CN110916736A - 一种多孔可降解螺钉及其制造方法 - Google Patents

一种多孔可降解螺钉及其制造方法 Download PDF

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傅建中
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刘海强
陈慧鹏
李文欣
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Abstract

本发明公开了一种多孔可降解螺钉及其制造方法。所述螺钉由三个部分组成，尾部，中部和头部，三个部分位于同一中轴线上，所述中部包括内圈和包围在内圈外的外圈，内圈为实心圆柱体，外圈为多孔中空圆柱体，所述头部包括筒体，与筒体相邻的圆台，位于圆台端面的半球形。螺钉采用生物陶瓷材料经生物墨水制备、3D打印成型、高温烧结而成，制造出来的螺钉有高的力学强度和良好的生物活性，螺钉在体内可持续吸收，且吸收降解过程有磷酸盐层生成，有利于骨传导。本发明的多孔可降解螺钉的制造方法操作方便，制造成本低，能够任意改变螺钉的直径，实现不同直径的螺钉制造。

Description

一种多孔可降解螺钉及其制造方法
技术领域
本发明涉及的是关节内韧带重建术中界面螺钉的制造，尤其是涉及一种多孔可降解螺钉及其制造方法。
背景技术
据美国骨科运动医学学会统计，全球每年至少60万人进行关节内韧带重建术，占关节手术的21.6%。关节镜下韧带重建术是目前治疗关节内韧带损伤、恢复关节稳定性及功能有效的外科治疗手段。但是骨-韧带界面愈合难题仍然困扰着广大临床工作者，一旦韧带-骨界面愈合不良，很有可能导致整个手术失败。
目前，临床常用的韧带固定方法是经骨髓道可吸收界面螺钉固定。界面螺钉由左旋聚乳酸（PLLA）构成。PLLA具有良好的生物相容性和适宜的降解速度，随着自身材料的吸收，骨组织同步填充整个隧道，使植入韧带与隧道形成良好的愈合。然而，PLLA没有生物活性，不能诱导骨生成，隧道内成骨速度与PLLA吸收程度不匹配会使隧道扩大，韧带固定不稳。临床上当前运用复合羟基磷灰石的可吸收螺钉，在诱导成骨方面有一定程度的改善，但是其力学强度低，人工合成的复合羟基磷灰石与人体骨骼中的羟基磷灰石存在差异，导致成骨效果不佳。同时，一些螺钉在髓道内会松动，导致韧带固定失效。
因此，需要制造一种高强度、可降解的生物活性螺钉，能够促进骨再生，同时具有好的韧带固定作用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种多孔可降解螺钉及其制造方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种多孔可降解螺钉，其特征在于，所述螺钉由三个部分组成，分别为尾部，中部和头部，三个部分位于同一中轴线上。
上述尾部包括柱体和位于柱体端面上的凹槽。
上述中部包括内圈和包围在内圈外的外圈，内圈为实心圆柱体，外圈为多孔中空圆柱体。
上述头部包括筒体，与筒体相邻的圆台，位于圆台端面的半球形。
上述螺钉采用生物活性材料制成，所述生物活性材料是钙镁硅酸盐。镁在钙镁硅酸盐中的质量百分数为0.16~3.5%。通过化学沉淀法在制备硅酸钙粉体时，按比例加入一定量的镁离子水溶液，用镁替代钙，最后得到钙镁硅酸盐。
优选的，所述螺钉尾部端面上的凹槽，可以是一个或者2个。
优选的，所述螺钉的中部与尾部的轴向长度比为0.5~2，所述螺钉中部的外圈与内圈的直径比为1.1~2.2，所述外圈内的孔径尺寸为0.05-1mm，并且外圈内的孔之间相互贯通。
优选的，所述螺钉头部的筒体长度与尾部长度相同，所述圆台的轴向长度为2-5mm，圆台上端小圆的直径为下端大圆直径的1/5~1/2。
优选的，本发明涉及上述多孔可降解螺钉的制造方法，包括以下步骤：
1）将生物活性材料与光敏树脂溶液均匀混合，得到分散均匀的生物墨水。
2）根据材料烧结前后的收缩率设计煅烧前的模型，并把模型导入到打印机内。
3）把步骤1）中的生物墨水加入到光固化打印机内，启动打印机制造螺钉毛坯。
4）清洗步骤3）中的螺钉毛坯，然后在烘箱内烘干。
5）将螺钉毛坯放到高温炉中高温煅烧，冷却后得到多孔可降解螺钉。
优选的，生物活性材料与光敏树脂溶液的质量比为0.8~1.3。
