一种具有生物活性多孔钛合金人颈椎间融合器及其制备方法，首先按设计要求将模型数据输入电子束熔融设备中制备出多孔钛合金人椎间融合器；然后制备明胶微球；将明胶微球干粉浸泡于rhBMP-2溶液中进行明胶涂层修饰，再将双蒸水中配制明胶溶液A，将多孔钛合金人椎间融合器浸入明胶溶液A中在，将rhBMP-2明胶微球与无水乙醇混合得悬浊液B，将明胶涂层修饰后的多孔钛合金人椎间融合器浸入悬浊液B得到内部含有rhBMP-2缓释系统的多孔钛合金人椎间融合器。本发明专利技术制备的椎间融合器具有与自然骨组织相近的弹性模量，多孔结构及其内部生物活性因子缓释系统能诱导新生骨组织长入，解决了骨-材料界面结合问题，具有比致密材料更好的力学相容性与骨整合能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于脊柱融合内固定领域，具体涉及一种具有生物活性的多孔钛合金人颈椎间融合器及其制备。
技术介绍
颈椎退行性滑脱、椎间节段性不稳和椎间盘源性疾病等是常见的脊柱外科疾病， 严重影响患者的生活和工作，对非手术治疗无效者一般都需进行颈椎固定融合术。椎间融合手术已被公认对于这类疾病有较好疗效。椎间融合常采用的材料主要有两类①植骨材料，包括自体骨块与异体骨块移植；②替代材料，即椎间融合器(Interbody Fusion Cage)。既往椎间融合常采用单纯自体骨块移植，但自体取骨区并发症高达10% -20%, 包括取骨区残留疼痛、感染、感觉障碍等。异体骨块移植虽然避免了取骨区并发症，但存在免疫排斥反应、感染艾滋病病毒、价格昂贵、异体骨被取代慢，新生骨体积小等不足，临床应用受至1J 限制。(Lelze EM, Hemmerle J, Vo egel JC, etal. Characterization and histological analyses of a coral—co llagen composite used for bone-replacement graft material :a report of c linical cases. J Mater Sci Mater Med. 1999 :10(1) 47-51.)为克服采用单纯植骨材料进行椎间融合的不足，目前临床主要使用颈椎间融合器进行颈椎间融合，主要包括钛合金椎间融合器(Titanium Alloys-Cage)、聚醚醚酮椎间融合器(Poily Ether Ether Ketone-Cage，PEEK-Cage)、聚 D，L-乳酸椎间融合器(Poly-(D, L-Lactide) -Cage,PDLLA-Cage)。与单纯植骨材料相比，椎间融合器可以有效地减少术中及术后并发症、减少患者术后疼痛以及加快患者术后功能恢复。但是传统的椎间融合器仍存在一定的局限性①钛合金椎间融合器主要采用 Ti6A14V制作，虽然强度高，但弹性模量(IlOGPa)远远高于天然骨(皮质骨约3_12GPa)， 存在金属-骨的界面问题，会产生应力屏蔽，导致骨吸收而发生植入体松动。②PEEK-Cage 弹性模量与椎体皮质骨接近，避免了应力屏蔽，但它与钛合金都属于生物惰性材料，骨组织只能贴附在材料表面而无法进入其内部达到良好的骨整合，导致骨-材料界面结合强度不足，容易发生松动。PEEK-Cage的表面改性(如在表面喷涂钛丝、羟基磷灰石(HA)，利用涂层的微孔样结构诱导骨组织长入)虽然在一定程度上解决了骨-材料界面结合强度不足的问题，但表面涂层在生理环境加上负荷作用下，还是可能被机体吸收或是由于应力集中，沿多孔表层与底材的界面产生裂纹，引起脱落。③PDLLA-Cage具有与骨质相近的弹性模量，可降解为能被人体吸收的产物，从而逐渐被吸收并被周围骨组织替代，具有良好的生物活性， 不存在骨-材料界面问题。