表面生物功能化的医用骨螺钉及其制备方法及其应用技术

本发明专利技术为一种表面生物功能化的医用骨螺钉及其制备方法及其应用，主要解决现有骨固定螺钉组织相容性不够好、生物密封性能较差的问题，该医用骨螺钉包括金属螺钉本体，以螺钉本体的金属表面为基底，在所述基底表面沉积有聚多巴胺涂层作为中间层，在聚多巴胺涂层表面通过化学键接有生物活性分子作为功能化修饰层。通过动物实验结果表明，生物功能化改性后的骨螺钉与未改性螺钉相比，在减弱组织炎症反应，促进新生血管形成，增强骨整合，提高生物密封性能方面具有显著优势，有望作为新一代植入式医疗器械在植入式假肢、骨移植、关节融合、关节固定、矫形等手术当中得到广泛应用。矫形等手术当中得到广泛应用。矫形等手术当中得到广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
表面生物功能化的医用骨螺钉及其制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及生物医疗
，具体涉及一种表面生物功能化的医用骨螺钉及其制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]在外科临床中，对骨折和骨修复等疾病的治疗多采用骨移植、关节融合、关节固定、矫形等手术，手术中通常采用固定的方法。目前，应用于临床骨折内固定多采用金属固定螺钉(不锈钢材料、钛合金材料等)，此类金属固定螺钉具有较高的力学性能同时也具有相对较好的生物相容性。但是骨螺钉作为一种经皮器械，即通过穿透皮肤屏障将外部环境与身体的内部结构相连接的器械，存在经皮密封的问题。当异物进入生物体时，活体能够以多种方式来适应其存在。细胞机制被激活，在许多情况下最终会导致植入物被纤维组织包裹。这种纤维囊包裹可以促进多种材料的永久保留，例如纹身颜料，不可吸收的缝合线和人工骨科植入物。对于经皮植入物，其经皮部分在皮肤处形成一个永久性的创口，破坏了皮肤的连续性，而表皮对植入物穿透部分的包封最终将导致其挤出，这些修复机制对于获得稳定的经皮植入物而言都是不利的。
[0003]对于骨固定螺钉而言，其与皮肤及皮下软组织的结合是至关重要的，也是最难实现的。经皮植入物
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皮肤连接处最常见的几种失败模式是囊袋化、整体迁移、感染以及撕裂。单个或多个病理因素的组合可能是导致这些失败模式的原因。这些因素可能是外科手术在穿透的外来植入物周围造成的皮肤缺陷，阻止植入物
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皮肤界面形成合适的密封的表皮愈合特性以及可能破坏皮肤密封界面的机械力。最终，经皮界面被感染，植入物被排出或被迫移除。
[0004]囊袋化、整体迁移、感染以及撕裂具体如下：
[0005]1)囊袋化(Marsupialization)：骨固定螺钉植入后，表皮切口边缘的基底膜细胞立即增殖并向植入物迁移，然而表面的一层结缔组织使得它们无法在焦痂上迁移以接触植入物材料。于是，基底细胞穿透组织，在其下方留下充分灌注的具有主要的炎性细胞类型的结缔组织或在其上方留下肉芽组织的不太重要的成分。因此，它们永远不会到达植入物表面，而是沿着平行于植入物的方向向下迁移到真皮和皮下组织，始终在上方留下较少的存活组织，而在下方留下健康的、存活的组织。这种行为一直持续到表皮前缘在植入物底部汇合为止，最终结果是植入物被表皮包围，也就是形成了囊袋。
[0006]2)整体迁移(Permigration)：为了避免囊袋化，许多研究者提出使用具有多孔表面的植入物。该设想认为，多孔表面将允许表皮细胞和真皮成分迁移到表面的孔隙中，从而形成对细菌和液体的密封，从而形成对植入物的牢固固定。为了确定最佳孔径，研究者们进行了许多的研究。Winter等人发现，结缔组织浸润仅发生在大于40μm的孔中，当孔径在10
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40μm之间时，只有单个细胞(主要是成纤维细胞)迁移到孔中并沉积胶原蛋白。Daly的研究则表明成纤维细胞迁移到小孔深处后无法存活，这显然是由于缺乏营养所致，并且孔中最终充满了细胞碎屑。当孔径大于40μm时，结缔组织将很快填满这些孔。
[0007]von Recum发现，在兔子和狗中，表皮基底细胞迁移进涤纶丝绒植入物中，在10
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20d内即可穿透2mm深的厚度，类似的结果也在Winter等人的动物实验中被报道。这种表皮基底细胞连同结缔组织一起长入孔隙内部的现象称为整体迁移，表皮细胞在植入物孔隙内的成熟和进一步增殖导致了上皮的整体迁移，最终将导致植入物的失败。
[0008]3)感染(Infection)：当发生感染时，光滑或多孔植入物表面的组织学反应相似。与被感染的植入物相接触的真皮和下层组织会形成一个很厚的粒状组织包囊，该包囊被大量的急性炎症细胞浸润，主要是多形核粒细胞。伤口边缘的表皮细胞不再增殖，并且也不会生长并贴附于植入物表面。在这种情况下，表皮密封永远不会发生，包囊内的炎症细胞也无法有效应对感染，最终将导致植入物被挤出。
[0009]4)撕裂(Avulsion)：由于穿经皮肤，骨固定螺钉受到直接或间接通过皮肤传递的机械刺激，尤其是当其用作承重部位时(如人造下假肢)，所受到的机械刺激更是不可忽视。通常认为这种刺激会产生机械界面应力，从而导致骨固定螺钉
