一种多尺度表面结构植入体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多尺度表面结构植入体，提高植入体与活体组织的结合强度并缩短结合时间，提高生物相容性和结合牢固性，具有较高的临床应用价值。它包括微米级的微结构阵列，且所述植入体的表面遍布纳米级孔洞，所述微结构阵列是微金字塔阵列、微倒钩阵列或微沟槽阵列中的任一种；其中，所述微金字塔阵列为等距排列的若干个金字塔，所述金字塔的纵截面为三角形I；所述微倒钩阵列为等距排列的若干个倒钩，所述倒钩的纵截面为上下连接的三角形II和长方形；所述微沟槽阵列为等距排列的若干个沟槽，所述沟槽的纵截面为一倒三角形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多尺度表面结构植入体，具体涉及一种增强组织结合强度和生物相容性的多尺度表面结构植入体及其制备方法。属于医疗

技术介绍
生物医学工程是21世纪最关键、最核心，应用最广泛的
之一，其发展水平很大程度上决定了人类生命的长度和质量。生物医用材料是生物医学工程的重要分支，其最大特点是学科交叉广泛、应用潜力巨大、挑战性强。随着新材料、新技术、新应用的不断涌现，吸引了许多科学家投入这一领域的研究，成为当今研究最活跃的领域之一。其中，植入体作为典型的生物医用材料随着人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加，其应用越来越多，尤其是作为世界人口最多的国家，中国已进入老龄化国家行列，生物材料的市场潜力将更加巨大。然而，植入体领域也存在很多问题，如生物活性差，植入体内后需要较长时间才能与骨组织形成结构和功能上的重构；缺乏骨诱导作用，骨结合强度低，植入体有时候会从骨里脱落，病人不得不忍受再次植入的痛苦，尤其是骨质疏松的老年人植入体成功率较低。因此，改善植入体和活体组织的结合能力是目前面临的一个重要问题。研究证明粗糙的植入体表面不仅可以促进细胞的增殖和分化，还可以促进细胞与骨的结合，提高植入体的生物相容性和力学性能。 L.Scheideler等研究发现,在微结构化的培养基上生长的细胞有更好的固定接触能力。细胞和表面结构的交错结合可以引起机械联锁效应，这可以增强植入体在组织中的固定[Friederike Pfeiffer, Bertram Herzog, Dieter Kern, Lutz Scheideler, JurgenGeis-GerstorferjHartwig Wolburg.Cell reactions to microstructuredimplant surfaces, Microelectronic Engineering67-68, (2003)913-922 (细胞对微结构植入体表面的反应，微机电工程67-68，(2003) 913-922) ；L.Scheideler, J.Geis—Gerstorfer，D.Kern, F.Pfeiffer, F.Rupp, H.Weber, H.Wolburg.1nvestigation ofcell reactions to microstructured implant surfaces.Materials Science andEngineering C23 (2003) 455 - 459](细胞对微结构植入体表面反应研究，材料科学与工程C23(2003)455 - 459)。Sinan Filiz等在PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)材料上加工不同尺寸微倒钩，植入活体后，由于微倒钩的存在，植入体不宜松动和脱落。[Sinan Filiz, LukeXiej Lee E.Weissj 0.B.0zdoganlar.Micromilling of microbarbs for medical implants(微倒钩生物植入体的微统削加工Xlnternational Journal of Machine Tools&Manufacture48 (2008) 459 - 472.] Λ.Yoshida等人在钛棒上加工出具有微粗糙度的螺纹，然后通过阳极氧化在钛棒表面生成一层生物活性的二氧化钛膜，通过动物实验发现粗糙度小于0.1 μ m时，可以使植入体的牵出力矩增加，生物活性增强[Y.Yoshidaj K.Kurodaj R.1chinoj N.Hayashij N.0giharaj Y.Nonaka.1nfluence of surface properties on bioactivityand pull-out torque in cold thread rolled Ti rod—Development of bioactivemetal-forming technology.CIRP Annals-Manufacturing Technology61 (2012) 579 - 582.(表面性能对冷轧螺纹钛棒的生物反应和牵出力矩的影响-具有生物活性金属成形技术的开发)]。以上这些研究的侧重点在植入体表面微米级结构的加工和实验，没有很少涉及纳米尺度的表面改性，单一的尺度带来的效果远没有多尺度表面结构的综合效应优良。