一种外固定支架用钛螺钉及其制备方法技术

发明专利技术提供一种外固定支架用钛螺钉。所述钛螺钉外表面包覆一二氧化钛膜，所述二氧化钛膜的厚度范围在1～4μm之间。在本发明专利技术中，通过在所述钛螺钉外表面包覆二氧化钛膜，既使所述钛螺钉具有抗菌效果，又对机体本身无毒副作用。同时，由于外固定支架螺钉穿经皮肤，暴露于机体外的螺钉部分又可以利用光催化达到抑菌效果，有效阻断了细菌感染的主要途径和来源，进而有效地防止了钉道感染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗器械领域，特别涉及一种外固定支架用钛螺钉及其制备方法。
技术介绍
应用外固定支架治疗骨科疾病已有170余年的历史，骨外固定的概念起始法国医生Malgaigne在1840年，以2枚钢钉经皮穿入胫骨骨折的两端，然后用可调整周径的皮带来连接皮外的两枚钢钉控制骨折端的移位，由此骨外固定的概念正式兴起。第一个现代外固定架是由美国医师Parkhill于1897年设计的。在他之后，又有很多医师设计了多种外固定架系统，从此逐渐推动骨外固定器临床实用化。前苏联著名学者Ilizarov，他专利技术的多孔性全环式外固定器及其“张力——应力法则”技术理论是20世纪骨科发展史的里程碑之一。其解决了许多传统治疗方法无法解决的医学难题，如对骨关节畸形及骨不连骨转移、骨重建骨缺损，肢体延长的治疗取得举世瞩目成就。经过一个多世纪的不断改进，随着科技的不断进步及几代人的不懈探索，各种支架不断问世，有环形支架、单边支架、多平面支架等目前较为常用。20世纪以来，各种内固定技术不断进步，以钢板、螺钉和髓内钉等被广泛应用于骨折和矫形治疗，然而因其需要切开正常组织，手术相对复杂等因素导致了内固定技术在实际应用中仍有一定的局限性。随着社会交通的发展，严重的高能量损伤及多发性软组织损伤愈来愈多见。在治疗这些难题时，外固定支架在治疗严重软组织损伤及复杂开放性下肢骨折有其独特优势，因为它对机体的损伤小，手术操作简单。外固定架在处理合并严重软组织损伤的骨折，快速方便地固定多发损伤患者的骨盆骨折、肢体骨折等方面优势突出，并且科技的进步以及材料的更新同时还赋予了外固定支架延长、加压、成角、平移和旋转等功能，对创伤、感染、肿瘤切除后造成的肢体骨质缺损和畸形的治疗有独特的优势。近年来，外固定支架大量的应用于临床的同时，其并发症也越来越引起重视。如废用性骨质疏松、外固定支架松动、钉道感染、关节功能障碍、再骨折、骨折延迟愈合或不愈合。其中，在应用外固定支架时最常见的并发症为钉道感染，有研究显示这种并发症的发生率在临床工作中甚至超过了50％，而且采用外固定支架治疗的患者中有1％发生了严重的钉道感染。外固定支架固定的稳定性是其最关键和最基本的要求，并且要在保证牢固的前提下兼顾早期功能康复训练。而钉道感染可造成螺钉松动影响外固定架的稳定性。临床上，往往不需要处理仅仅局限于皮肤表面的感染，当感染加重时会导致螺钉松动甚至会导致骨髓炎。随着生物医学的进步，钉道感染病理机制逐步被阐明。骨科内植物相关感染过程从微观上可分为三个阶段。在螺钉植入初期，内植物迅速被血浆蛋白包绕，此时细菌细胞和螺钉表面的蛋白层的结合是非特异性的，如通过范德华力，重力，库仑力。在第二阶段，细菌细胞膜上的蛋白以及多糖锚定在螺钉表面的蛋白上，完成细菌的定植。第三阶段，部分细菌会分泌保护性的表多糖，在此阶段，局部以及全身应用抗生素效果欠佳，也叫细菌生物膜的形成。引起钉道感染最常见的病原菌为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。而最容易形成生物膜导致抗生素耐药的病原菌为金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌。因此，新一代的螺钉材料应注重在前期抑制细菌生物膜的形成。双氧水、75％的酒精、洗必泰、碘伏等为常用的术后钉道周围皮肤消毒方式。每周一次用洗必泰清洗钉道周围皮肤是英国皇家护理学院社会矫形和创伤护理在2010年推荐的方案。然而以何种方式清洗钉道周围皮肤尚无定论，近期一项关于钉道感染预防的meta分析表明过多钉道护理并不会减少钉道感染的发生率。在预防钉道感染中，除了钉道周围护理，最常见的方式为全身应用抗生素，然而较低的生物利用度、选择性差及血清毒性是该方法的弊端。为避免这些弊端，以螺钉涂层来减少细菌的粘附逐渐取代了全身应用抗生素的方法。涂层抗菌的设计理念可分为两种，一种是以抗生素涂层为代表的抗菌涂层；另一种通过增加骨-螺钉界面关系减少螺钉松动来间接降低钉道感染的发生率。较具代表性的为具有杀菌特性的金属离子涂层，如银离子和铜离子，然而此类离子对机体的毒性作用现在仍然存在争议。