优选的，打印机的层厚参数为10-50微米。
优选的，所述的煅烧温度为1000oC-1150oC，升温速度为1-2 oC/min，保温时间1-5小时。
更进一步的，通过改变设计的模型，就能直接改变螺钉最后的尺寸，实现任意尺寸的螺钉的快速低成本制造。同时，通过螺钉中部外圈的多孔结构设计，能够使新生骨组织早期长入到螺钉内部，更好的固定螺钉，防止螺钉旋转和松动，对韧带固定起到更好的固定作用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
一、本发明的多孔可降解螺钉通过多孔结构的设计，有自我固定能力，能够更好的固定螺钉，从而更有利于固定韧带。
二、本发明的制造多孔可降解螺钉的方法操作方便，制造成本低。
三、本发明制造的多孔可降解螺钉有高的力学强度，能够很好的固定韧带。
四、本发明制造的多孔可降解螺钉有良好的生物相容性和骨诱导性，诱导韧带植入后骨-韧带界面良好愈合，具有广阔的临床运用前景。
附图说明
图1是本发明的多孔可降解螺钉的斜视图；
图2是本发明的多孔可降解螺钉的侧视图；
图3是本发明的多孔可降解螺钉的中部结构示意图；
图4是本发明的多孔可降解螺钉的制造方法流程示意图；
其中：1为尾部，2为中部，3为头部，4为柱体，5为内圈，6为外圈，7为筒体，8为圆台，9为半球形，10为凹槽。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1、图2和图3所示，本发明一种多孔可降解螺钉由3个部分组成，尾部1，中部2和头部3，三个部分位于同一中轴线上；
上述尾部1包括柱体4和位于柱体4端面上的凹槽10。
上述中部2包括内圈5和包围在内圈5外的外圈6，内圈为5实心圆柱体，外圈6为多孔中空圆柱体。
上述头部3包括筒体7，与筒体7相邻的圆台8，位于圆台8端面的半球形9。
上述螺钉采用生物活性材料制成，所述生物活性材料是钙镁硅酸盐。镁在钙镁硅酸盐中的质量百分数为0.16~3.5%。通过化学沉淀法在制备硅酸钙粉体时，按比例加入一定量的镁离子水溶液，用镁替代钙，最后得到钙镁硅酸盐。
所述的螺钉尾部1端面上的凹槽10，可以是一个或者2个。
所述螺钉的中部与尾部的轴向长度比为0.5~2，所述螺钉中部的外圈与内圈的直径比为1.1~2.2，所述外圈内的孔径尺寸为0.05-1mm，并且外圈内的孔之间相互贯通。
所述螺钉头部的筒体长度与尾部长度相同，所述圆台的轴向长度为2-5mm，圆台上端小圆的直径为下端大圆直径的1/5~1/2。
如图4所示，是本发明的多孔可降解螺钉的制造方法流程示意图，包括以下步骤：
1）将生物活性材料与光敏树脂溶液均匀混合，得到分散均匀的生物墨水。
2）根据材料烧结前后的收缩率设计煅烧前的模型，并把模型导入到打印机内。
3）把步骤1）中的生物墨水加入到光固化打印机内，启动打印机制造螺钉毛坯。
4）清洗步骤3）中的螺钉毛坯，然后在烘箱内烘干。
5）将螺钉毛坯放到高温炉中高温煅烧，冷却后得到多孔可降解螺钉。
生物活性材料与光敏树脂溶液的质量比为0.8~1.3。
打印机的层厚参数为10-50微米。
所述的煅烧温度为1000oC-1150oC，升温速度为1-2 oC/min，保温时间1-5小时。
更进一步的，通过改变设计的模型，就能直接改变螺钉最后的尺寸，实现任意尺寸的螺钉的快速低成本制造。同时，通过螺钉中部外圈的多孔结构设计，能够使新生骨组织早期长入到螺钉内部，更好的固定螺钉，防止螺钉旋转和松动，对韧带固定起到更好的固定作用。
实施例1
1）按质量百分比1：1将钙镁硅酸盐粉体与光敏树脂溶液均匀混合，得到分散均匀的生物墨水。
2）根据材料烧结前后的收缩率设计煅烧前的模型，并把模型转换成光固化打印机能够识别的STL文件格式，然后导入到光固化打印机内。
3）把步骤1）中配置好的生物墨水加入到光固化打印机的储液槽内，启动光固化打印机，打印机按照设计的参数一层一层的固化生物墨水，最后得到螺钉毛坯。
4）用水清洗步骤3）中的螺钉毛坯，去除螺钉毛坯表面和孔内部没有固化的生物墨水，然后在60oC的烘箱内烘12小时，去除水分。
5）把螺钉毛坯放到高温炉中，经1140oC高温煅烧3小时，升温速度为1oC/min，冷却后得到多孔可降解钙镁硅酸盐螺钉。
上述实施例制备得到的螺钉具有高的力学强度，在体内能够降解，具有很好的生物活性，同时螺钉有很好的自固定性，能够更好的固定韧带。

