CN110063818A - 多孔金属假体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物医用材料技术领域，尤其涉及一种多孔金属假体。该多孔金属假体，包括多孔金属本体和至少一个载药腔室，载药腔室设置在多孔金属本体内，多孔金属本体上开设有注药孔，注药孔连通多孔金属本体的外部与载药腔室；密封件，密封件可拆卸地封堵注药孔。第一方面，可以依据预定载药量确定载药腔室的容量，从而能够实现大量载药，提高了载药量，进而会药物的长期缓释提供了基础。第二方面，不仅能够实现药物的稳定负载，而且可以控制药物有规定地逐渐释放，避免药物过早爆释或难以释放。第三方面，载药方式操作简单高效，且具有极高的生物安全性。

Description

多孔金属假体

技术领域

本发明涉及生物医用材料技术领域，尤其涉及一种多孔金属假体。

背景技术

目前骨科多孔金属假体因其良好的生物兼容性和力学相容性，在骨组织修复领域具有良好的应用前景。随着多孔金属假体在骨科植入物方面的应用，为实现促进骨愈合、加速骨修复等功能，多孔金属假体需要具备局部释放药物的功能。

为实现多孔金属的局部释放药物功能，目前主要的技术方案为在多孔金属假体表面载药，但是这种技术方案至少仍存在以下几个技术问题：

(1)载药量小。由于需要以多孔金属假体表面作为基础进行载药操作，载药量会受到多孔金属假体表面积的直接影响，因而无法在多孔金属假体上负载大量药物，尤其是对于表面积较小的多孔金属假体，例如人工骨小梁等。

(2)负载药物的释放速率不理想。通常将药物负载在多孔金属假体表面的方法主要有两种，一种是化学键链接法，化学键链接法可有效实现药物的稳定负载，但通常稳定链接的药物会有释放缓慢甚至难以释放的问题；另一种是电荷吸附法，电荷吸附法可实现药物的快速负载，负载后的药物通过电荷吸附在金属表面，引入负载不够稳定，通常存在药物过早爆释的情况。

(3)合成困难及合成不安全的问题。药物负载需要进行多步化学反应，实现药物负载的合成工艺相对复杂、历时较长，整个药物负载过程无法在临床应用时，尤其是手术过程中短时间完成。此外，药物在金属表面负载过程中通常涉及一些有毒试剂的应用，无法实现良好的生物安全性。

因而，亟待提供一种载药量大、能够匀速缓释的多孔金属假体，从而达到向病患处长期给药的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供多孔金属假体，载药量大、能够匀速缓释，从而达到向病患处长期给药的目的。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案；

基于上述第一目的，本发明提供的多孔金属假体，包括多孔金属本体和至少一个载药腔室，所述载药腔室设置在所述多孔金属本体内，所述多孔金属本体上开设有注药孔，所述注药孔连通所述多孔金属本体的外部与所述载药腔室；

密封件，所述密封件可拆卸地封堵所述注药孔。

在上述任一技术方案中，可选地，所述载药腔室的数量为一个，一个所述载药腔室沿所述多孔金属本体的长度延伸，且所述载药腔室连通所述多孔金属本体内的两端。

在上述任一技术方案中，可选地，所述载药腔室为柱形载药腔室，所述多孔金属本体为柱形多孔金属本体，所述柱形多孔金属本体的顶表面和底表面分别开设有一个所述注药孔，两个所述注药孔分别连通所述柱形载药腔室的两端。

在上述任一技术方案中，可选地，所述载药腔室的数量为多个，多个所述载药腔室的至少一个设置在所述多孔金属本体内的一端，多个所述载药腔室的至少一个设置在所述多孔金属本体内的另一端；

所述多孔金属本体的两端设置有多个所述注药孔，一个所述载药腔室对应连通至少一个所述注药孔。

在上述任一技术方案中，可选地，所述载药腔室为球形载药腔室。

在上述任一技术方案中，可选地，所述载药腔室为弧形载药腔室，所述多孔金属本体内的两端分别设置有至少两个所述弧形载药腔室，且至少两个所述弧形载药腔室顺次间隔地设置并围设成环形。

