礦化膠原基股骨頭支撐裝置製造方法

2023-07-01 21:26:11

礦化膠原基股骨頭支撐裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種股骨頭支撐裝置，具體涉及一種可用於治療早期股骨頭壞死的礦化膠原基股骨頭支撐裝置。該裝置使用緻密的均質有機/無機複合材料製成，其中有機相包括膠原，無機相包括納米鈣磷鹽。該裝置為具有豎直通孔的圓柱體，支撐強度可達到4000～6000N。本發明還提供了這種礦化膠原基股骨頭支撐裝置的製備方法。實施本發明，可以製備出與人體皮質骨機械性能相當的礦化膠原基股骨頭支撐裝置，能夠滿足臨床上治療早期股骨頭壞死、防止壞死股骨頭繼續塌陷的需求。
【專利說明】礦化膠原基股骨頭支撐裝置

【技術領域】
[0001]本發明屬於生物醫用材料領域，涉及一種股骨頭支撐裝置，具體涉及一種可用於治療早期股骨頭壞死的礦化膠原基股骨頭支撐裝置。
技術背景
[0002]股骨頭壞死是骨科的一種常見疾病，目前有多種防止股骨頭塌陷的治療方法。這些治療方法採用鑽孔後植入支撐物，由內向外頂起塌陷的股骨頭。臨床常用的支撐物包括:金屬支撐裝置(如記憶鈦合金網、鉭棒等)、自體皮質骨(如自體髂骨)，以及同種異體骨支撐裝置。
[0003]記憶鈦合金網在支撐過程中難於控制，易導致撐起不足或過度撐起；而鉭棒等金屬支撐物在植入股骨頭後，由於其彈性模量過高，與人自體骨不匹配，最終易造成將股骨頭磨穿，形成新的損傷。當股骨頭塌陷加深(如進入III期晚、IV期、V期)，需要進行髖關節置換術時，必須截除壞死的股骨頭，而此時埋藏在股骨頭中的金屬支撐物在手術中難以截斷，延長了手術時間，增大了手術難度。金屬材料股骨頭支撐裝置是目前臨床上應用最多的，但除了力學性能與自體骨不匹配以外，其成分更是天壤之別，這些金屬材料不具備良好的生物相容性，更不能降解，從而引導自體骨長入。
[0004]取自體皮質骨填充在股骨頭壞死部位能夠起到一定的支撐作用，但植入的皮質骨強度較低，治療效果不理想。且患者的自體骨數量有限，術中取自體骨也給患者造成新的創傷，增加了患者的痛苦和醫療開支。
[0005]利用同種異體骨可以製備用於治療股骨頭塌陷的支撐裝置。然而，符合要求的同種異體骨數量極少。在實際生產過程中，由於受人體骨骼尺寸所限，無法製備出長度大於5cm的同種異體骨股骨頭支撐裝置，極大限制了其臨床應用。此外，同種異體骨還存在來源有限、免疫原性問題以及醫學倫理學問題等。
[0006]綜上所述，現有針對股骨頭塌陷的治療方法都存在各自缺陷，導致治療效果不理想，早期的股骨頭壞死往往進一步發展至塌陷，或己存在的塌陷進一步加重，最終不得不行髖關節置換術。


【發明內容】

[0007]針對上述現有產品的不足，本發明提供一種膠原基股骨頭支撐裝置。製備該支撐裝置所用的材料具有納米鈣磷鹽和膠原分子自組裝而成的化學組成和結構，從而具備與人體天然骨組織相似的仿生礦化結構；與天然骨組織成分一致的化學組成有著良好的生物相容性和成骨活性，且可降解，從而能夠引導新骨生長。在力學性能方面，該材料具有與人體皮質骨近似的機械強度，能夠為股骨頭塌陷部位提供足夠的機械支撐；同時，該材料具有與人體松質骨近似的彈性模量，因此不會對患者自體骨組織造成損傷。本發明還提供了製備這種膠原基股骨頭支撐裝置的方法。
[0008]本發明的第一方面，提供了一種礦化膠原基股骨頭支撐裝置。該裝置使用緻密的均質有機/無機複合材料製成，其中有機相包括膠原，無機相包括納米鈣磷鹽。複合材料的有機相與無機相的質量比為9/1?4/6。
[0009]所述納米鈣磷鹽的粒徑為20?200mm，鈣元素和磷元素的摩爾比為1/1?2/1。
[0010]所述礦化膠原基股骨頭支撐裝置為具有豎直通孔的圓柱體，外徑為9.0?11.0mm,通孔直徑為4.0?5.0mm,長度為30.0?38.0mm。