但其机械强度较低，材料本身的内在脆性导致其在手术操作中易于碎裂。并且其早期大分子降解产物可引起材料周围纤维组织增生，一定程度延缓了早期成骨。综上所述，一种理想的椎间融合器应具备以下特点1)具有良好的生物相容性；32)具有足够的力学强度及抗疲劳能力；幻具有合适的弹性模量，利于骨-材料界面力学传导；4)具有一定的骨生长诱导性等。为了达到以上要求，多孔钛合金材料及其生物改性成为了研究的焦点。多孔钛合金既具有足够的机械强度，又具有多孔状结构，可以通过控制孔隙率、孔径大小、孔的形状及分布等多种参数，有效降低钛合金的弹性模量，实现与自然骨的弹性模量相匹配。在孔隙中添加生物活性因子，如骨形态发生蛋白(BMP)等可以诱导骨组织长入孔隙，增强多孔钛合金植入物的机械锁固，从而获得更好的长期固定效果，因此多孔钛合金是理想的制备椎间融合器材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有足够支撑强度以维持椎间隙高度及椎体稳定性， 又可以通过其内部生物活性因子缓释系统的诱导成骨作用刺激新骨生长，从而达到良好的骨整合，促进椎体间骨性融合的具有生物活性的多孔钛合金人颈椎间融合器及其制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是1)多孔钛合金椎间融合器制备首先按所需制备的多孔钛合金人颈椎间融合器的设计要求将模型数据输入电子束熔融设备中，并在电子束熔融设备中加入钛合金Ti6A14V粉末，在600-800°C以20_40mA 的电子束流，以10000-18000mm/s的扫描速度预热钛合金粉末，然后以5_7mA的电子束流， 300-500mm/s的扫描速度逐层熔化钛合金粉末，制备出与所需多孔钛合金人颈椎间融合器形状一致的多孔钛合金人椎间融合器，其特征在于该生物活性多孔钛合金人颈椎间融合器的外周部(1)具有规则孔隙，平均孔径300-400 μ m，孔隙率40-50% ；中央部( 具有骨小梁样不规则孔隙，平均孔径400-1000 μ m,孔隙率60-80%，2)生物活性因子缓释系统构建2. 1载有重组人骨形态发生蛋白-2 (rhBMP-2)的明胶微球的制备2. 1. 1明胶微球的制备将药用明胶溶于40-60°C的双蒸水中超声离散得质量浓度为5% -15%的明胶溶液，在40-60°C将明胶溶液与液体石蜡按1 5的体积比例混合，同时加入明胶溶液与石蜡混合液总体积2%的乳化剂Span-80搅拌均勻制成混悬液，将混悬液迅速降温到0°C并继续搅拌20分钟，在搅拌下向混悬液中按每Ig明胶加入3-6ml质量浓度为1 %的京尼平预固化 1小时后停止搅拌，反复用丙酮脱水，用无水乙醚彻底洗掉石蜡后真空泵抽干，然后再按每 Ig明胶加入3-6ml质量浓度为的京尼平室温避光静置固化M小时，用无水乙醇彻底清洗残留京尼平后室温下真空干燥过筛，6tlCo照射灭菌后得明胶微球；2.1.2明胶微球加载rhBMP-2首先利用PBS (PH = 6. 0)配制 100_300ng/ml 的 rhBMP-2 溶液，按照 100 μ 1 rhBMP-2每1. Omg明胶微球干粉的比例，将明胶微球干粉浸泡于rhBMP-2溶液中，37°C摇床孵育，过夜，PBS冲洗，2500rmp离心10分钟，清洗明胶微球2遍，收集rhBMP-2明胶微球，负压冻干，6tlCo照射灭菌后密封避光-80°C保存；2. 2. rhBMP-2/明胶微球与多孔钛合金内部孔隙的结合2. 2. 1多孔钛合金的明胶涂层修饰在50°C的双蒸水中配制质量浓度为5-10%的明胶溶液A，将多孔钛合金人椎间融合器先超声清洗后浸入0. 5mol/L的NaOH溶液中，PBS清洗3遍，然后浸入明胶溶液A中在负压下处理10分钟，浸泡30分钟后，取出材料后置于50°C的烤箱内烤干；2. 