在上述任一技术方案中，可选地，所述多孔金属本体为柱形多孔金属本体，多个所述注药孔设置在所述柱形多孔金属本体的侧壁上。

在上述任一技术方案中，可选地，所述多孔金属本体的材质为钛合金；

所述密封件的材质为骨蜡。

在上述任一技术方案中，可选地，所述多孔金属本体、所述载药腔室和所述注药孔通过3D打印一体成型。

在上述任一技术方案中，可选地，所述多孔金属本体的孔隙率的范围为60％-80％。

采用上述技术方案，本发明的有益效果：

本发明提供的多孔金属假体，第一方面，可以依据预定载药量确定载药腔室的容量，从而能够实现大量载药，提高了载药量，进而会药物的长期缓释提供了基础。第二方面，不仅能够实现药物的稳定负载，而且可以控制药物有规定地逐渐释放，避免药物过早爆释或难以释放。第三方面，将药物通过注药孔注入到多孔金属本体内的载药腔室中，完成注药后用密封件将注药孔封堵起来，以避免药物通过注药孔爆释，这种载药方式操作简单高效，且具有极高的生物安全性。通过该多孔金属假体实现了药物缓释，进而实现了临床金属假体的功能化，很大程度上提高了药物在局部作用的时间及有效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的多孔金属假体具有柱形载药腔室时的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的多孔金属假体具有球形载药腔室时的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的多孔金属假体具有弧形载药腔室时的第一结构示意图；

图4为本发明实施例提供的多孔金属假体具有弧形载药腔室时的第二结构示意图；

图5为本发明实施例提供的多孔金属假体的外部结构示意图；

图6为图5中的多孔金属假体在A处的局部放大图。

图标：1-柱形多孔金属本体；10-底表面；11-顶表面；12-侧壁；2-注药孔；3-柱形载药腔室；4-球形载药腔室；5-弧形载药腔室。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

参见图1至图4所示，本实施例提供了一种多孔金属假体；图1为本实施例提供的多孔金属假体具有柱形载药腔室时的结构示意图；图2为本实施例提供的多孔金属假体具有球形载药腔室时的结构示意图；图3为本实施例提供的多孔金属假体具有弧形载药腔室时的第一结构示意图，具体示出了多孔金属假体的轴测图；图4为本实施例提供的多孔金属假体具有弧形载药腔室时的第二结构示意图，具体示出了多孔金属假体的径向截面图。其中，图1至图4中为了更清楚得显示出多孔金属假体的载药腔室的结构特征，均采用了半剖视图表示，且省略了多孔金属假体上的孔隙。图5为本实施例提供的多孔金属假体的外部结构示意图，图6为图5在A处的局部放大图，具体示出了多孔金属假体的孔隙的结构示意图。

本实施例提供的多孔金属假体，不仅适用于脊骨髋臼、膝关节、颅骨、颌面部及骨盆骨缺损的支撑与修复，而且还适用于人体骨骼系统中的躯干骨、四肢骨的骨缺损修复、骨填充修复，此外，还可与人工关节面相结合，制作出适用于针对各种严重畸形的人工关节置换与翻修的假体，以实现骨愈合、加速骨修复等功能。

参见图1至图4所示，本实施例提供的多孔金属假体，包括多孔金属本体和至少一个载药腔室。

其中，多孔金属本体具有独特的多孔隙结构，能够很大程度上提高假体、植入体的生物相容性，同时多孔金属本体相对于多孔聚合物和多孔陶瓷还具有很大的强度和塑形优势，是一种重要的骨组织修复和替换材料，其孔隙结构具有一定的骨诱导效果。载药腔室设置在多孔金属本体内，载药腔室用于容纳药物，且由于多孔金属本体上具有丰富的孔隙结构，所以载药腔室周围富有孔隙，并能够通过这些的孔隙与外界相连通，从而载药腔室中的药物能够通过多孔金属本体上的孔隙缓慢地并长期地释放，进而药物能够缓慢地、长期地且持续稳定地作用于骨骼的待愈合部位，以达到良好的促进骨愈合效果。