[0011]所述礦化膠原基股骨頭支撐裝置的外表面粗糙度Ra為3.2?25.0 μ m。
[0012]所述礦化膠原基股骨頭支撐裝置的外表面具有螺紋，螺紋寬度為0.25?1.0mm,深度為0.2?0.8mm,螺距為1.5?2.5mm。
[0013]所述礦化膠原基股骨頭支撐裝置在其軸向上的最大載荷為4000?6000N。
[0014]本發明的第二方面，提供了本發明第一方面所述礦化膠原基股骨頭支撐裝置的製備方法，包括以下操作步驟:
[0015]步驟S1、礦化膠原粉體的製備，具體包括:
[0016]步驟S1-1、將膠原溶於鹽酸、硝酸或醋酸中的任何一種，配製成膠原的酸溶液，其中膠原濃度為5.0X 10_5?5.0XlOVmL ；
[0017]步驟S1-2、持續攪拌步驟Sl-1所得溶液，緩慢滴加含鈣離子的溶液，鈣離子的加入量為每克膠原對應加入鈣離子0.01?0.16mol ；
[0018]步驟S1-3、持續攪拌步驟S1-2所得溶液，緩慢滴加含磷酸根離子的溶液，磷酸根離子的加入量與步驟S1-2中鈣離子加入量的摩爾比為Ca/P=l/1?2/1 ；
[0019]步驟S1-4、持續攪拌步驟S1-3所得溶液，緩慢滴加NaOH溶液至混合體系pH=6?
8,當pH=5?6時,混合體系開始出現沉澱，當pH=7時,混合體系出現白色懸池液；
[0020]步驟S1-5、將步驟S1-4所得混合體系靜置24?120小時，分離出沉澱並洗去雜質離子，隨後進行冷凍乾燥，研磨後獲得礦化膠原粉體備用。
[0021]步驟S2、礦化膠原棒料的壓製成型，具體包括:
[0022]步驟S2-1、稱取一定量步驟S1-5獲得的礦化膠原粉體，裝入直徑9.0?11.0mm的圓柱形模具中；
[0023]步驟S2-2、向模具施加壓力，並使施加在礦化膠原粉體上的壓強達到900?1200MPa，然後解除壓力，將模具中成形的初始棒料取出，上下翻轉後再裝入模具中，重新向模具施加壓力，並使施加在礦化膠原初始棒料上的壓強達到900?1200MPa ；
[0024]步驟S2-3、保持壓力30?300秒，脫模後獲得礦化膠原棒料。
[0025]步驟S3、礦化膠原棒料的機加工，具體包括:
[0026]步驟S3-1、將步驟S2-3製得的礦化膠原棒料裝卡在車床的三抓卡盤上，用直徑
4.0?5.0mm的鑽頭沿棒料中軸線從棒料的一端開始鑽孔,待鑽入棒料一半長度後,取下棒料，反向裝卡在三抓卡盤上，從棒料的另一端開始鑽孔，直至形成通孔；
[0027]步驟S3-2、取下步驟S3-1製得的具有通孔的礦化膠原棒料，套在直徑4.0?
5.0mm的工裝上，裝卡在車床的三抓卡盤上，進行外緣切削，獲得所需的外徑尺寸；
[0028]步驟S3-3、在礦化膠原棒料的外表面車削螺紋，螺紋寬度為0.25?1.0mm,深度為0.2 ?0.8mm,螺距為 1.5 ?2.5mm ;
[0029]步驟S3-4、取下礦化膠原棒料，將兩端進行45°倒角，製得本發明第一方面所述的礦化膠原基股骨頭支撐裝置。
[0030]實施本發明，可以製備出與人體皮質骨機械性能相當的礦化膠原基股骨頭支撐裝置，能夠滿足臨床上治療早期股骨頭壞死、防止壞死股骨頭繼續塌陷的需求。該裝置所用材料具有膠原和納米鈣磷鹽等人體天然骨組織的主要成分，且納米鈣磷鹽和膠原分子自組裝成與天然骨中類似的微觀結構，在成分和結構上均為骨細胞的貼附和增殖提供了極佳的微環境。因此，本發明所提供的礦化膠原基股骨頭支撐裝置具備良好的生物相容性和優異的機械性能，能夠避免目前臨床上股骨頭治療方法的諸多缺點，具有廣闊的應用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發明實施例所述的礦化膠原基股骨頭支撐裝置製備工藝流程圖；
