道，孔道径为0.5-5mm，孔道设置平行于纵轴或/和横轴或/和竖轴，每轴可设置0-4道。孔道形态可为直形5、弧形6和其它形态(图2和图3)，但必须能穿过医用缝合针和线。该制备工艺是采用PMMA丝粘合固定成单或双或三轴框架，将其装入组合阴模模具腔内，填入PMMA珍珠颗粒制备成球形造孔支架，经灌浆、排胶和烧结使轴向框架成为缝合孔道。该孔道用于缝合固定组织，尤其对眼球动力肌在义眼台上的固定是必不可少。

本发明的义眼台采用降解材料或不降解材料制成。原料可为羟基磷灰石、磷酸三钙、硅酸钙、碳酸钙、氧化铝、氧化锆、二氧化钛和铝镁尖晶石等，也可为二种或以上材料的混合物。

本发明的义眼台应用于眼科医学领域中眼球缺失的形体修复和精神创伤改善。

本发明的制备工艺及技术参数具有良好的可操作性和重复性，本领域技术人员可根据如下原则进行参数设定和工艺控制：

①模具制备：

金属阳模模具：可选用不易腐蚀的金属材料如不锈钢、钛合金和铜等，将其加工成标准球8和球托10，金属球径＝制品球径×(1+粉体收缩率)；球托为中心搂空盘状体，托高＝球半径、内径＝球直径、外径＝球直径×3(图4)。

石膏阴模模具：将金属球置入球托内，外加与球托外径相匹配的塑料套管，随后灌入石膏浆液，固化脱模成石膏阴模模具12。将阴模两两配对组合固定成球腔13，其一阴模在球凹最低部转成贯通孔11用于装载造孔剂(图5)。

②造孔支架：通过贯通孔将有机造孔剂颗粒灌入石膏阴模模具腔，添加有机溶剂使造孔剂颗粒粘合，冲水固定成形。经25-70℃烘干12-72小时备。

③浆液配制：根据陶瓷原材料的理化特性设定配方。通常将设定量的粉体、纯水和分散剂装入碾磨罐，加入适量碾磨子，在卧式碾磨机上碾磨1-10小时，配制出具有良好流动性的陶瓷浆液。

④坯体制备：将陶瓷浆液注入装有干燥造孔支架的石膏模具内，经25-70℃烘干12-72小时脱模成陶瓷坯体。

⑤坯体排胶：根据造孔剂的理化特性设定排胶程序。通常是陶瓷坯体在排胶炉中经150-500℃烘烤12-72小时去除有机物。

⑥陶瓷烧结：根据原材料的理化特性设定烧结程序。通常是去胶坯体在烧结炉中经600-1400℃烧结2-10小时，形成多功能生物陶瓷义眼台。

附图说明

图1是本发明所述的均质型、中空型和梯度多孔生物陶瓷义眼台示意图。

图2是本发明所述的可缝合型义眼台的直型缝合孔道示意图。

图3是本发明所述的可缝合型义眼台的弧型缝合孔道示意图。

图4是本发明所述制备义眼台的金属阳模模具示意图。

图5是本发明所述制备义眼台的石膏阴模模具示意图。

图6是本发明所述义眼台在眼科临床应用的整容效果照片。

具体实施方式

为更好了解本发明所述义眼台的制备工艺、特征和功能，以下通过非限制性的实施例和结合附图进行进一步阐述。

实施例1：设定最终制品为的羟基磷石(粉体收缩率10％)生物陶瓷义眼台。选用不锈钢制备金属阳模模具，所需金属球径＝20×(1+0.10)＝22mm，球托高、内径和外径分别为11、22和66mm进行加工(图4)。在玻璃上将金属球置入球托，外套与球托外径相匹配和高10cm的塑料套管，灌入200ml含60％石膏粉和40％水的浆液，固化脱模成石膏阴模模具。将阴模两两配对组合固定成球腔()，其一阴模在球凹最低部转贯通孔用于装载造孔剂(图5)。

实施例2：将μm的PMMA珍珠颗粒灌入实施例1的组合阴模腔内，检查填实后加入丙酮8ml，2分钟后再加20ml纯水冲洗固定成球形造孔支架，经70℃烘干48小时后将羟基磷石浆液注入装载干燥造孔支架的石膏模具内，经50℃烘干48小时脱模成陶瓷坯体。陶瓷坯体在排胶炉中经300℃烘烤12小时去除有机物，在烧结炉中经1200℃烧结4小时成羟基磷石均质型多孔生物陶瓷义眼台(图1中a)。

实施例3：按实施例2方法制备球形造孔支架，经50℃烘烤12小时保留20％的水份在球心；随后将磷酸三钙浆液注入载有造孔支架的石膏模具内，经50℃烘干48小时脱模成陶瓷坯体；坯体在排胶炉中经300℃烘烤12小时去除有机物，在烧结炉中经1100℃烧结4小时形成磷酸三钙浆中空型多孔生物陶瓷义眼台(图1中b)。

