多層復(fù)合鍍膜鎂金屬骨科內(nèi)固定螺釘
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人： 張翼鋒
南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院 博士
目前中國已經(jīng)進(jìn)入老齡化社會(huì)，據(jù) Peng Chen 統(tǒng)計(jì)，2008 年我國國民骨質(zhì)疏松發(fā)生率大約為 14.94%，而到 2015 年這個(gè)數(shù)字成為了 27.96%。相對(duì)年輕人的骨折，老年骨質(zhì)疏松骨折較難愈合，而且老年人耐受手術(shù)的能力也比較差，二次手術(shù)取出骨折固定物時(shí)發(fā)生意外的危險(xiǎn)會(huì)增加。
所以臨床矯形外科和材料學(xué)界一直在尋找一種骨折內(nèi)固定材料，它應(yīng)具備很好的成骨能力以有效促進(jìn)骨質(zhì)疏松骨折愈合，并且自身能夠在體內(nèi)降解從而避免二次手術(shù)。
研究組負(fù)責(zé)人張翼鋒博士在 2011 到 2016 期間發(fā)現(xiàn)了純鎂髓內(nèi)釘植入到大鼠的股骨遠(yuǎn)端（非骨折模型）之后在皮質(zhì)骨骨膜下方產(chǎn)生了大量的新鮮骨。這一反應(yīng)伴隨著感覺神經(jīng)遞質(zhì)降鈣素基因相關(guān)多肽（α-CGRP）在皮質(zhì)骨周圍和同側(cè)背根神經(jīng)節(jié)（DRG）兩個(gè)部位的實(shí)質(zhì)性增加。
如下圖為鎂金屬在體內(nèi)顯著的成骨效應(yīng)。從內(nèi)固定物中釋放出來的鎂離子在促進(jìn) CGRP為媒介的成骨分化方面發(fā)揮了顯著的作用，解答了近年來對(duì)鎂基內(nèi)固定物調(diào)節(jié)成骨機(jī)制的未解難題，提示鎂離子在骨科領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。
但是直接應(yīng)用鎂金屬固定骨折是困難的——原因在于：鎂金屬降解過快導(dǎo)致力學(xué)強(qiáng)度下降和高濃度鎂離子造成的骨吸收。
本項(xiàng)目擬對(duì)鎂金屬表面進(jìn)行復(fù)合鍍膜處理，用鍍膜鎂金屬直接固定骨折，控制鎂金屬表面降解保持其骨折愈合期間的力學(xué)強(qiáng)度，優(yōu)化鎂金屬的成骨作用，最終促進(jìn)成骨并避免二次手術(shù)。
01
第一代鎂金屬表面多層膜
第一代鎂金屬表面多層膜采用：內(nèi)層氫氟酸/磷酸處理，最外層聚乳酸（PLA）包裹，中間層氰基丙烯酸粘合內(nèi)外層膜。形成的三層復(fù)合膜與鎂金屬表面黏附力很強(qiáng)，具備很強(qiáng)的耐受手術(shù)過程中機(jī)械摩擦的作用。
有效控制鎂金屬在體內(nèi)的降解，維持鎂金屬在骨折愈合期間的力學(xué)強(qiáng)度，并優(yōu)化了鎂金屬的成骨效應(yīng)。
Our 1st generation multi-coating on Mg substrate.
02
第二代鎂金屬表面多層膜
我們的第二代復(fù)合膜用PTMC代替PLA，避免了PLA在體內(nèi)龜裂式降解的現(xiàn)象，形成layer-by-layer式降解，同時(shí)最內(nèi)層采用高溫160oC水蒸氣氧化鎂金屬表面形成高強(qiáng)度MgOH微納結(jié)構(gòu)，中間層用硬脂酸親脂化并粘合內(nèi)外層膜。
Our 2nd generation multi-coating on Mg substrate.
本研究公開了一種表面多重防護(hù)層的鎂或鎂合金材料或器件及制作方法。
本研究提供的表面多重防護(hù)處理的鎂/鎂合金材料或器件，旨在減緩鎂/鎂合金在生理環(huán)境中初期力學(xué)衰減和提高其耐蝕性能，有效延長其服役期。
本研究防護(hù)處理包括：
1）制作鎂/鎂合金基體并對(duì)基體表面進(jìn)行清洗；
2）在鎂/鎂合金基體表面進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化處理，于其表面生成一層厚度為數(shù)納米的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜；
3）在化學(xué)轉(zhuǎn)化膜上涂覆一層膠粘層；
4）在膠粘層外表面涂覆可降解聚合物膜。
本研究提供的表面多重防護(hù)處理的鎂/鎂合金材料或器件，可用于生物醫(yī)用植入或介入治療，具有人體生理環(huán)境中初期耐蝕性能好、滿足醫(yī)療臨床要求，最終在體內(nèi)可降解的優(yōu)點(diǎn)。