CN114173836A - 外科假体的表面涂覆结构和使用该结构使外科假体表面改性的方法 - Google Patents

外科假体的表面涂覆结构和使用该结构使外科假体表面改性的方法 Download PDF

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Abstract

根据本公开的示例性实施例的外科假体的表面涂覆结构可包括：第一涂层，形成在所述外科假体的表面上并且包含用于表面粘附的氨基化合物；第二涂层，形成在所述第一涂层的一侧上并且包含赋予所述外科假体的表面涂覆结构疏水性的氟化合物；以及第三涂层，形成在所述第二涂层的一侧上并且包含用于防止存在于对象中的生物材料的粘附的润滑剂组分，在所述对象中插入所述外科假体。

Description

外科假体的表面涂覆结构和使用该结构使外科假体表面改性 的方法
技术领域
本公开涉及外科假体的表面涂覆结构、表面改性的外科假体和基于外科假体的表面涂覆结构使外科假体的表面改性的方法。
背景技术
骨科术后感染是可能延长治疗期甚至导致死亡的重要并发症之一。它还可能导致延长的住院治疗和相关的法律问题。骨科术后发生感染的原因包括患者的健康状况(诸如糖尿病、免疫缺陷、营养不良等)、手术期间的环境因素等。
特别地，骨科手术中经常使用假体。假体周围的感染(尽管不常见)不容易治疗，并且在大多数情况下必须移除假体以进行治疗。在这种感染中，微生物是否附着于假体的表面是关键问题。
当微生物附着到假体的表面时，可通过增殖的微生物和由微生物分泌的物质的组合形成生物膜。尽管抗生素等用于消除生物膜内存在的微生物，但不能使足以消除微生物的大量抗生素等到达微生物。因此，考虑到这种困难，正在开发用于制备假体的方法。
例如，第10-2008-0068853号韩国专利公开文本公开了一种在植入物表面上沉积离散纳米颗粒的方法。
发明内容
技术问题
本公开旨在提供外科假体的表面涂覆结构、表面改性的外科假体和基于外科假体的表面涂覆结构使外科假体的表面改性的方法。
技术方案
根据本公开的示例性实施例的外科假体的表面涂覆结构可包括：第一涂层，形成在所述外科假体的表面上并且包含用于表面粘附的氨基化合物；第二涂层，形成在所述第一涂层的一侧上并且包含赋予所述外科假体的表面涂覆结构疏水性的氟化合物；以及第三涂层，形成在所述第二涂层的一侧上并且包含用于防止存在于对象中的生物材料的粘附的润滑剂组分，在所述对象中插入所述外科假体。
根据本公开的另一示例性实施例的表面改性的假体可包括：假体，插入骨折部位以固定所述骨折部位；第一涂层，形成在假体的表面上并且包含用于表面粘附的氨基化合物；第二涂层，形成在所述第一涂层的一侧上并且包含赋予外科假体的表面涂覆结构疏水性的氟化合物；以及第三涂层，形成在所述第二涂层的一侧上并且包含润滑剂组分，所述润滑剂组分用于防止存在于对象中的生物材料的粘附，在所述对象中插入外科假体。
根据本公开的另一示例性实施例的用于使外科假体的表面改性的方法可包括：在外科假体的表面上形成包含用于表面粘附的氨基化合物的第一涂层以产生所述外科假体的表面涂覆结构的步骤；在所述第一涂层的一侧上形成包含氟化合物的第二涂层的步骤，所述氟化合物赋予所述外科假体的表面涂覆结构疏水性；以及在所述第二涂层的一侧上形成包含用于防止存在于对象中的生物材料的粘附的润滑剂组分的第三涂层的步骤，在所述对象中插入所述外科假体。
有益效果
根据本公开的示例性实施例的外科假体的表面涂覆结构、表面改性的外科假体和基于外科假体的表面涂覆结构使外科假体的表面改性的方法可通过不仅防止由假体上细菌附着引起的感染，而且通过防止诸如血液蛋白的炎性因子附着从根本上防止免疫排斥来减轻患者的疼痛。
附图说明
图1示出了用于描述现有外科假体的问题的参考图。