多孔金属本体上开设有注药孔2，注药孔2连通多孔金属本体的外部与载药腔室，密封件，密封件可拆卸地封堵注药孔2，将药物通过注药孔2注入到多孔金属本体内的载药腔室中，完成注药后用密封件将注药孔2封堵起来，以避免药物通过注药孔2爆释。

其中，密封件的材质与多孔金属本体的材质相同，或密封件为具有生物相容性的密封材料。

可选地，药物可为具有抗菌、抗结核或抗肿瘤等功用的药物凝胶。

可选地，多孔金属假体可通过3D打印成型，或通过铸造的方式得到实心的多孔金属本体，再对实心的多孔金属本体进行激光雕刻成型载药腔室，以得到该多孔金属假体。

本实施例中的多孔金属假体，第一方面，通过在多孔金属假体额内部设置载药腔室，可以依据预定载药量确定载药腔室的容量，从而能够实现大量载药，相较于现有技术中的多孔金属假体表面载药的方案，提高了载药量，进而会药物的长期缓释提供了基础。第二方面，这种将药物容纳在多孔金属本体内部的载药腔室中的方式，区别与现有技术中的通过化学键链接法和电荷吸附法载药的方法，不仅能够实现药物的稳定负载，而且可以控制药物有规定地逐渐释放，避免药物过早爆释或难以释放。第三方面，将药物通过注药孔2注入到多孔金属本体内的载药腔室中，完成注药后用密封件将注药孔2封堵起来，以避免药物通过注药孔2爆释，这种载药方式操作简单高效，且具有极高的生物安全性。

通过该多孔金属假体实现了药物缓释，进而实现了临床金属假体的功能化，很大程度上提高了药物在局部作用的时间及有效性。对于感染、结合、肿瘤病人手术后局部炎症、肿瘤复发情况起到了有效的药物杀伤作用。同时，因为是局部给药，避免了全身应用抗生素、化疗药物等造成的副作用，进而避免了对肝肾功能的不良影响。

本实施例的可选方案中，载药腔室的数量为一个，一个载药腔室沿多孔金属本体的长度延伸，且载药腔室连通多孔金属本体内的两端，换句话说，载药腔室的一端延伸至靠近且不穿透多孔金属本体的一端，载药腔室的另一端延伸至靠近且不穿透多孔金属本体的另一端。其中，一个载药腔室连通多孔金属本体的两端，不仅能够保证药物从多孔金属本体的全表面缓释，而且便于成型，有利于提高成型效率和多孔金属假体的经济性。

可选地，一个载药腔室的形状与多孔金属本体的外表面的形状相似，且载药腔室的边界面与多孔金属本体的外表面之间的距离处处相等，有利于提高多孔金属本体外表面各处的药物缓释均匀性。

参见图1所示，本实施例的可选方案中，载药腔室为柱形载药腔室3，多孔金属本体为柱形多孔金属本体1，柱形多孔金属本体1的顶表面11和底表面10分别开设有一个注药孔2，两个注药孔2分别连通柱形载药腔室3的两端。

可选地，柱形载药腔室3和多孔金属本体均为回转体。可选地，柱形多孔金属本体1的顶表面11和底表面10的形状和大小相同。可选地，柱形多孔金属本体1的顶表面11和底表面10为圆形或为椭圆形。可选地，柱形多孔金属本体1的母线为直线或曲线。