2. 2rhBMP-2/明胶微球与明胶修饰后的多孔钛合金内部孔隙结合将rhBMP-2明胶微球与无水乙醇按照30mg/ml配制无水乙醇悬浊液B，超声下离散2小时，将明胶涂层修饰后的多孔钛合金人椎间融合器浸入悬浊液B中M小时， 在-93. 3kPa负压下，抽真空冻干。6tlCo照射灭菌得到内部含有rhBMP-2缓释系统的多孔钛合金人椎间融合器。按本专利技术的制备方法制成的椎间融合器的外周部具有规则孔隙，平均孔径 300-40本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种具有生物活性多孔钛合金人颈椎间融合器的制备方法，其特征在于：１）多孔钛合金椎间融合器制备首先按所需制备的多孔钛合金人颈椎间融合器的设计要求将模型数据输入电子束熔融设备中，并在电子束熔融设备中加入钛合金Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ粉末，在６００－８００℃以２０－４０ｍＡ的电子束流，以１００００－１８０００ｍｍ／ｓ的扫描速度预热钛合金粉末，然后以５－７ｍＡ的电子束流，３００－５００ｍｍ／ｓ的扫描速度逐层熔化钛合金粉末，制备出与所需多孔钛合金人颈椎间融合器形状一致的多孔钛合金人椎间融合器；２）生物活性因子缓释系统构建２．１载有重组人骨形态发生蛋白－２（ｒｈＢＭＰ－２）的明胶微球的制备２．１．１明胶微球的制备将药用明胶溶于４０－６０℃的双蒸水中超声离散得质量浓度为５％－１５％的明胶溶液，在４０－６０℃将明胶溶液与液体石蜡按１∶５的体积比例混合，同时加入明胶溶液与石蜡混合液总体积２％的乳化剂Ｓｐａｎ－８０搅拌均匀制成混悬液，将混悬液迅速降温到０℃并继续搅拌２０分钟，在搅拌下向混悬液中按每１ｇ明胶加入３－６ｍｌ质量浓度为１％的京尼平预固化１小时后停止搅拌，反复用丙酮脱水，用无水乙醚彻底洗掉石蜡后真空泵抽干，然后再按每１ｇ明胶加入３－６ｍｌ质量浓度为１％的京尼平室温避光静置固化２４小时，用无水乙醇彻底清洗残留京尼平后室温下真空干燥过筛，６０Ｃｏ照射灭菌后得明胶微球；２．１．２明胶微球加载ｒｈＢＭＰ－２首先利用ＰＢＳ（ＰＨ＝６．０）配制１００－３００ｎｇ／ｍｌ的ｒｈＢＭＰ－２溶液，按照１００μｌ ｒｈＢＭＰ－２每１．０ｍｇ明胶微球干粉的比例，将明胶微球干粉浸泡于ｒｈＢＭＰ－２溶液中，３７℃摇床孵育，过夜，ＰＢＳ冲洗，２５００ｒｍｐ离心１０分钟，清洗明胶微球２遍，收集ｒｈＢＭＰ－２明胶微球，负压冻干，６０Ｃｏ照射灭菌后密封避光－８０℃保存；２．２．ｒｈＢＭＰ－２／明胶微球与多孔钛合金内部孔隙的结合２．２．１多孔钛合金的明胶涂层修饰在５０℃的双蒸水中配制质量浓度为５－１０％的明胶溶液Ａ，将多孔钛合金人椎间融合器先超声清洗后浸入０．５ｍｏｌ／Ｌ的ＮａＯＨ溶液中，ＰＢＳ清洗３遍，然后浸入明胶溶液Ａ中在负压下处理１０分钟，浸泡３０分钟后，取出材料后置于５０℃的烤箱内烤干；２．２．２ｒｈＢＭＰ－２／明胶微球与明胶修饰后的多孔钛合金内部孔隙结合将ｒｈＢＭＰ－２明胶微球与无水乙醇按照３０ｍｇ／ｍｌ配制无水乙醇悬浊液Ｂ，超声下离散２小时，将明胶涂层修饰后的多孔钛合金人椎间融合器浸入悬浊液Ｂ中２４小时，在－９３．３ｋＰａ负压下，抽真空冻干。６０Ｃｏ照射灭菌得到内部含有ｒｈＢＭＰ－２缓释系统的多孔钛合金人椎间融合器。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭征，伍苏华，
申请(专利权)人：中国人民解放军第四军医大学，
类型：发明
国别省市：87
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