图2示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的插入对象中的表面改性的外科假体以及外科假体的表面的一部分的放大视图。
图3是图2的外科假体的表面的一部分的放大视图。
图4示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的生产外科假体的表面涂覆结构的过程。
图5示出了说明根据本公开的示例性实施例的假体10插入动物的骨折部位的参考图。
图6是示出根据本公开的示例性实施例的用于使外科假体的表面改性的方法的流程图。
图7是示出根据本公开的另一示例性实施例的用于使外科假体的表面改性的方法的流程图。
图8示出了测试根据本公开的示例性实施例的外科假体的性能的结果。
图9示出了测试根据本公开的示例性实施例的外科假体的性能的结果。
具体实施方式
向本领域普通技术人员提供附图和以下描述，以充分理解本公开的优点和通过执行本公开实现的目的。
在下文中，将参照附图详细描述本公开的具体示例性实施例。然而，本公开可以以各种不同的形式体现，并且不受所描述的示例性实施例的限制。在附图中，将省略与本公开的描述无关的部分，并且相似的附图标记指示相似的元件。
在下文中，参照附图详细描述本公开的示例性实施例。当描述本公开时，可省略对已知的相关功能和组件的详细描述，以避免不必要地模糊本公开的主题。
图1示出了用于描述现有外科假体的问题的参考图。如图1所示，根据现有方法涂覆的外科假体10具有以下问题：当在插入身体的骨折部位之后经过预定时间时，产生纤连蛋白分子12并且由纤连蛋白分子与结合到身体中的细菌13的受体14的结合形成生物膜17，并且生物膜17仅用抗体16、抗生素15等不容易去除。
在下文中，参照相关附图详细描述根据本公开的示例性实施例的外科假体的表面涂覆结构和用于使外科假体的表面改性的方法。
图2示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的插入对象中的表面改性的外科假体以及外科假体的表面的一部分的放大视图，并且图3是图2的外科假体的表面的一部分的放大视图。
参照图2，根据本公开的示例性实施例的外科假体10可由第一固定钉11、第二固定钉12和第三固定钉组成。例如，对象可以是人、动物等，第一固定钉11可插入到股骨中，第二固定钉12可插入到髋臼中，并且第三固定钉可插入到股骨下方的区域中。
假体的形状不限于图2中所示的形状，并且外科假体10可具有对应于对象的目标部位的任何形状。也就是说，外科假体10可用于对象的各个部位，包括髋关节、肘关节、膝关节等。
本公开的假体10的表面可利用至少一种金属材料形成。例如，假体的表面可利用诸如钛(Ti)、不锈钢等的金属材料形成。
本公开的外科假体10是插入身体的破裂骨骼中的金属材料。为了从根本上防止引起诸如蛋白质、炎性因子、细菌等副作用的生物材料附着(生物污损)在金属材料上，假体10的表面依次涂覆有三个涂层，即第一涂层110、第二涂层120和第三涂层130，如图2所示，以便不仅通过防止由假体10上的细菌附着引起的感染，而且通过防止诸如血液蛋白的炎性因子的附着从根本上防止免疫排斥，从而减轻患者的疼痛。
参照图2和图3，外科假体的表面涂覆结构可包括第一涂层110、第二涂层120和第三涂层130。
在外科假体10的表面上涂覆第一涂层至第三涂层之前，可首先执行预处理外科假体10并在预处理的假体的表面上形成表面粗糙度的工艺，然后可在形成表面粗糙度的外科假体的表面上涂覆第一涂层至第三涂层。
预处理工艺是在涂覆假体表面之前除去假体表面上存在的有机或无机材料的工艺，并且形成表面粗糙度的工艺是用于形成空间的工艺，其中稍后将涂覆的第三涂层的润滑剂流体能够物理地保留在该空间中，使得假体在插入对象体内之后可长时间运行。