本实施例的可选方案中，载药腔室的数量为多个，多个载药腔室的至少一个设置在多孔金属本体内的一端，多个载药腔室的至少一个设置在多孔金属本体内的另一端。也就是说，多孔金属本体内的两端均设置有载药腔室，多孔金属本体内的中部可以设置载药腔室也可以不设置载药腔室。

其中，通常多孔金属假体支撑在两个创面之间，而多孔金属假体的中部对应的人体内组织一般没有病变和创口，因而通常无需在多孔金属本体的中部设置载药腔室，不仅能够节约加工成本和药物成本，而且能够避免与多孔金属假体的中部对应的人体组织的正常功能。可以理解的是，当与多孔金属本体的中部对应的人体组织具有病变情况或创口的时候，就可以在多孔金属本体的中部合适的位置设置载药腔室。

与此同时，保证多孔金属本体内的两端均设置有载药腔室，可以通过药物缓释有效促进与多孔金属本体的两端接触的创面或病变组织愈合。

多孔金属本体的两端设置有多个注药孔2，一个载药腔室对应连通至少一个注药孔2，通过合理配置注药孔2的数量，能够保证载药腔室中的载药均匀性。

可选地，载药腔室的数量为两个、三个或四个等。可选地，一个载药腔室对应连通一个注药孔2，或一个载药腔室对应连通两个注药孔2。

参见图2所示，本实施例的可选方案中，载药腔室为球形载药腔室4。值得解释的是，球形载药腔室4仅为泛指，即载药腔室可为球形载药腔室、类球形载药腔室、部分球形载药腔室或部分类球形载药腔室，例如载药腔室的形状为椭圆形回转体等。由于，当载药腔室的容积一定，将载药腔室设置成球形，能够增大载药腔室的药物缓释面积，进而可以避免药物滞留。

本实施例的可选方案中，载药腔室为弧形载药腔室5，多孔金属本体内的两端分别设置有至少两个弧形载药腔室5，且至少两个弧形载药腔室5顺次间隔地设置并围设成环形，从而在多孔金属本体的端部能够形成沿周向的均匀药物缓释效果。

通过设置弧形载药腔室5，便于实现在多孔金属本体的端部的小面积药物缓释，尤其适用于，创面集中在多孔金属本体的端部且创面面积很小的患者。

可选地，弧形载药腔室5的数量为两个，易于成型，进而降低成本。

本实施例的可选方案中，多孔金属本体为柱形多孔金属本体1，多个注药孔2设置在柱形多孔金属本体的侧壁12上。

可选地，多个注药孔2还可以设置在柱形多孔金属本体的顶表面11和底表面10上。

本实施例的可选方案中，多孔金属本体的材质为钛合金，具体地，多孔金属本体的材质为Ti6Al4V、Ti6Al7Nb、Ti13Nb13Zr、Ti15Zr4Nb4Ta2Pd和Ti29Nb13Ta46Zr等，这些钛合金作为骨支撑材料具有良好的抗疲劳性能、高强度性能、低弹性模量和生物学性能，进一步地，多孔钛合金又具有良好的骨组织嵌合性能，具有促进骨愈合、抗菌、抗结核、抗肿瘤等功能。

密封件的材质为骨蜡。具体地，药物可以通过手术过程中使用的针管注入到载药腔室中，药物载入后，将骨蜡涂抹在注药口，从而形成稳定的载药系统。

本实施例的可选方案中，参见图5和图6所示，多孔金属本体、载药腔室和注药孔2通过3D打印一体成型。随着医疗技术的进展，3D打印的多孔金属目前在临床上的应用优势日渐凸显，因其形态可定制打印，适合制备形状复杂的多孔金属，尤其是不规则的人体结构。

进一步地，通过钛合金的3D打印技术获取的多孔金属假体，可以精确控制多孔金属假体的孔隙率、载药腔室的形状和大小。例如，当通过3D打印多孔金属假体以作为金属人工骨小梁使用时，致密结构能够与多孔结构完美结合，且可以按要求调整孔隙大小和孔隙率，实现多孔金属假体以作为金属人工骨小梁在不同修复部位保持不同材质密度和疏松度的目的，这既保证了强度，又利于表面骨长入，还利于形成有效的生物固定。

