CN107296986A - 可于x‑光下显影的生物可吸收性骨钉 - Google Patents

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Abstract

一种可于x‑光下显影的生物可吸收性骨钉，包含一螺旋部以及一帽型，该螺旋部具圆柱状外型，而该帽型设置于该螺旋部一端，且自该螺旋部向外延伸，其改良在于该帽型及该螺旋部为一体成型制作，且该帽型及该螺旋部以一聚乳酸(Polylactic acid，PLA)及一纳米级四氧化三铁所制作。本发明可于x‑光下显影成像，并与一动物细胞相容，该动物细胞可降解该骨钉。

Description

可于x-光下显影的生物可吸收性骨钉
技术领域
本发明关于一种可于x-光下显影的生物可吸收性骨钉，该骨钉可于x-光下显影成像，并与一动物细胞相容，该动物细胞可降解该骨钉。
背景技术
聚乳酸(Polylactic acid，PLA)属于一种热塑性聚酯类材料。聚乳酸可在人体内进行降解，并形成二氧化碳和水并被身体自然排出。在医疗上，聚乳酸已被制作成骨钉、骨板、血管支架、手术缝合线、手术导引板、药物释放材料、人造皮肤敷料等医材来应用于医疗用途；此类骨钉可以直接植入人体中，作为治疗病骨之用，并可于人体内自然降解，可免除需进行二次手术取出骨钉的麻烦。
四氧化三铁的微米以上粒子属于亚铁磁性材料，但是当四氧化三铁微粒小于50纳米时，会变成具超顺磁特性的材料。此独特的性质让纳米级的四氧化三铁粒子在生物医学以及生物工程领域有很好的应用，包含细胞的磁珠分离技术、癌症热疗法、药物输送系统、磁振造影显影剂等。纳米级的四氧化三铁粒子也有骨诱导增生的效果。
以聚乳酸制作骨钉，已为现有的技术，其做法为将聚乳酸加热至180至198度，并挤入骨钉模具中加以成形。但纯聚乳酸骨钉因为质量密度与电子密度太低，无法在X-光下显影，因此无法进行手术定位和术后的降解评估。为了改善这个缺点，有以碘、硫酸钡(bariumsulfate)、溴化铋(bismuth bromide)等加入聚合物中来改善高分子聚合物的低X光显影性。然而这些添加物生物相容性不佳，其在高分子聚合物降解后释出，可能有危害人体健康的副作用。
结合高分子聚乳酸与纳米四氧化三铁粒子的实例可参见中国发明公告号CN103360607A，CN103360607B所公开的「一种磁回应性星型嵌段共聚物纳米胶束的制备方法」包括：用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)修饰过的磁性纳米粒子四氧化三铁(Fe3O4-OH)为成核起始物，利用磁性纳米粒子表面羟基引发丙交酯(LA)进行活性开环聚合，得到具有磁性的星型聚合物作为核，该星型聚合物与经羧基化的聚乙二醇单甲醚(CMPEG)进行酯化反应，合成一种星型嵌段磁回应性纳米胶束。其主要目的为制备一具磁性的高分子聚合物材料。也有如中国发明公告号CN103745793A所公开的「一种超顺磁性脂-pla靶向纳米颗粒及制备方法」包括：PLA-磷脂-PEG纳米颗粒由聚乳酸包裹Fe3O4处于中心作为PLA内核，并以磷脂以单层环绕于该PLA内核表面，且以二硬脂酰磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-羧酸穿插于上述单层磷脂中作为靶向外壳形成，其目的为发展一磁铁吸附材料，用以分离肿瘤细胞。但此类制作方式并无法应用于制备具有x-光下显影性的生物可吸收性聚乳酸骨钉。