在本公开的示例性实施例中，第一涂层110可形成在外科假体10的表面上，并且可包括用于表面粘附的氨基化合物。也就是说，第一涂层110可以是用于在假体的表面上形成氨基基团的层，氨基基团是对第二涂层具有强结合能力的表面粘附官能团。包含在第一涂层110中的氨基化合物可以是3-氨基丙基三乙氧基硅烷((3-aminopropyl)trimethoxysilane)、3-氨基丙基乙氧基二甲基硅烷(3-aminopropylethoxydimethylsilane)、3-氨基丙基二乙氧基甲基硅烷(3-aminopropyldiethoxymethylsilane)、3-[2-(2-氨基乙基氨基)乙基氨基]丙基-三甲氧基硅烷(3-[2-(2-aminoetylanmino)ethylamino]propyl-trimethoxysilane)和聚多巴胺(polydopamine)中的至少一种。
在本公开的示例性实施例中，包含在第一涂层110中的氨基化合物可包括聚多巴胺。在本公开的另一示例性实施例中，第一涂层110可包含氨基硅烷(aminosilane)化合物。这里，氨基硅烷化合物可以是3-氨基丙基三乙氧基硅烷((3-aminopropyl)trimethoxysilane)、3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)和3-氨基丙基乙氧基二甲基硅烷(3-aminopropylethoxydimethylsilane)中的至少一种。
首先，将描述使用包括聚多巴胺的粘附材料的第一涂层110。使用聚多巴胺的第一涂层110可由第一组分、第二组分和第三组分组成。例如，第一组分可以是盐酸多巴胺，第二组分可以是硫酸铜，第三组分可以是过氧化氢。可使用第一组分至第三组分的混合物溶液将使用聚多巴胺的第一涂层涂覆在假体10的表面上。
在本公开的另一示例性实施例中，第一涂层110可通过浸渍在第四组分已经进一步加入到第一组分至第三组分的混合物溶液中的混合物溶液中而形成。第四组分可以是用作溶解第一组分至第三组分的溶剂的三羟甲基氨基甲烷(Tris)缓冲液。溶剂的浓度可以是40-60mM，并且pH可以是8-9。具体地，溶剂的浓度可以是50mM，并且pH可以是8.5。
构成第一涂层110的盐酸多巴胺可通过聚合在外科假体的表面上形成纳米结构或微米结构，并且可通过强粘附性使与涂覆在第一涂层110上的第二涂层120的结合更强。聚多巴胺中包含的羟基(-OH)和氨基(-NH2)官能团与第二涂层120的氟碳基聚合物形成化学键合。
用作粘附层的基于聚多巴胺的第一涂层110可通过基于溶液的工艺涂覆在假体10的表面上，并且可在外科假体的表面上形成复杂形状点和网格图案以及各种材料的均匀涂层。
在本公开的示例性实施例中，构成基于聚多巴胺的第一涂层110的第一组分可具有化学式(HO)2C6H3CH2CH2NH2·HCl，并且可具有189.64g/mol的分子量。
第二组分可以是硫酸铜(CuSO4·5H2O)，并且可通过氧化促进聚多巴胺在假体表面上的聚合来减少工艺时间。
第三组分可以是过氧化氢(H2O2)，通过与硫酸铜的Cu2+反应产生活性氧物质(诸如O2·、HO2·和OH·)。产生的活性氧物质有利于聚多巴胺的聚合，大大提高了聚多巴胺的沉积率。
在示例性实施例中，使用聚多巴胺的第一涂层110可具体地具有30-50nm的厚度。涂层厚度随着混合物溶液浸渍时间的增加而增加。如果涂覆进行短时间段，则由于聚合不充分，可能不会沉积包含聚多巴胺的第一涂层。并且，如果浸渍进行过长的时间段，则在假体表面上形成的纳米结构或微米结构变得光滑，并且涂层可能容易剥离。
