CN104224301A - 一种带有表面微纹的骨科植入物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有表面微纹的骨科植入物，包括植入物本体。植入物本体的表面设有微纹区，微纹区的表面设有微纹路。微纹路由相互平行的微凹槽和微凸脊相间排列而成。微凹槽的深度为1－50微米，宽度为5－50微米，微凹槽的间距为：10－100微米。微纹路为直线型或波浪型或曲线型，通过激光或化学蚀刻得到。植入物本体由钛合金制成。本发明通过在骨科植入物表面蚀刻出微纹路，引导干细胞或骨细胞沿着微纹路的方向排列增殖，从而加快成骨细胞向伤段集结，尽早形成通过骨折线的骨痂，最终加快骨组织的修复过程。

Description

一种带有表面微纹的骨科植入物
技术领域
本发明涉及骨科植入物，特别涉及一种加快骨组织修复的表面结构。
背景技术
骨创伤与其导致的骨缺损常困扰骨科临床工作。骨移植虽然可以解决一些最复杂的案例，但往往并发症发生率高。自体骨移植可以降低排异反应的发生率，但需要多次手术，且要考虑供应部位的病理改变。应用金属植入物有较好的机械强度，仍然是稳固骨折段的经典手段。
长期以来，大量研究集中于种植体与骨组织的结合界面上，即通过物理、化学等方式对材料表面进行修饰，以改变材料表面的生物活性，获得良好的骨结合作用。例如，研究通过结合生长因子于金属材料表面涂层中，在植入材料后诱导干细胞向骨及软骨方面分化。如专利CN 101721743 A或专利CN 202537715，均通过装载药物于植入物表面，以促进新骨生成和防止异位成骨。然而骨组织修复往往是一个缓慢的过程，骨组织修复材料往往有较长的植入寿命。一次性投药难以符合骨科材料长期性植入的特点，且BMP等生长因子需要在局部组织维持一定的有效浓度，通过现有涂层方法尚不能长时间支持组织生长。通过涂层及化学方法装载生长因子，容易导致有机溶剂残留，并且生物活性组分代价高昂，制备工艺复杂。
另外一些研究通过增加骨接触面的粗糙度或增加凹孔结构，以增强材料植入初期的稳定性。如专利CN 200410081014.7、CN 03233920.8和CN 202537634U等，但这些表面处理方式仅考虑到材料与骨组织的机械结合性能，忽略了表面结构对干细胞和组织生长的诱导作用。而大量体内与体外实验证实，适宜的微纹理结构可以很好的模仿然细胞外基质的有序结构natural extracellular matrix ，ECM）。细胞基质的主要成分是胶原蛋白纳米纤维，直径50-500纳米，并且以其空间结构调控细胞行为。
发明内容
本发明所要解决的问题是引导干细胞或骨细胞的增殖方向，加快骨组织修复。
为解决上述问题，本发明采用的方案如下：
一种带有表面微纹的骨科植入物，包括植入物本体，所述植入物本体的表面设有微纹区，微纹区的表面设有微纹路，所述的微纹路由相互平行的微凹槽和微凸脊相间排列而成。微凹槽的深度为1－50微米，宽度为5－50微米，微凹槽的间距为10－100微米。所述的微纹路为直线形或波浪形或曲线形或折线形，由激光蚀刻或化学蚀刻的方法刻划得到。植入物本体由钛合金制成。本发明中，该骨科植入物可以是骨钉（螺钉）或骨针（克氏针）或接骨板等。
本发明的技术效果包括：
1.        这种表面处理方式不添加额外的化学组分，生物安全性好。不依赖生物活性组分，成本较低。加工过程为计算机控制的雕刻工艺，成型过程自动化程度高、产量大。加工所得的微阵列仍为胚体金属材质，具备可高温消毒，坚固的特点。
2.        微纹路可增加植入物表面的粗糙度，具备传统表面粗糙工艺的亚光质地和便于临床赋形的特点。而通过对表面阵列的各参数进行体外筛选，证实只有特定设计的微阵列表面可取得对干细胞的理想刺激效果。因而我们将优化筛选后的微阵列加工于植入材料表面，可提供牢固结合结缔组织与刺激干细胞定向生长的效果。
3.        随着植入性骨修复手术的成功率不断提高，在手术中获得良好的骨结合后，长期植入过程中对周围组织的稳定支持以及对骨细胞迁徙方向的引导作用，是影响骨修复远期成功率的关键因素。本发明骨科植入物表面的微纹路可以引导干细胞或骨细胞沿着微纹路的方向排列增殖，这种定向增殖增加了细胞的生长效率，从而快成骨细胞向伤段集结，尽早形成通过骨折线的骨痂，最终加快骨组织的修复过程。
附图说明
图1是本发明接骨板的结构示意图。
图2是本发明骨针的结构示意图。
图3是图1中标记为R部分的放大后微纹路的结构示意图。
图4是本发明微纹路的微凹槽与微凸脊的截面结构示意图。
图5是本发明在带有表面微纹的植入物本体上培育干细胞的实验效果图。
图6是本发明表面微纹路呈折线形状的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步详细说明。
一种带有表面微纹的骨科植入物，如图1、图2、图3所示，包括植入物本体1。植入物本体1的表面设有微纹区2 ，由钛合金制成。其中图1显示的骨科植入物为接骨板，11为接骨板上的螺栓孔。图2所示的骨科植入物为骨针。微纹区2的表面，如图3所示，带有微纹路20。微纹路20，如图3、图4所示，由相互平行的微凸脊21和微凹槽22相间排列而成。微凹槽22的深度D为1－50微米，宽度W为5－50微米，微凹槽的间距S为10－100微米。由图4可以看出微凹槽22与微凸脊21是相对而言的。微凹槽22的深度等同于微凸脊21的高度。微凹槽的间距S等于微凸脊21的宽度加上微凹槽22的宽度。因此上述微凹槽22尺寸的限定同样限定了微凸脊21的尺寸。植入物本体1的表面设有微纹区2意味着植入物本体1的表面可以包含不带有微纹路的区域。或者说，本发明可以是在植入物本体1的整个表面都带有微纹路，也可以是只有部分表面或者只有骨接触的界面带有微纹路。
图5显示的是本发明在带有表面微纹的植入物本体上培育干细胞的实验效果图。其中20为的植入物本体表面上的微纹路，3为在功能表面培养的的间充质干细胞。干细胞在共培养一定时间后沿微纹理方向排列。这种技术效果在理论上也可以说明，因为植入物本体表面上的微纹路促进细胞的伪足沿其走向伸长，细胞骨架发生重排，因而在微纹路的表面干细胞发生形态学变化并且由于肌动蛋白的张力增加了微纹路方向的位移。
需要说明的是，上述实施方式中，微纹路都是直线形的。根据上述的原理，本领域技术人员也可以很容易想得到将微纹路设计成波浪形或曲线形或者其他的形状。图6给出了为表面为折线形状的微纹路的实施方式。上述植入物本体为钛合金材料制成，本领域技术人还知道可以采用其他材料制作植入物本体，常用比较多的比如：不锈钢或纯钛或陶瓷。根据等同原则，上述的变化符合本发明权利要求技术特征的均属于本发明的权利要求保护范围。
如图4所示，本发明的微纹路由微凸脊21和微凹槽22构成。制造这种微纹路的方法有很多种，这些制备方法可以分成两类：一类方式是在原表面蚀刻出微凹槽；另一类方式是在原表面上构建微凸脊。第一类方法通过蚀刻的方法也有很多种，比如通过激光蚀刻的方法或者通过化学蚀刻的方法。第二类方法也有很多种，可以通过电镀或者通过磁控溅射镀膜或者通过化学沉积。本发明优先通过激光蚀刻的方法实现微纹路的制备。具体来说包括以下步骤：
步骤1、准备植入物本体原件；
步骤2、激光在计算机的控制下在植入物本体的表面烧刻出凹槽；
步骤3、通过打磨或化学方式清除植入物表面的毛刺。
由于这种微纹路的制备方法很多，具体如何制备带有表面微纹的骨科植入物并不对本发明的产品结构产生影响，不影响本发明权利要求保护范围的实质性内容。

