CN107898495A - 具有拉胀性能的新型抗拔出骨钉 - Google Patents

具有拉胀性能的新型抗拔出骨钉 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种具有拉胀性能的新型抗拔出骨钉，涉及骨科医疗器械领域。所述骨钉由空心的钉杆内层和具有拉胀效应的钉座、钉尖、以及钉杆外层组成。其中钉杆外层包含螺纹结构。本发明制备方法包括3D打印。本发明可在骨钉植入体内后，因人体运动而有拔出倾向时，受拉伸应力作用体积膨胀，增大径向作用力，从而起到防脱的作用。同时拉胀部分为多孔结构，利于组织细胞的附着和增殖，能够更好地实现诱导骨长入和骨整合，进一步降低其松动的可能性。

Description

具有拉胀性能的新型抗拔出骨钉
技术领域
本发明属于骨科医疗器械领域,特别涉及一种带有拉胀结构的新型骨钉。
背景技术
骨钉是一种用于植入人体体内治疗骨科创伤的医疗器械。然而，骨钉在植入人体后，由于周围组织对其的力学作用，骨钉常常存在着松动、拔出、移位等现象，从而导致内固定失败。解决这一问题的可能方法包括：改善骨钉内固定系统的设计、改进骨钉植入方法、添加普通骨水泥(聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA)和使用辅助器械等等。2017年1月25日，国家知识产权局公布了一种新型膨胀骨钉，该骨钉通过结构设计，可实现先以较小直径置入，然后进入骨孔后进行膨胀，使直径变大，使钉杆本身与骨孔牢固连接，实现内固定。此专利主要是通过宏观结构设计进行内固定。
拉胀材料即负泊松比材料。当其在弹性范围内收到拉伸时，垂直于拉伸方向会发生膨胀；受压缩时，垂直于压缩方向反而发生收缩，若出现了上述现象，可认为材料出现了“负泊松比效应”。此外，拉胀材料的某些性能优于普通材料，如剪切模量、断裂韧度、疲劳耐久性等较普通材料更高，吸能和减震性能更好，抵抗破坏的能力更强。拉胀材料的负泊松比效应源于其特殊的内部结构，包括内凹型和旋转型。传统拉胀结构主要通过热压缩法和溶剂压缩法制得，存在局部结构不规整，拉胀效果不好的弊端。3D打印能够实现材料内部微观结构设计的整体制造，因而可以作为拉胀结构的新型制备工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用微观结构设计实现防脱出的骨钉。该骨钉结构巧妙，在植入后因人体运动产生外力而有拔出倾向时，骨钉的轴向受到拉伸应力，由于负泊松比效应骨钉体积增大，与骨组织间应力增大，从而能够抵抗拔出、防止脱落。
本发明所采用的技术方案是：提供一种具有拉胀性能的骨钉，骨钉内层为空心，外层为拉胀结构，空心结构直径可根据实际需要的载荷大小调整，整体外形可以是任意一种骨钉的形状。所述拉胀结构包含所有具有负泊松比效应的几何单元结构。
骨钉所用材料为医用生物相容性良好的金属、聚合物及可降解类医用级材料。
有益效果：本发明利用特殊的微结构，不仅使骨钉在受外部拉伸应力时，自身膨胀增大体积，从而增大与骨组织之间的相互作用力，还因其外层拉胀结构具有大量的微小通孔部分，利于细胞附着和增殖，从而更好地实现诱导骨长入和骨整合，进一步降低其松动的可能性。
附图说明
图1中1为典型的拉胀几何单元结构，2为该种结构在二维方向上叠加得到的图形，3为2卷曲增厚形成的结构。
图2中1为图1结构在x轴上增厚，然后用相同结构在y轴上反向拉伸切除得到的，2为该种结构在三维方向上堆叠而成。本发明所述拉胀结构可由图1中1所示二维图形(或其它具有拉胀效应的二维图形)在二维方向上叠加、增厚而成，结构可根据实际需要弯曲成图1中3所示圆柱状；也可由图2中1所示三维拉胀结构单元(包括其它具有负泊松比效应的三维拉胀结构单元)三维叠加而成，如图2中2所示。拉胀结构单元的尺寸应保证其形成的整体拉胀结构具有与所植入部位骨相当的力学性能。
图3为一种典型的具有拉胀结构的椎弓根钉，其中1-大盲孔，2-凹槽，3-小盲孔，4-钉座，5-螺纹，6-内层空心，7-外层拉胀结构，8-钉头。本发明所述骨钉包括但不限于椎弓根钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1中1和图2中1所示，拉胀结构单元在中间杆受到朝上下两端的拉伸应力时，朝内弯的杆会变水平，拉胀结构单元因此会朝四周舒展。拉胀结构由很多图1中1这种二维图形在二维叠加增厚而成，在二维方向上受拉会膨胀；或由图2中1这种三维拉胀结构单元堆叠而成，整体在z轴方向上受到拉伸应力时会膨胀。本发明所涉及拉胀结构包含所有具有负泊松比的结构，包括但不限于附图所示结构。
本发明所示骨钉结构，其特征在于，钉杆中心部分为空心结构，而钉头、钉座及包裹着中心部分的外层及螺纹为拉胀结构。图2为符合该要求的一种典型结构。其中空心部分的直径大小，以及拉胀结构中单个单元的大小，由骨钉植入部位所需的应力决定。
本实施例中，骨钉按正常方式植入后，由于人体活动而导致的拉力作用使其有拔出倾向时，拉胀单元结构受拉伸力作用而膨胀、体积增大，与周围组织之间的径向力增强，从而防止滑脱。同时，由于拉胀结构多孔的特点，利于组织细胞的附着、增长和繁殖，利于骨组织的重建，同时骨组织长入增强其防脱、抗松动的能力。

Claims (5)

1.具有拉胀结构的新型骨钉，其特征在于：骨钉包含有拉胀结构。
2.根据权利要求1所述的新型拉胀骨钉，其特征在于：拉胀结构具有负泊松比效应，在受到拉伸应力时体积会增大。拉胀结构由拉胀结构单元堆积(或阵列、或二维增厚)而成，其力学性能与植入部位骨的力学性能相当。
3.根据权利要求1所述的新型拉胀骨钉，其特征在于：骨钉的钉杆外层、螺纹、钉座、钉头皆为拉胀结构，钉杆内层为空心。
4.根据权利要求1所述的新型拉胀骨钉，其特征在于：制造所用材料为生物相容性良好的金属，聚合物及可降解材料。
5.根据权利要求1所述的新型拉胀骨钉，其特征在于：所采用的制造工艺包括3D打印。
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