国内主要侧重于生物医学材料和表面改性的研究。比如利用阳极氧化和微弧氧化两种电化学方法分别对医用钛材料进行表面改性。赵领洲等利用微弧氧化处理在TLM表面形成一层多孔生物活性氧化层，增大其表面粗糙度并提高其表面湿润性和表面能，体外细胞培养实验发现成骨细胞在微弧氧化表面的早期粘附明显高于抛光表面[赵领洲，张玉梅，魏艳萍，李健学，于振涛.近β钛合金TLM表面处理后表面特性分析及对成骨细胞粘附的影响，稀有金属材料与工程]。多孔钛的多孔结构有利于生物组织长入，有研究人员以碳酸氢铵做造孔剂，采用粉末冶金法制备出多孔钛，经碱处理及热处理表面改性，通过体外模拟研究其生物活性[杨涵崧.生物活性多孔钛医学材料的研究.硕士学位论文.佳木斯大学.2007年]。总之，目前国内外的研究多偏重于单一尺度的研究，在提高植入体生物相容性和结合强度方面仍远远不够。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种多尺度表面结构植入体，是一种应用于骨科内固定的多尺度表面结构植入体，在保证植入体宏观尺寸精度和形状的同时，利用微细加工技术生成微 观结构，利用生物化学方法生成表面纳米结构，其协同作用可提高植入体与活体组织的结合强度并缩短结合时间，提高生物相容性和结合牢固性，具有较高的临床应用价值。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案:一种多尺度表面结构植入体，它包括微米级的微结构阵列，且所述植入体的表面遍布纳米级孔洞，所述微结构阵列是微金字塔阵列、微倒钩阵列或微沟槽阵列中的任一种；其中，所述微金字塔阵列为等距排列的若干个金字塔，所述金字塔的纵截面为三角形I ;所述微倒钩阵列为等距排列的若干个倒钩，所述倒钩的纵截面为上下连接的三角形II和长方形；所述微沟槽阵列为等距排列的若干个沟槽，所述沟槽的纵截面为一倒三角形。所述纳米级孔洞的直径为200 500nm。所述三角形I的底边长为30 50 μ m,高度为20 30 μ m,相邻的两个三角形I之间的间距为80 100 μ m，所述金字塔的尺寸与植入体的植入位置相适应。所述三角形II的顶角为60 100°，底边长为30 120 μ m，所述倒钩的总高度为100 400 μ m，相邻的两个长方形之间的间距为80 100 μ m，所述倒钩的尺寸与植入体的植入位置相适应。所述倒三角形的底部夹角为20 130°，深度为50 IOOym,宽度为50 100 μ m,所述沟槽的尺寸与植入体的植入位置相适应。上述多尺度表面结构植入体的制备方法，具体步骤如下:I)将植入体微加工，使植入体表面形成微结构阵列，所述微结构阵列是微金字塔阵列、微倒钩阵列或微沟槽阵列中的任一种；2)酸蚀处理植入体表面，使植入体表面遍布纳米级孔洞。步骤I)中，所述微结构阵列是微金字塔阵列时，用V型微铣刀在超精密微细铣削机床上加工获本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多尺度表面结构植入体，其特征在于，它包括微米级的微结构阵列，且所述植入体的表面遍布纳米级孔洞，所述微结构阵列是微金字塔阵列、微倒钩阵列或微沟槽阵列中的任一种；其中，所述微金字塔阵列为等距排列的若干个金字塔，所述金字塔的纵截面为三角形I；所述微倒钩阵列为等距排列的若干个倒钩，所述倒钩的纵截面为上下连接的三角形II和长方形；所述微沟槽阵列为等距排列的若干个沟槽，所述沟槽的纵截面为一倒三角形。

【技术特征摘要】
1.一种多尺度表面结构植入体，其特征在于，它包括微米级的微结构阵列，且所述植入体的表面遍布纳米级孔洞，所述微结构阵列是微金字塔阵列、微倒钩阵列或微沟槽阵列中的任一种；其中，所述微金字塔阵列为等距排列的若干个金字塔，所述金字塔的纵截面为三角形I;所述微倒钩阵列为等距排列的若干个倒钩，所述倒钩的纵截面为上下连接的三角形II和长方形；所述微沟槽阵列为等距排列的若干个沟槽，所述沟槽的纵截面为一倒三角形。2.根据权利要求1所述的一种多角度表面结构植入体，其特征在于，所述纳米级孔洞的直径为200 500nm。3.根据权利要求1所述的一种多角度表面结构植入体，其特征在于，所述三角形I的底边长为30 50 μ m，高度为20 30 μ m，相邻的两个三角形I之间的间距为80 100 μ m，所述金字塔的尺寸与植入体的植入位置相适应。4.根据权利要求1所述的一种多角度表面结构植入体，其特征在于，所述三角形II的顶角为60 100°，底边长为30 120 μ m，所述倒钩的总高度为100 400 μ m，相邻的两个长方形之间的间距为80 100 μ m，所述倒钩的尺寸与植入体的植入位置相适应。5.根据权利要求1所述的一种多角度表面结构植入体，其特征在于，所述倒三角形的底部夹角为20 130°，深度为50 100 μ m，宽度为50 100 μ m，所述沟槽的尺寸与植入体的植入位置相适应。6.上述任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：万熠，门博，张东，张蕊，刘战强，王干，艾兴，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：