Claims (6)

1.一种多孔可降解螺钉，其特征在于，所述螺钉由三个部分组成，分别为尾部，中部和头部，三个部分位于同一中轴线上；
所述尾部包括柱体和位于柱体端面上的凹槽；
所述中部包括内圈和包围在内圈外的外圈，内圈为实心圆柱体，外圈为多孔中空圆柱体；
所述头部包括筒体，与筒体相邻的圆台，位于圆台端面的半球形；
所述螺钉采用生物活性材料制成，所述生物活性材料是钙镁硅酸盐。
2.根据权利要求1所述的多孔可降解螺钉，其特征在于，所述螺钉尾部端面上的凹槽维一个或者两个。
3.根据权利要求1所述的多孔可降解螺钉，其特征在于，所述螺钉的中部与尾部的轴向长度比为0.5~2，所述螺钉中部的外圈与内圈的直径比为1.1~2.2，所述外圈内的孔径尺寸为0.05-1mm，并且外圈内的孔之间相互贯通。
4.根据权利要求1所述的多孔可降解螺钉，其特征在于，所述螺钉头部的筒体长度与尾部长度相同，所述圆台的轴向长度为2-5mm，圆台上端小圆的直径为下端大圆直径的1/5~1/2。
5.一种根据权利要求1所述的多孔可降解螺钉的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将生物活性材料与光敏树脂溶液均匀混合，得到分散均匀的生物墨水；
2）根据材料烧结前后的收缩率设计煅烧前的模型，并把模型导入到打印机内；
3）把步骤1）中的生物墨水加入到打印机内，启动打印机制造螺钉毛坯；
4）清洗步骤3）中的螺钉毛坯，然后在烘箱内烘干；
5）将螺钉毛坯放到高温炉中高温煅烧，冷却后得到多孔可降解螺钉。
6.根据权利要求5所述的多孔可降解螺钉的制造方法，其特征在于，所述的煅烧温度为1000oC-1150oC，升温速度为1-2 oC/min，保温时间1-5小时。
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