在本公开的另一示例性实施例中，第一涂层110还可包含3-氨基丙基三乙氧基硅烷(在下文中为，APTES)，其为氨基硅烷化合物。在下文中，将描述使用包括APTES的粘附材料的第一涂层110。
在此示例性实施例中，第一涂层110可如下涂覆。在浸入APTES的混合物溶液中之前，外科假体可首先用氧等离子体处理以形成羟基(-OH)基团作为形成APTES结构所需的中间桥。
然后，可通过将具有羟基基团(通过氧等离子体处理形成)的假体表面浸入APTES和乙醇的混合物溶液中来涂覆第一涂层。
使用APTES的第一涂层110可由第一组分和第二组分组成。例如，第一组分可以是氨基硅烷化合物N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷(N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilane)、1,3,5-三[2-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮(TTMSPI，1,3,5-tris[2-(trimethoxysilyl)propyl]-1,3,5-triazine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione)和APTES(3-氨基丙基三乙氧基硅烷)中的一种。具体地，第一组分可以是APTES(3-氨基丙基三乙氧基硅烷)并且第二组分可以是乙醇。可使用第一组分和第二组分的混合物溶液将使用APTES的第一涂层涂覆在假体10的表面上。包含APTES的第一涂层110可通过浸入2-10％的第一组分和90-98％的第二组分的混合物溶液中而涂覆在假体的表面上。最具体地，可通过将假体的表面浸入5％的第一组分和95％的第二组分的混合物溶液中来形成第一涂层110。
与基于聚多巴胺的涂层相似，基于APTES的第一涂层110也用作通过强粘附性使与第二涂层120的结合更强的涂层。APTES中包含的-NH2官能团与第二涂层的非晶氟聚合物形成化学键合。
在本公开的示例性实施例中，构成基于APTES的第一涂层110的第一组分可具有化学式H2N(CH2)3SI(OC2H5)3，并且可具有221.37g/mol的分子量。
第二组分可以是乙醇，并且可使APTES在假体的表面上均匀聚合。
使用APTES的第一涂层110可具体地具有8-80nm的厚度。涂层厚度随着第一组分和第二组分的混合物溶液的浸渍时间的增加而增加。如果涂覆进行短时间段，则包含APTES的第一涂层110可能由于聚合不充分而不能充分沉积。
第一涂层也可通过用具有末端-NH2官能团的自组装单层处理来形成。具有末端-NH2官能团的自组装单层可从由3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基乙氧基二甲基硅烷、3-氨基丙基二乙氧基甲基硅烷和3-[2-(2-氨基乙氨基)乙基氨基]丙基-三甲氧基硅烷构成的组中选择。
在本公开的示例性实施例中，第二涂层120可形成在第一涂层110的一侧上，并且可包括氟化合物，氟化合物赋予涂覆外科假体10的表面的涂覆结构疏水性。
如果第二涂层120形成在第一涂层110和第三涂层130之间，则可防止由外部冲击或磨损引起的外科假体10的表面的损坏，并且即使当第一涂层110上的第三涂层130的分布平衡被破坏时，也可通过自发形成第二涂层120来恢复第一涂层110上的第三涂层130的分布平衡。
在下文中，描述使用包含氟化合物的粘合材料的第二涂层120。包含氟化合物的第二涂层120可由第一组分和第二组分组成。例如，第一组分可以是由氟和碳组成的聚合物，并且第二组分可从由全氟烷烃、全氟二烷基醚和全氟三烷基胺组成的组中选择。通过将涂覆有第一涂层110的假体10浸入第一组分和第二组分的混合物溶液中，可将使用氟化合物的第二涂层涂覆在第一涂层110上。