实施例4：按实施例1方法制备出球腔径为和22mm的组合石膏阴模模具，分筛出三组PMMA珍珠颗粒分别为、300-400和100-200μm。采用阴模模具和μm颗粒制备出均质造孔支架球；脱模干燥后转入阴模模具，在振动机上灌入μm颗粒制备出双层结构的造孔支架球；脱模干燥后装入阴模模具，在振动机上灌入μm颗粒制备出三层结构的造孔支架球。随后步骤同实施例2方法制备出羟基磷石梯度多孔生物陶瓷义眼台(图1中c)。

实施例5：采用3根和长22mm的PMMA丝按X、Y和Z轴向粘合固定成三轴架，将其装入实施例1的组合阴模模具腔内，填入μm的PMMA珍珠颗粒制成球形造孔支架，经70℃烘干48小时后将羟基磷石浆液注入装有造孔支架的石膏模具内，经50℃烘干48小时脱模成陶瓷坯体，经300℃排胶12小时，经1200℃烧结4小时形成羟基磷石可缝合型多孔生物陶瓷义眼台(图2)。

实施例6：男22岁因外伤造成左眼球破裂。病人仰卧于手术台，麻醉下缝线开睑，沿角膜缘切除角膜，刮除内容物和色素膜。巩膜壳内用庆大霉素溶液冲洗后，从颞上向鼻下方剪开巩膜壳，分离眶尖肌锥部组织，植入实施例2的多孔生物陶瓷义眼台，间断荷包式缝合前后巩膜壳，连续缝合结膜囊，加压包扎术眼；72小时后换药，7天拆线，1月后配戴义眼。随访17个月无结膜裂开和义眼台外露等并发症，义眼活动自如，活动度满意，很好的达到整形美容效果(图6)。

Claims (9)

1.本发明涉及一种多功能生物陶瓷义眼台及其制备工艺，其特征是通过精准控制模具和造孔支架而制备出标准球形多孔生物陶瓷；通过调控义眼台表面或/和内部结构而形成不同性能和用途。

2.根据权利要求1所述义眼台的制备工艺能生产出均质型互通性多孔微结构生物陶瓷，可根据组织生长和血管化的要求制备相应结构，使义眼台在机体内能形成永久性生物整合。该义眼台为高孔隙(>70％)结构，质量轻于1.2g/cm3，有利于充分保留义眼活动度。

3.根据权利要求1所述义眼台能被制成梯度多孔陶瓷结构，也就是球体中心至表面的结构为渐变型。该工艺是采用不同粒度造孔颗粒和不同尺寸石膏阴模，由小至大的造孔支架叠加制备方式形成梯度造孔支架，随后制备出梯度多孔陶瓷。梯度多孔陶瓷在义眼台中表现可为整球，也可为半球或部分。梯度多孔陶瓷义眼台能大大降低表面粗糙度，有效减少植入的义眼台对眼眶骨的磨损。

4.根据权利要求1至3所述义眼台能被制成中空型球体，使整体质量更轻。该工艺是通过控制造孔支架的烘干程度来进行灌注陶瓷浆液，使浆液不能渗透到支架中心，最终制品中心形成空腔，腔体大小可根据造孔支架的干燥程度和剩余水量来确定。

5.根据权利要求1至4所述义眼台能通过建立多样性贯通孔道而达到可缝合性能。孔道数为1-12道，孔道径为0.5-5mm，孔道设置平行于纵轴或/和横轴或/和竖轴，每轴可设置0-4道。孔道形态可为直形、弧形和其它形态，但必须能穿过医用缝合针和线。该制备工艺是采用PMMA丝粘合固定成单或双或三轴框架，将其装入组合阴模模具腔内，填入PMMA珍珠颗粒制备成球形造孔支架，经灌浆、排胶和烧结使轴向框架成为缝合孔道。该孔道用于缝合固定组织，尤其对眼球动力肌在义眼台上的固定是必不可少。

6.根据权利要求1至5所述义眼台采用降解材料或不降解材料制成。原料可为羟基磷灰石、磷酸三钙、硅酸钙、碳酸钙、氧化铝、氧化锆、二氧化钛和铝镁尖晶石等，也可是二种或二种以上的混合材料。

7.根据权利要求1至5所述义眼台的金属阳模模具可选用不易腐蚀的金属材料，如不锈钢、钛合金和铜等，将其加工成标准球和球托，金属球径＝制品球径×(1+粉体收缩率)；球托为中心搂空盘状体，托高＝球半径、内径＝球直径、外径＝球直径×3。

8.根据权利要求1至5所述义眼台的石膏阴模模具是将金属球置入球托内，外加与球托外径相匹配的塑料套管，随后灌入石膏浆液，固化脱模成石膏阴模模具。将阴模两两配对组合固定成球腔，其一阴模在球凹最低部转成贯通孔用于装载造孔剂。

9.根据权利要求1至6所述义眼台应用于眼科医学领域中眼球缺失的形体修复和精神创伤改善。