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皮肤界面处的组织被破坏，最终造成植入物的失效。
[0010]5)以上几种模式的综合：对于大多数情况而言，骨固定螺钉的失效往往是以上几种模式的综合。无论是囊袋化还是整体迁移，都会阻止皮肤和植入物之间形成永久的经皮密封，最终导致植入物的挤出。如果使用的植入物材料的生物相容性欠佳，则会抑制界面处结缔组织的成熟，牢固的机械连接永远不会建立起来。加之始终存在的机械应力会破坏薄弱的界面组织连接，使得经皮密封无法实现。植入物
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皮肤界面的破坏则进一步为感染提供了机会，并导致界面结合处组织的快速、彻底破坏，所有的这些终将导致植入物的失效。
[0011]专利CN104887305B公开了一种接骨螺钉，其结构包括钉杆和螺帽，所述钉杆包括光杆段和螺杆段，在所述光杆段的外围圆周面上复合有可降解材料层。所述钉杆和所述螺帽由金属材料制成；所述可降解材料层由聚乳酸、聚乙醇酸、聚三亚甲基碳酸酯、聚二噁烷酮或聚ε
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己内酯类的单一材料或上述材料的共聚物制成。但这一类可降解涂层在降解的过程中有可能会产生酸性代谢产物，当其在体内富集无法在短时间内被完全代谢的话，这种过酸的环境容易引起无菌性炎症，从而最终影响到植入材料与人体组织的生物密封特性，造成植入失效。
[0012]专利CN102000658A公开了一种基于聚多巴胺的生物功能化改性方法。将洁净的无机/金属材料浸泡在pH为7.2～10的多巴胺碱性水溶液，其间通入氧气使其充分氧化获得单层聚多巴胺修饰层，干燥后将材料置于空气气氛中在50
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200℃热氧化处理，获得多层结合牢固的具有高反应活性的聚多巴胺层。处理后的材料浸入含氨基或巯基的生物功能分子的溶液中，在材料表面获得牢固结合的生物功能仿生修饰层。虽然这种表面改性的思路与本专利技术类似，然而在其专利技术中，并未具体涉及在哪一种器械的具体应用，在其工艺中，聚多巴胺涂层的厚度也并说明是否得到很好的控制，关于化学键接的生物大分子的选择也并未强调与组织相容性和生物密封相关，也未提供与骨螺钉等经皮植入式医疗器械相关的生物学验证结果。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的就是为了解决现有骨固定螺钉组织相容性不好、生物密封性能较差的问题而提供一种表面生物功能化的骨固定螺钉，通过对传统的金属骨螺钉进行表面功能
化改性使其具有良好的生物相容性，并且能够进一步促进组织与器械的融合从而实现生物密封的效果。这种新型表面生物功能化医用骨螺钉制备方法相对简单，涂层修饰十分稳定，有利于实现长期的体内植入。
[0014]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0015]一种表面生物功能化的医用骨螺钉，包括金属螺钉本体，以螺钉本体的金属表面为基底，在所述基底表面沉积有聚多巴胺涂层作为中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面生物功能化的医用骨螺钉，包括金属螺钉本体，其特征在于，以螺钉本体的金属表面为基底，在所述基底表面沉积有聚多巴胺涂层作为中间层，在聚多巴胺涂层表面通过化学键接有生物活性分子作为功能化修饰层；所述的生物活性分子包括胶原蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白、细胞生长因子、纤维蛋白或纤维蛋白原中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的一种表面生物功能化的医用骨螺钉，其特征在于，所述的聚多巴胺涂层厚度在1
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20nm，涂层修饰的范围为从螺钉本体底部至顶部70
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100％的区域。3.根据权利要求1所述的一种表面生物功能化的医用骨螺钉，其特征在于，所述螺钉本体包括螺杆和下部螺纹结构，螺杆的末端存在倒角，所述螺钉本体为医用金属合金。4.根据权利要求3所述的一种表面生物功能化的医用骨螺钉，其特征在于，所述的医用金属合金材质包括钛及钛合金、镁合金、镍钛合金、不锈钢、钴基合金、贵金属、钽、铌、锆中的一种或多种组成。5.根据权利要求1所述的一种表面生物功能化的医用骨螺钉，其特征在于，表面生物功能化医用骨固定螺钉的直径的范围为0.5
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3mm，螺杆长度的范围在10
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50mm，螺纹长度的范围为1
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10mm。6.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建东，王秀丽，付烨，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：