构成第二涂层120的氟碳聚合物用于使外科假体的表面疏水，并且由于第二涂层120对第三涂层130的化学亲和性而长时间保持第三涂层。
在本公开的示例性实施例中，构成基于聚多巴胺的第二涂层120的第一组分可具有[C6F10O]N的化学式，并且可具有278.05g/mol的分子量。
在本公开的示例性实施例中，构成第二涂层120的第一组分可从含有羧基(-COOH)官能团的氟碳化合物中选择，羧基(-COOH)官能团用于与在第一涂层110上形成的羟基(-OH)和氨基(-NH2)官能团形成化学键合。例如，构成本公开的第二涂层120的第一组分可以是全氟癸酸、全氟辛酸、三氟乙酸和全氟羧酸中的一种。
在示例性实施例中，包含氟化合物的第二涂层120可具有具体地100-200nm的厚度。
在此示例性实施例中，第二组分可从由全氟烷烃、全氟二烷基醚和全氟三烷基胺组成的组(氟基溶剂)中选择。第二组分与第一组分混合并控制混合物溶液的浓度。当混合物溶液中第二组分的含量较高时，第二涂层的涂覆厚度减小。
在本公开的示例性实施例中，第三涂层130可形成在第二涂层120上，并且可包括用于减少外科假体10的磨损的润滑剂组分。
第三涂层130是用作润滑剂的润滑层，并且可润湿外科假体10的表面涂覆结构的表面。结果，诸如细菌等的微生物可在假体10的表面上滑动而不附着到外科假体10的表面。
第三涂层130可涂覆在第二涂层120上以具有预定的表面能。构成第三涂层130的润滑剂流体可具有适于使外科假体10的表面改性的低表面能。例如，润滑剂流体可以是液体全氟化碳。
在另一示例性实施例中，润滑剂流体可以是全氟三正戊胺(诸如FC-70)、全氟聚醚(诸如Krytox-100或Krytox-103)、全氟萘烷(诸如FlutecPP6、FluorinertTM FC-70或FC-40)、全氟己烷(诸如FC-72)、全氟辛烷(诸如PF5080)、全氟辛基溴(诸如1-溴全氟辛烷)、全氟全氢菲(诸如Vitreon或Fluoromed APF-215HP)、3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基己烷(诸如HFE-7500、KrytoxFG-40、Krytox-105或Krytox-107)和全氟萘烷中的一种。
例如，润滑剂流体可具有0.1-0.8cm2/s的粘度和1500-2000kg/m3的密度。考虑到假体10被插入对象中，构成第三涂层130的具有上述粘度和密度特性的润滑剂流体可改善第三涂层130对微生物的排斥性并改善微生物在第三涂层130上的滑动。
图4示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的生产外科假体的表面涂覆结构的过程。首先，参照图4，可通过浸入多巴胺盐酸盐(dopamine hydrochloride)和硫酸铜的混合物溶液中，将第一涂层110涂覆在基底10上，在基底10上将形成假体的表面。然后，可通过将具有涂覆的第一涂层的假体的表面浸入氟碳聚合物的混合物溶液中来将第二涂层120涂覆在第一涂层110上。然后，可通过将具有涂覆的第二涂层的假体表面浸渍在基于全氟化碳的润滑剂流体中来将第三涂层130涂覆在第二涂层120上。
图5示出了说明根据本公开的示例性实施例的假体10插入动物的骨折部位的参考图。在图5中，(a)示出了插入骨折部位的没有涂层的假体510，并且(b)示出了插入骨折部位的涂覆有本公开的涂覆结构的假体520。
图6是示出根据本公开的示例性实施例的用于使外科假体的表面改性的方法的流程图。