是以，本发明人针对上述问题予以改良，希望可提供一可应用于可于x-光下显影性及具生物可吸收性的骨钉，此为本发明的发明人与从事此相关产业所欲研究改善的方向所在。
发明内容
故，本发明的发明人有鉴于上述问题，乃搜集许多资料，经由多方评估及考量，并参考此行的相关经验，经由不断试作及修改，始设计出此种可于x-光下显影的生物可吸收性骨钉。
一种可于x-光下显影的生物可吸收性骨钉，包含：一螺旋部，具圆柱状外型；以及一帽型，该帽型设置于该螺旋部一端，且自该螺旋部向外延伸；其改良在于：该帽型及该螺旋部为一体成型制作，且该帽型及该螺旋部以一聚乳酸(Polylactic acid，PLA)及一纳米级四氧化三铁所制作。
在一较佳实施例中，其中该帽型中该纳米级四氧化三铁的含量为百分之5至百分之40。
在一较佳实施例中，其中该螺旋部中该纳米级四氧化三铁的含量为百分之5至百分之40。
在一较佳实施例中，其中该帽型及该螺旋部经由一射出成型方法或一3D列印方法所制成。
在一较佳实施例中，其中该骨钉的轴向延伸方向长度为11至20毫米，该骨钉的直径为2.5至3.6毫米。
在一较佳实施例中，其中该骨钉更包含一生物可吸收材料，该生物可吸收材料为氢氧基磷灰石(hydroxyapatite，HAP)、β-磷酸三钙(β-tricalcium phosphate，β-TCP)、或聚磷酸钙(calcium polyphosphate，CPP)。
在一较佳实施例中，其中该骨钉经x-光照射后可显影成像。
在一较佳实施例中，其中该骨钉与一动物细胞相容，该动物细胞可降解该骨钉。
附图说明
图1本发明的可于x-光下显影性及具生物可吸收性的骨钉立体图；
图2本发明的可于x-光下显影性及具生物可吸收性的骨钉正面图。
符号说明
1 可于x-光下显影的生物可吸收性骨钉
11 帽型
12 螺旋部。
具体实施方式
请参阅图1及图2，一种可于x-光下显影的生物可吸收性骨钉1，包含：一螺旋部12，以及一帽型11。该螺旋部12具圆柱状外型，而该帽型11设置于该螺旋部12一端，且自该螺旋部12向外延伸。其中该帽型11及该螺旋部12为一体成型制作，且该帽型11及该螺旋部12以一聚乳酸(Polylactic acid，PLA)及一纳米级四氧化三铁所制作。为让本发明上述及/或其他目的、功效、特征更明显易懂，下文特举较佳实施方式，作详细说明：
制备例一
采用公知的塑胶加工法，以射出成型方法制作该骨钉。以纯聚乳酸原料粒与纳米级四氧化三铁粒子进行混炼并造粒，以获得含有20wt％四氧化三铁纳米粒子的聚乳酸原料粒。施加高压于熔融的塑胶原料使其快速充填进入金属模具中，并持续保压与等待冷却。冷却后将料件脱模，藉由此方法即可制造特定形式的骨钉。射出成型亦为常见的塑胶加工法。其工作方式为各式形态的塑胶制品。该骨钉模型可以射出成形制作出该骨钉的轴向延伸方向长度为11至20毫米，该骨钉的直径为2.5至3.6毫米的骨钉。而本实施例以射出成形制作出轴向延伸方向长度为长16mm，而直径为3.1mm的骨钉，但不限于此。此外，为适应不同治疗部位与骨病的不同类型，聚乳酸可选择地添加有其他可吸收生物材料，如氢氧基磷灰石(hydroxyapatite，HAP)、β-磷酸三钙(β-tricalcium phosphate，β-TCP)、聚磷酸钙(calcium polyphosphate，CPP)。此外，聚乳酸可用以下材料替代：聚羟基乙酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)、聚己内酯(polycaprolactone，PCL)、乳酸-乙二醇共聚物、聚二氧六环酮(polydioxanone，PDO)、或甲壳素(chitin)。而且，纳米级四氧化三铁粒子可以为其他纳米级的铁、钴、镍的氧化物，比如Fe3O4、Fe2O3、Fe2CoO4、CrO2等。