抗生素涂层可较迅速的在早期移植细菌的粘附，然而抗生素的释放较难控制，如短时间内释放速度过快则产生毒性会抑制骨折部位的愈合；而在植入身体一段时间后抗生素浓度不能达到有效抑菌浓度也是不利的，且局部应用抗生素所产生细菌耐药性问题也不容忽视。抗生素缓释系统无疑是一个和更为合理的选择。目前多以PMMA、PDLLA为载体，因为此类载体可以很大程度上减少耐药菌株的出现，这种新型局部给药方式被看作是骨科器械发展的“未来\。缓释系统也可以搭载一些生长因子实现抗菌，如Holt通过小鼠外固定实验证明了细菌的增殖和生物膜形成可以被NO涂层明显的抑制。而Mutsuzaki等通过动物实验发现，生长因子只能在短时间内维持效果，而在4周以后螺钉松动的几率在生长因子释放殆尽后逐渐增加。这类技术较新，尚缺乏大量的体外及动物实验研究。因此，我们需要一种新的外固定支架用钛螺钉，既可以客服金属离子涂层的毒副作用问题，又具有长期抗菌效果且效果可靠的钛螺钉，克服缓释系统效果短不稳定的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种外固定支架用钛螺钉，通过在所述钛螺钉外表面包覆二氧化钛膜，既使所述钛螺钉具有抗菌效果，又对机体本身无毒副作用。同时，由于外固定支架螺钉穿经皮肤，暴露于机体外的螺钉部分又可以利用光催化达到抑菌效果，有效阻断了细菌感染的主要途径和来源，进而有效地防止了钉道感染。为了实现上述目的，本专利技术首先提供一种外固定支架用钛螺钉。所述钛螺钉外表面包覆一二氧化钛膜，所述二氧化钛膜的厚度范围在1～4μm之间。在本专利技术一实施例中，所述二氧化钛膜的厚度为2～3μm。更优选地，所述二氧化钛膜的厚度为2μm。在本专利技术一实施例中，制备方法是利用阳极氧化法在所述钛螺钉的外表面形成一二氧化钛膜。在本专利技术一实施例中，所述制备方法以含氟电解液作为电解液，以铂片作为对电极，进行恒压阳极氧化后获得外表面包覆一二氧化钛膜的钛螺钉。在本专利技术一实施例中，所述含氟电解液包括：0.3～0.5wt％NH4F、2vol％蒸馏水，以及98vol％乙二醇。在本专利技术一实施例中，所述制备方法包括以下步骤：步骤S10.制备含氟电解液，并对钛螺钉进行清洗及抛光；步骤S20.在所述含氟电解液内，以清洗并抛光后的所述钛螺钉作为阳极、以铂片作为对电极，恒压阳极氧化3～4小时后，获得外表面包覆一二氧化钛膜的钛螺钉。在本专利技术一实施例中，在所述步骤S10中，所述含氟电解液的制备方法为：首先按比例称取NH4F、蒸馏水及乙二醇；然后，在反应器中依次加入所述乙二醇、NH4F、蒸馏水，获得所述含氟电解液。在所述步骤S10中，制备所述含氟电解液配置次序非常重要，这是因为二氧化钛膜形成的过程与电解液的解离有较强相关性。在本专利技术一实施例中，在所述步骤S10中，依次用丙酮、乙醇、去离子水对所述钛螺钉进行超声清洗。在本专利技术一实施例中，在所述步骤S10中，用浓硫酸与氢氟酸的混合酸对清洗后的所述钛螺钉进行电化学抛光。在本专利技术一实施例中，所述浓硫酸与氢氟酸的体积比为4：1；所述电化学抛光的处理电压为15V，处理时间为1～2分钟。本领域技术人员可以理解的是，如无特殊说明，本专利技术所述的试剂均为市售商品。在本专利技术中，通过在所述钛螺钉外表面包覆二氧化钛膜，既使所述钛螺钉具有抗菌效果，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外固定支架用钛螺钉，其特征在于，所述钛螺钉外表面包覆一二氧化钛膜，所述二氧化钛膜的厚度范围在1～4μm之间。

【技术特征摘要】
1.一种外固定支架用钛螺钉，其特征在于，所述钛螺钉外表面包覆一二氧化钛膜，所述二氧化钛膜的厚度范围在1～4μm之间。2.如权利要求1所述的外固定支架用钛螺钉，其特征在于，所述二氧化钛膜的厚度为2～3μm。3.如权利要求1所述的外固定支架用钛螺钉的制备方法，其特征在于，制备方法是利用阳极氧化法在所述钛螺钉的外表面形成一二氧化钛膜。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法以含氟电解液作为电解液，以铂片作为对电极，进行恒压阳极氧化后获得外表面包覆一二氧化钛膜的钛螺钉。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含氟电解液包括：0.3～0.5wt％NH4F、2vol％蒸馏水，以及98vol％乙二醇。6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：步骤S10.制备含氟电解液，并对钛螺钉进行清洗及...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明海，
申请(专利权)人：复旦大学附属上海市第五人民医院，
类型：发明
国别省市：上海;31