参照图6，在根据本公开的示例性实施例的用于使假体表面改性的方法中，首先预处理外科假体的表面(S100)。预处理工艺是用于去除假体表面上存在的有机材料或无机材料并对其进行清洗的工艺。将假体浸入作为有机溶剂的丙酮中，以去除假体表面上存在的有机材料，并将假体浸入作为有机溶剂的乙醇中，以再次去除有机材料。然后，将假体浸入作为无机溶剂的去离子水中，以除去已经用于除去假体表面上的有机材料的丙酮和乙醇，并同时除去极性无机材料。
然后，在外科假体的预处理表面上形成表面粗糙度(S200)。在示例性实施例中，通过将多边形碎砂与压缩空气一起喷射到外科假体的预处理表面上，可在假体的预处理表面上形成表面粗糙度。
例如，碎砂可具有具体是2.0-3.3μm(微米)的尺寸。在假体表面上形成的表面粗糙度随着碎砂的尺寸的增加而增加。但是，如果碎砂的尺寸大于3.3μm，则假体的表面可能受损。相反，如果碎粒的尺寸小于2.0μm，则不容易在假体的表面上形成表面粗糙度以及由此能够保留第三涂层的润滑剂流体的空间。
碎砂可喷射120-300秒。在假体表面上形成的表面粗糙度可能随着喷射时间的增加而增加。当然，碎砂的喷射时间可根据假体表面的材料或强度在120-300秒内适当改变。
接着，在外科假体的形成有表面粗糙度的表面上形成第一涂层(S300)。如以上参照图2和图3所述，可通过两种方法在本公开的假体的表面上形成第一涂层。
作为第一种方法，可基于含有聚多巴胺的粘附材料涂覆第一涂层110。根据第一种方法，可通过将假体的形成有表面粗糙度的表面浸入Tris缓冲液中的多巴胺盐酸盐、硫酸铜和过氧化氢的混合物溶液中来涂覆第一涂层110。因为以上参照图2和图3给出了详细描述，所以将省略详细描述以避免冗余。
作为第二种方法，可基于包括APTES的粘附材料涂覆第一涂层110。将参照图7更详细地描述使用APTES的第一涂层的涂覆工艺。
首先，将外科假体的表面浸入作为氨基硅烷化合物的APTES与乙醇的混合物溶液中(S320)。然后，使用超声均化器从浸入APTES与乙醇的混合物溶液中的假体表面除去过量的APTES(S340)，并在高温环境下对假体表面退火(S360)。
再次参照图6，通过第一方法或第二方法在外科假体的涂覆有具有氨基基团的第一涂层110的表面上形成第二涂层(S400)。在示例性实施例中，可通过将假体的涂覆有第一涂层的表面浸入至少一种含有羧基基团的碳氟化合物(诸如全氟烷烃、全氟二烷基醚和全氟三烷基胺)的混合物溶液中，将第二涂层120涂覆在第一涂层110上。
接着，在外科假体的涂覆有第二涂层120的表面上形成第三涂层(S500)。在示例性实施例中，可通过将假体的涂覆有第二涂层的表面浸渍在作为润滑剂流体的液体全氟化碳中来将第三涂层130涂覆在第二涂层120上。
发明的实施方式
制备示例1
步骤1：将外科假体浸入丙酮溶液中，然后使用超声均化器清洗15分钟。然后，将外科假体浸入乙醇溶液中，然后使用超声均化器清洗15分钟。取出清洗后的外科假体并干燥假体的表面。将表面干燥的假体浸入去离子水溶液中并使用超声均化器清洗15分钟。
步骤2：通过喷射尺寸为2.5μm的多边形碎砂持续200秒，在步骤1中清洗的外科假体的表面上形成微米/纳米尺寸的表面粗糙度。
步骤3：通过在室温下将在步骤2中形成有表面粗糙度的外科假体的表面浸入2mg/mL多巴胺盐酸盐、1.347mg/mL硫酸铜(CuSO4·5H2O)、2.2μL/mL过氧化氢和50mM Tris缓冲液的混合物溶液中持续20分钟来涂覆第一涂层。
步骤4：通过在80℃或更高的条件下，在9％全氟癸酸和91％全氟烷烃溶剂的混合物溶液中使在步骤3中形成有第一涂层的外科假体固化持续1小时来涂覆第二涂层。
步骤5：通过在室温下将在步骤4中涂覆有第二涂层的外科假体浸入液体全氟化碳中持续10分钟来涂覆第三涂层。