制备例二
除了射出成型方法，也可利用一3D列印技术将上述的该材料形成该骨钉。纯聚乳酸原料粒与纳米级四氧化三铁粒子进行混炼并造粒，以获得含有20wt％四氧化三铁纳米粒子的聚乳酸原料粒。施加高压于熔融的塑胶原料使其快速充填进入金属模具中，并持续保压与等待冷却。冷却后将料件脱模，藉由此方法即可制造特定形式的3D列印材料。本实施例以射出成形制作出规格为长20cm、直径1.65mm的短棒状线材，此棒材可供积层制造机列印使用。本实施例以3D列印技术制作出轴向延伸方向长度为长16mm、直径3.1mm的骨钉。此外，为适应不同治疗部位与骨病的不同类型，聚乳酸可选择地添加有其他可吸收生物材料，如氢氧基磷灰石(hydroxyapatite，HAP)、β-磷酸三钙(β-tricalcium phosphate，β-TCP)、聚磷酸钙(calcium polyphosphate，CPP)。此外，聚乳酸可用以下材料替代：聚羟基乙酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)、聚己内酯(polycaprolactone，PCL)、乳酸-乙二醇共聚物、聚二氧六环酮(polydioxanone，PDO)、或甲壳素(chitin)。而且，纳米级四氧化三铁粒子可以为其他纳米级的铁、钴、镍的氧化物，比如Fe3O4、Fe2O3、Fe2CoO4、CrO2等。
制备例三
为测试在该帽型及该螺旋部中，该纳米级四氧化三铁的含量在百分之5至百分之40为可被制造且可于x-光下显影的，因此将纳米级四氧化三铁粉与聚乳酸基材依重量比例分成0％、20％、30％、40％等分别混练制造不同成分比例的Fe3O4/PLA样品，根据ASTMD638-V以射出成型技术制作拉力试验所需I型试片。此拉伸试片规格如下：宽为2.6mm、厚为4.2mm、平行长度为20mm。测试时将射出成型后的Fe3O4/PLA拉伸试片，放置在拉伸试验机的夹具上，施力速率设定为2mm/min，测量试片降伏强度并纪录之，结果如表一所示。
表一
实施例一
生物相容性检测
首先将该骨钉浸于灭菌水中，以超音波振荡机振荡10分钟接着浸泡于75％酒精作为清洁步骤。以γ-射线(γ-ray)灭菌，完成动物实验的术前准备。纽西兰大白兔给予颈部皮下注射麻醉后，将纽西兰大白兔后小腿前方植入区的体毛剃除，并于手术欲下刀处以局部麻醉剂Lidocaine，持15号刀片沿股骨长轴的前侧，以上下关节中心点为标记划开，皮下层、肌肉层等，最后掀开骨膜直至股骨裸露，并于股骨干近心前缘距关节窝为预备植入部位。以钻孔机(drill)对欲植入部的骨组织钻孔，以大量生理食盐水灌流抽取，钻孔完成后便将骨钉植入，再以5-0可吸收手术缝线缝合骨膜及肌肉层，最后用手术缝线缝合表皮。
实验动物于复原四周时牺牲，将股骨连同其内的该骨钉一并取下，浸泡于10％福马林内固定，样本先经过一系列脱水程序，并以石蜡包埋制成石蜡切片。再以苏木紫－伊红染色法(Hematoxylin-Eosin Stain)染色，最后以组织封片胶封片。完成后以切片扫描机进行扫描，得到影像档案后进行组织切片观察。
具结果显示，本发明的骨钉在体内降解之后，其黑色部分为释出物，并不会在体内引起发炎反应，此释出物可被组织包覆，骨细胞可在其上生长。可说明本发明的骨钉具有生物相容性。
实施例二