[0032]圖2為本發明實施例所述的礦化膠原基股骨頭支撐裝置結構示意圖主視圖；
[0033]圖3為本發明實施例所述的礦化膠原基股骨頭支撐裝置結構示意圖俯視圖；
[0034]圖4為本發明實施例所述的礦化膠原基股骨頭支撐裝置結構示意圖A-A剖視圖；
[0035]圖5為本發明實施例所述的礦化膠原基股骨頭支撐裝置的壓縮強度應力-應變曲線圖；
[0036]圖6為本發明實施例所述的礦化膠原基股骨頭支撐裝置的實物照片。

【具體實施方式】
[0037]為了更好的說明本發明的內容，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
[0038]圖1所示為本發明實施例所述的礦化膠原基股骨頭支撐裝置製備工藝流程圖。根據圖1所示步驟，礦化膠原基股骨頭支撐裝置的製備過程為:
[0039]步驟Sl-1、將5g膠原溶於1L濃度為0.5mol/L的醋酸溶液，配製成膠原的酸溶液；
[0040]步驟S1-2、持續攪拌步驟Sl-1所得溶液，緩慢滴加IL濃度為lmol/L的CaCl2溶液；
[0041]步驟S1-3、持續攪拌步驟S1-2所得溶液，緩慢滴加IL濃度為0.6mol/L的Na2HPO4溶液；
[0042]步驟S1-4、持續攪拌步驟S1-3所得溶液，緩慢滴加lmol/L的NaOH溶液至混合體系 pH=7 ；
[0043]步驟S1-5、將步驟S1-4所得混合體系靜置48小時，過濾出沉澱，並用去離子水離心洗滌5次，隨後進行冷凍乾燥，研磨後獲得乾粉備用；
[0044]步驟S2-1、稱取6g步驟S1-5所得的乾粉，裝入直徑Ilmm的模具凹槽中；
[0045]步驟S2-2、向模具加壓並達到10kN,然後解除壓力，將模具中成形的初始棒料取出，上下翻轉後再裝入模具中，重新向模具施加壓力並達到10kN;
[0046]步驟S2-3、保持壓力90秒，脫模後獲得礦化膠原棒料；
[0047]步驟S3-1、將步驟S2-3製得的礦化膠原棒料裝卡在車床的三爪卡盤上，用直徑4.0mm的鑽頭沿棒料中軸線從棒料的一端開始鑽孔,待鑽入棒料一半長度後,取下棒料,反向裝卡在三爪卡盤上，從棒料的另一端開始鑽孔，直至形成通孔；
[0048]步驟S3-2、取下步驟S3-1製得的具有通孔的礦化膠原棒料，套在直徑4.0mm的工裝上，裝卡在車床的三爪卡盤上，進行外緣切削，直至外徑達到1mm ；
[0049]步驟S3-3、在礦化膠原棒料的外表面車削螺紋，螺紋寬度為0.5mm,深度為0.5mm,螺距為2.0mm ；
[0050]步驟S3-4、取下礦化膠原棒料，將兩端進行45°倒角，製得礦化膠原基股骨頭支撐裝置。
[0051]圖2所示為本發明實施例所述的礦化膠原基股骨頭支撐裝置結構示意圖主視圖，圖3所示為本發明實施例所述的礦化膠原基股骨頭支撐裝置結構示意圖俯視圖，圖4所示為本發明實施例所述的礦化膠原基股骨頭支撐裝置結構示意圖A-A剖視圖。該礦化膠原基股骨頭支撐裝置為具有豎直通孔的圓柱體，外徑為10.0mm,通孔直徑為4.0mm,長度為32.0mm。該礦化膠原基股骨頭支撐裝置的外表面具有螺紋，螺紋寬度為0.5mm,深度為
0.5謹，螺距為2Ctam。
[0052]圖5為本發明實施例所述的礦化膠原基股骨頭支撐裝置的實物照片。
[0053]圖6為本發明實施例所述的礦化膠原基股骨頭支撐裝置的壓縮強度應力-應變曲線圖。從圖上可以看出，該礦化膠原基股骨頭支撐裝置在其軸向上的最大載荷為4700N。
[0054]本發明是根據特定實施例進行描述的，但本領域的技術人員應明白在不脫離本發明範圍時，可進行各種變化和等同替換。此外，為適應本發明技術的特定場合或材料，可對本發明進行諸多修改而不脫離其保護範圍。因此，本發明並不限於在此公開的特定實施例，而包括所有落入到權利要求保護範圍的實施例。
【權利要求】