Claims (8)

1.一种带有表面微纹的骨科植入物，包括植入物本体，其特征在于，所述植入物本体的表面设有微纹区，微纹区的表面设有微纹路，所述的微纹路由相互平行的微凹槽和微凸脊相间排列而成。
2.如权利要求1所述的带有表面微纹的骨科植入物，其特征在于，所述的微凹槽的深度为1－50微米，宽度为5－50微米，微凹槽的间距为10－100微米。
3.如权利要求1或2所述的带有表面微纹的骨科植入物，其特征在于，所述的微纹路为直线形。
4.如权利要求1或2所述的带有表面微纹的骨科植入物，其特征在于，所述的微纹路为波浪形或曲线形或折线形。
5.如权利要求1或2所述的带有表面微纹的骨科植入物，其特征在于，所述的植入物本体由钛合金或不锈钢或纯钛或陶瓷制成。
6.如权利要求1或2所述的带有表面微纹的骨科植入物，其特征在于，所述的微凹槽通过激光蚀刻的方法在植入物本体表面刻划得到。
7.如权利要求1或2所述的带有表面微纹的骨科植入物，其特征在于，所述的微凹槽通过化学蚀刻的方法在植入物本体表面刻划得到。
8.如权利要求1或2所述的带有表面微纹的骨科植入物，其特征在于，所述的骨科植入物为骨钉或骨针或接骨板。
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