X-光显影性的检测
首先将该骨钉浸于灭菌水中，以超音波振荡机振荡10分钟接着浸泡于75％酒精作为清洁步骤。以γ-射线(γ-ray)灭菌，完成动物实验骨钉的术前准备。纽西兰大白兔给予颈部皮下注射麻醉后，将后小腿前方植入区的体毛剃除，在手术欲下刀处以局部麻醉剂Lidocaine，持15号刀片沿股骨长轴的前侧，以上下关节中心点为标记划开，皮下层、肌肉层等，最后掀开骨膜直至股骨裸露，并于股骨干近心前缘距关节窝为预备植入部位。以钻孔机(drill)将欲植入部的骨组织钻孔，以大量生理食盐水灌流抽取，钻孔完成后便将骨钉植入，再以5-0可吸收手术缝线缝合骨膜及肌肉层，最后用手术缝线缝合表皮。
实验动物于复原四周时牺牲，将股骨连同其内的该骨钉一并取下，浸泡于10％福马林内固定，以微电脑断层造影扫描(Micro-CT)后，进行观察。以内建的指令工具圈选欲观察统计的骨钉部位及其周遭骨组织范围。计算新生骨体积。
结果显示，纯聚乳酸制作的骨钉无法在x-光检查下显示其在骨头中的位置。但本发明的骨钉在x-光照射下可明显的在骨中予以分辨。可说明本发明的骨钉具有x-光的显影性下。而微电脑断层定量分析显示，植入制备例中的生物可吸收性聚乳酸/纳米四氧化三铁骨钉，其周围骨头有较多的新生骨生成。
根据上述检测结果，本发明的生物可吸收性聚乳酸/纳米四氧化三铁骨钉具有x-光的显影的用途，可应用于骨科，神经外科，整形外科手术中改善骨钉植入定位的目的。并可达到加速骨愈合的效果，但不限于此。
透过上述的详细说明，即可充分显示本发明的目的及功效上均具有实施的进步性，极具产业的利用性价值，且为目前市面上前所未见的新发明，完全符合发明专利要件，爰依法提出申请。唯以上所述着仅为本发明的较佳实施例而已，当不能用以限定本发明所实施的范围。即凡依本发明专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围内，谨请贵审查委员明鉴，并祈惠准，是所至祷。

Claims (8)

1.一种可于x-光下显影的生物可吸收性骨钉，其特征在于，包含：
一螺旋部，具圆柱状外型；以及
一帽型，该帽型设置于该螺旋部一端，且自该螺旋部向外延伸；
其中：该帽型及该螺旋部为一体成型制作，且该帽型及该螺旋部以一聚乳酸(Polylactic acid，PLA)及一纳米级四氧化三铁所制作。
2.如权利要求1所述的可于x-光下显影的生物可吸收性骨钉，其特征在于，该帽型中该纳米级四氧化三铁的含量为百分之5至百分之40。
3.如权利要求1或2所述的可于x-光下显影的生物可吸收性骨钉，其特征在于，该螺旋部中该纳米级四氧化三铁的含量为百分之5至百分之40。
4.如权利要求1所述的可于x-光下显影的生物可吸收性骨钉，其特征在于，该帽型及该螺旋部经由一射出成型方法或一3D列印方法所制成。
5.如权利要求1所述的可于x-光下显影的生物可吸收性骨钉，其特征在于，该骨钉的轴向延伸方向长度为11至20毫米，该骨钉的直径为2.5至3.6毫米。
6.如权利要求1所述的可于x-光下显影的生物可吸收性骨钉，其特征在于，该骨钉更包含一生物可吸收材料，该生物可吸收材料为氢氧基磷灰石、β-磷酸三钙、或聚磷酸钙。
7.如权利要求1所述的可于x-光下显影的生物可吸收性骨钉，其特征在于，该骨钉经x-光照射后可显影成像。
8.如权利要求1所述的可于x-光下显影的生物可吸收性骨钉，其特征在于，该骨钉与一动物细胞相容，该动物细胞可降解该骨钉。
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