1.一種礦化膠原基股骨頭支撐裝置，其特徵在於，該裝置使用緻密的均質有機/無機複合材料製成，其中， 有機相包括膠原， 無機相包括納米鈣磷鹽， 有機相與無機相的質量比為9/1?4/6。
2.根據權利要求1所述的一種礦化膠原基股骨頭支撐裝置，其特徵在於，所述納米鈣磷鹽的粒徑為20?200nm，鈣元素和磷元素的摩爾比為1/1?2/1。
3.根據權利要求1所述的一種礦化膠原基股骨頭支撐裝置，其特徵在於，該裝置為具有豎直通孔的圓柱體，外徑為9.0?11.0mm，通孔直徑為4.0?5.0mm，長度為30.0?38.0mm0
4.根據權利要求1所述的一種礦化膠原基股骨頭支撐裝置，其特徵在於，該裝置的外表面粗糙度Ra為3.2?25.0 μ m。
5.根據權利要求1所述的一種礦化膠原基股骨頭支撐裝置，其特徵在於，該裝置的外表面具有螺紋，螺紋寬度為0.25?1.0mm,深度為0.2?0.8mm,螺距為1.5?2.5mm。
6.根據權利要求1所述的一種礦化膠原基股骨頭支撐裝置，其特徵在於，該裝置在其軸向上的抗壓強度為4000?6000N。
7.一種製備權利要求1所述礦化膠原基股骨頭支撐裝置的方法，其特徵在於包括以下步驟: 步驟S1、礦化膠原粉體的製備，具體包括: 步驟S1-1、將膠原溶於鹽酸、硝酸或醋酸中的任何一種，配製成膠原的酸溶液，其中膠原濃度為 5.0XlO-5 ?5.0XlO^VmL ； 步驟S1-2、持續攪拌步驟Sl-1所得溶液，緩慢滴加含鈣離子的溶液，鈣離子的加入量為每克膠原對應加入鈣離子0.01?0.16mol ； 步驟S1-3、持續攪拌步驟S1-2所得溶液，緩慢滴加含磷酸根離子的溶液，磷酸根離子的加入量與步驟S1-2中鈣離子加入量的摩爾比為Ca/P=l/1?2/1 ； 步驟S1-4、持續攪拌步驟S1-3所得溶液，緩慢滴加NaOH溶液至混合體系pH=6?8，當pH=5?6時,混合體系開始出現沉澱，當pH=7時,混合體系出現白色懸池液； 步驟S1-5、將步驟S1-4所得混合體系靜置24?120小時，分離出沉澱並洗去雜質離子，隨後進行冷凍乾燥，研磨後獲得礦化膠原粉體備用。 步驟S2、礦化膠原棒料的壓製成型，具體包括: 步驟S2-1、稱取一定量步驟S1-5獲得的礦化膠原粉體，裝入直徑9.0?11.0mm的圓柱形模具中； 步驟S2-2、向模具施加壓力，並使施加在礦化膠原粉體上的壓強達到900?1200MPa.，然後解除壓力，將模具中成形的初始棒料取出，上下翻轉後再裝入模具中，重新向模具施加壓力，並使施加在礦化膠原初始棒料上的壓強達到900?1200MPa ； 步驟S2-3、保持壓力30?300秒，脫模後獲得礦化膠原棒料。 步驟S3、礦化膠原棒料的機加工，具體包括: 步驟S3-1、將步驟S2-3製得的礦化膠原棒料裝卡在車床的三抓卡盤上，用直徑4.0?.5.0mm的鑽頭沿棒料中軸線從棒料的一端開始鑽孔,待鑽入棒料一半長度後,取下棒料,反向裝卡在三抓卡盤上，從棒料的另一端開始鑽孔，直至形成通孔； 步驟S3-2、取下步驟S3-1製得的具有通孔的礦化膠原棒料，套在直徑4.0?5.0mm的工裝上，裝卡在車床的三抓卡盤上，進行外緣切削，獲得所需的外徑尺寸； 步驟S3-3、在礦化膠原棒料的外表面車削螺紋，螺紋寬度為0.25?1.0mm,深度為.0.2 ?0.8mm,螺距為 1.5 ?2.5mm ; 步驟S3-4、取下礦化膠原棒料，將兩端進行45°倒角，製得本發明第一方面所述的礦化膠原基股骨頭支撐裝置。
【文檔編號】A61L27/42GK104436308SQ201310433477
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】楊述華, 王昶明, 仇志燁, 崔福齋, 劉先哲, 許偉華, 葉樹楠, 王晶, 張義平, 李亞莉 申請人:楊述華, 崔福齋