制备示例2
步骤1：将外科假体浸入丙酮溶液中，然后使用超声均化器清洗15分钟。然后，将外科假体浸入乙醇溶液中，然后使用超声均化器清洗15分钟。取出清洗后的外科假体并干燥假体的表面。将表面干燥的假体浸入去离子水溶液中并使用超声均化器清洗15分钟。
步骤2：通过喷射尺寸为2.5μm的多边形碎砂持续200秒，在步骤1中清洗的外科假体的表面上形成微米/纳米尺寸的表面粗糙度。
步骤3：通过将氧等离子体辐射到形成有微米/纳米尺寸表面粗糙度的外科假体的表面上，在假体的表面上形成羟基(-OH)官能团。然后，将在步骤2中形成有表面粗糙度的外科假体的表面在室温下浸入5％APTES(3-氨基丙基三乙氧基硅烷)和95％乙醇的混合物溶液中60分钟。随后，使用超声均化器去除未与外科假体的表面上的羟基基团结合的APTES，并将外科假体在60℃或更高的条件下退火。
步骤4：通过在80℃或更高的条件下，在9％全氟癸酸和91％全氟烷烃溶剂的混合物溶液中使在步骤3中形成有第一涂层的外科假体固化持续1小时来涂覆第二涂层。
步骤5：通过在室温下将在步骤4中涂覆有第二涂层的外科假体浸入液体全氟化碳中持续10分钟来涂覆第三涂层。
测试示例1
在将如上所述制备的表面改性的外科假体置于培养基中后，将耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)在37℃的条件下培养72小时。图8示出了培养外科假体的涂覆表面并在固定和染色后通过荧光显微镜观察外科假体的表面的结果。
测试示例2
图9示出了在外科假体的表面上滴加约5μL液体并在使表面倾斜的同时测量假体表面上的接触角的结果。在图9中，(a)示出了涂覆前表面的状态，(b)示出了涂覆第一涂层后表面的状态，(c)示出了在第一涂层上涂覆第二涂层后表面的状态，并且(d)示出了在第二涂层上涂覆第三涂层后表面的状态。
上述本公开的表面改性的外科假体(作为用于固定骨骼的金属钉或板)可用于治疗骨折。例如，当将假体插入骨髓或骨折部位以固定骨折部位时，可从根本上和有效地防止可能由于污染而发生的急性感染。骨折完全愈合需要6-12个月。在治疗期间，如果患者的免疫力降低并且身体内存在的细菌附着到假体，则可能发生慢性感染。当使用本公开的表面改性的假体时，因为可长时间防止生物材料附着到假体的表面上，因此还可防止慢性感染的风险。
本公开的表面改性的外科假体还可用于治疗磨损的关节(人造关节)。关节置换是用由金属、塑料、陶瓷等制成的人造关节置换由于磨损而损坏的关节以维持其功能的手术。然而，因为人造关节由于磨损而导致寿命短，因此人造关节需要翻修手术。因为磨损被第三涂层最小化，因此本公开的表面改性的外科假体可提供延长的寿命，并且可通过防止炎性因子的附着来减少患者的疼痛，从而最小化炎性反应。此外，因为负荷集中并且炎性反应活跃地发生，因此关节易受感染。当本公开的表面改性的假体用于人工关节时，可防止由浮游在体内的细菌引起的慢性感染。
提供前面的描述仅是为了说明本公开，并且具有本公开所属领域的普通知识的技术人员将能够在不脱离本公开的范围的情况下进行各种改变、修改和替换。因此，本公开和附图中公开的示例不用于限制而是用于描述本公开，并且本公开的范围不受示例和附图的限制。本公开的范围应当基于所附权利要求来解释，并且应当理解，该范围内的所有等同物都包括在本公开的范围内。
主要元件的详细说明
10：外科假体
110：第一涂层
120：第二涂层
130：第三涂层
工业实用性
本公开涉及外科假体的表面涂覆结构、表面改性的外科假体和基于外科假体的表面涂覆结构使外科假体的表面改性的方法。因为可防止假体的细菌感染，因此预期外科假体将在医疗装置市场中多方面地用于制备假体。

Claims (13)