本实施例的可选方案中，多孔金属本体的孔隙率的范围为60％-80％，处于这一范围的孔隙率最利于骨长入。多孔金属本体的支架支柱直径为400μm，多孔金属本体的孔隙形状为钻石晶状体结构。其中，通过钛合金的3D打印技术获取的多孔金属假体，在其界面处骨长入情况主要受其多孔隙结构的孔径大小、孔隙率及孔形状的影响，将多孔金属本体的支架支柱设置为400为μm，孔隙形状设置为钻石晶状体结构，既能够避免孔隙过大使新生骨在孔内的充盈度不足，又能够避免孔隙过小导致骨长入困难。同时，可选地，多孔金属本体的孔隙直径为640μm。

可选地，经过3D打印成型的多孔金属假体，多孔金属本体为柱形多孔金属本体1时，柱形多孔金属本体1的顶表面11和底表面10均呈长径为40mm，短径为30mm的椭圆形，且柱形多孔金属本体1的高为50mm，顶表面11和底表面10的注药孔2的直径为2mm且高为2mm的圆柱形开口。其中，当载药腔室为球形载药腔室4，球形载药腔室4的形状呈直径为20mm的球形；当其载药腔室为柱形载药腔室3，柱形载药腔室3的底面为直径为10mm的圆形，且高度为46mm；当载药腔室为弧形载药腔室5，弧形载药腔室5的外侧弧长为30mm，径向长度为5mm，高为5mm。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种多孔金属假体，其特征在于，包括多孔金属本体和至少一个载药腔室，所述载药腔室设置在所述多孔金属本体内，所述多孔金属本体上开设有注药孔，所述注药孔连通所述多孔金属本体的外部与所述载药腔室；

密封件，所述密封件可拆卸地封堵所述注药孔。

2.根据权利要求1所述的多孔金属假体，其特征在于，所述载药腔室的数量为一个，一个所述载药腔室沿所述多孔金属本体的长度延伸，且所述载药腔室连通所述多孔金属本体内的两端。

3.根据权利要求2所述的多孔金属假体，其特征在于，

所述载药腔室为柱形载药腔室，所述多孔金属本体为柱形多孔金属本体，所述柱形多孔金属本体的顶表面和底表面分别开设有一个所述注药孔，两个所述注药孔分别连通所述柱形载药腔室的两端。

4.根据权利要求1所述的多孔金属假体，其特征在于，

所述载药腔室的数量为多个，多个所述载药腔室的至少一个设置在所述多孔金属本体内的一端，多个所述载药腔室的至少一个设置在所述多孔金属本体内的另一端；

所述多孔金属本体的两端设置有多个所述注药孔，一个所述载药腔室对应连通至少一个所述注药孔。

5.根据权利要求4所述的多孔金属假体，其特征在于，

所述载药腔室为球形载药腔室。

6.根据权利要求4所述的多孔金属假体，其特征在于，

所述载药腔室为弧形载药腔室，所述多孔金属本体内的两端分别设置有至少两个所述弧形载药腔室，且至少两个所述弧形载药腔室顺次间隔地设置并围设成环形。

7.根据权利要求6所述的多孔金属假体，其特征在于，

所述多孔金属本体为柱形多孔金属本体，多个所述注药孔设置在所述柱形多孔金属本体的侧壁上。

8.根据权利要求1所述的多孔金属假体，其特征在于，所述多孔金属本体的材质为钛合金；

所述密封件的材质为骨蜡。

9.根据权利要求1所述的多孔金属假体，其特征在于，

所述多孔金属本体、所述载药腔室和所述注药孔通过3D打印一体成型。

10.根据权利要求9所述的多孔金属假体，其特征在于，

所述多孔金属本体的孔隙率的范围为60％-80％。