1.一种外科假体的表面涂覆结构，包括：
第一涂层，形成在所述外科假体的表面上并且包含用于表面粘附的氨基化合物；
第二涂层，形成在所述第一涂层的一侧上并且包含赋予所述外科假体的表面涂覆结构疏水性的氟化合物；以及
第三涂层，形成在所述第二涂层的一侧上并且包含用于防止存在于对象中的生物材料的粘附的润滑剂组分，在所述对象中插入所述外科假体。
2.根据权利要求1所述的外科假体的表面涂覆结构，其中，所述氨基化合物包含聚多巴胺或氨基硅烷化合物。
3.根据权利要求2所述的外科假体的表面涂覆结构，其中，
所述聚多巴胺是多巴胺盐酸盐，并且
通过将多巴胺盐酸盐、硫酸铜和过氧化氢的混合物溶液涂覆到外科假体来形成第一涂层。
4.根据权利要求2所述的外科假体的表面涂覆结构，其中，
所述氨基硅烷化合物是3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)，并且
第一涂层通过将3-氨基丙基三乙氧基硅烷和乙醇的混合物溶液涂覆到外科假体而形成，并且还包含通过氧等离子体工艺形成的羟基。
5.根据权利要求1所述的外科假体的表面涂覆结构，其中，
所述氟化合物是碳氟化合物，并且
通过将与羧酸结合的碳氟化合物的混合物溶液涂覆到涂覆有第一涂层的外科假体来形成第二涂层。
6.根据权利要求1所述的外科假体的表面涂覆结构，其中，所述润滑剂组分包含从由全氟三正戊胺、全氟聚醚、全氟萘烷、全氟己烷、全氟辛烷、全氟辛基溴、全氟全氢菲和全氟萘烷构成的组中选择的物质。
7.根据权利要求1所述的外科假体的表面涂覆结构，其中，所述第一涂层形成为具有30-50纳米(nm)的厚度。
8.根据权利要求1所述的外科假体的表面涂覆结构，其中，所述第一涂层涂覆在所述外科假体的具有通过将多边形碎砂与压缩空气一起喷射到所述外科假体的表面上而形成的表面粗糙度的表面上。
9.一种表面改性的假体，包括：
假体，插入骨折部位以固定所述骨折部位；
第一涂层，形成在所述假体的表面上并且包含用于表面粘附的氨基化合物；
第二涂层，形成在所述第一涂层的一侧上并且包含赋予外科假体的表面涂覆结构疏水性的氟化合物；以及
第三涂层，形成在所述第二涂层的一侧上并且包含润滑剂组分，所述润滑剂组分用于防止存在于对象中的生物材料的粘附，在所述对象中插入外科假体。
10.根据权利要求9所述的表面改性的假体，其中，
所述氨基化合物是多巴胺盐酸盐，并且
通过将多巴胺盐酸盐、硫酸铜、过氧化氢和Tris缓冲液的混合物溶液涂覆到外科假体来形成第一涂层。
11.一种用于使外科假体的表面改性的方法，包括：
在外科假体的表面上形成包含用于表面粘附的氨基化合物的第一涂层以产生所述外科假体的表面涂覆结构的步骤；
在所述第一涂层的一侧上形成包含氟化合物的第二涂层的步骤，所述氟化合物赋予所述外科假体的表面涂覆结构疏水性；以及
在所述第二涂层的一侧上形成包含用于防止存在于对象中的生物材料的粘附的润滑剂组分的第三涂层的步骤，在所述对象中插入所述外科假体。
12.根据权利要求11所述的用于使外科假体的表面改性的方法，其中，
所述氨基化合物是多巴胺盐酸盐，并且
通过将多巴胺盐酸盐、硫酸铜、过氧化氢和Tris缓冲液的混合物溶液涂覆到外科假体来形成第一涂层。
13.根据权利要求11所述的用于使外科假体的表面改性的方法，所述方法还包括：
用丙酮、乙醇和去离子水中的至少一种预处理所述外科假体的表面以去除存在于所述外科假体的表面上的有机或无机材料的步骤；以及
通过将多边形碎砂与压缩空气一起喷射到所述外科假体的预处理的表面上而在所述外科假体的预处理的表面上形成表面粗糙度的步骤，并且
第一涂层形成在假体的形成有表面粗糙度的表面上。
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