一种医用钛合金螺钉

本发明涉及医疗器件，具体涉及一种正向减摩、反向增摩的特殊医用钛合金螺钉。

背景技术：

1、随着人口老龄化的发展，其带来的问题也更加显著，衰老将导致人体下肢承重部位的劳损及功能退化，进而引起关节部位的病患甚至功能的丧失，如骨质疏松、关节炎症和损伤等。为了治疗这些疾病，有时需要在骨骼中引进植入物，医用钛合金螺钉作为临床中常用于固定的骨科内植入物，通常用于内部骨折或脱位的固定，通过直接拧入两个不同骨块或固定骨板等内植入物实现骨折的固定，定位骨骼并促进其痊愈。在骨植入的过程中起到非常重要的作用。内固定系统能否正常工作，与螺钉的力学性能和生物相容性有着直接的关系。随着人们生活水平的提高和医疗水平的快速发展，人们对植入器件的要求也随之增高。钛合金螺钉的结构优化与性能改善，对医疗器件的安全性、稳定性和有效性具有非常重要意义。

2、虽然钛合金具有良好的生物相容性，但是它的耐磨性、耐腐蚀性相对较差，在自然环境下，钛合金表面会产生一层钝化膜，但是它在实际植入体时，各构件之间，构件与自体骨之间会不自觉产生一定的相对运动，自然条件下产生的薄钝化膜非常容易被划穿、剥落，此时人体内复杂的生理环境就会腐蚀植入物。正是由于钛合金的生物活性和耐磨损性、耐腐蚀性较差，才使得其在作为生物植入体长期的使用过程中，易造成钛合金螺钉的松动，造成内固定失败等。螺钉与骨头的松动及其耐磨损性、耐腐蚀性差等问题，已经成为国内外骨科学者关注的热点和亟待解决的难点。

3、研究人员通过大量的研究发现，螺钉的稳定性与其几何形态有着密切的关系，通过改变螺钉长度、直径、螺纹间距、减小牙型角、设计新型椎弓根螺钉(如可膨胀螺钉、可灌注螺钉)等来提高螺钉的生物力学稳定性。然而一味地增加长度可能会损伤脊椎附近的血管以及器官；大直径螺钉可提供更好的生物力学稳定性，但增加了骨头破裂的风险；螺钉置入深度超过一定值以后不仅效果无明显改善而且可能会产生一定的危害，比如当椎弓根螺钉穿透椎体前缘皮质>2mm时，内脏、血管损伤的风险大增，所以需谨慎操作；使用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)等骨黏固剂进行钉道强化可增加椎弓根螺钉在骨质疏松椎体中的抗拔出力。但使用骨黏固剂强化存在渗漏、肺栓塞、毒性反应等并发症。为了更好地解决钛合金螺钉与骨头的把持力，改善钛合金长期固定因耐磨损性差造成的松动等问题，许多的方法被运用于改善钛合金螺钉表面的把持力、耐磨损性及生物相容性。公开号cn105013020a的中国申请发明专利公开了一种钽层椎弓根螺钉及其制备方法，它采用气相沉积法的方法，在钛合金表面制备出钽涂层，动物实验和临床应用效果证明这种方法可以明显增强螺钉与周围骨组织的结合力，并且可以明显促进新生骨组织的生长；公开号cn105640638 a的中国申请发明专利公开了一种椎弓根螺钉结构，该螺钉螺纹主要包括粗牙部和细牙部，螺钉由螺钉头部、细牙部和粗牙部组成，可以有效提高螺钉的把持力和固定效果。公开号cn102512238a的中国申请发明专利公开了一种具有特殊表面形态的椎弓根螺钉及其制备方法，它采用喷砂、酸蚀和碱热等方法，使得螺钉的全部或部分节段具有特殊的表面形态，既粗糙面形态、粗化表面形态和活化表面形态及其它们的组合。公开号cn115154676a的中国申请发明专利公开了一种生物固定型椎弓根螺钉及其制备方法与应用，所述生物固定型椎弓根螺钉依据椎体不同部位接触的骨质结构及承载力学性能进行功能分区差异化设计，使其实现由机械固定向生物内锁固定的转化，最终经过骨整合作用获得良好的永久固定，有效克服既往椎弓根螺钉松动、拔出和折断等并发症。公开号cn217408938u的中国申请发明专利公开了一种加压固定型椎弓根螺钉，该椎弓根螺钉的两端采用双螺纹结构，前中螺纹部的螺纹分布稀疏、后螺纹部的螺纹分布密集，前中部宽距、锐利的螺纹有利于在椎弓根松质骨内高效开路前行，后部窄距、略钝的螺纹有利于增加螺钉在椎弓根内的把持力，防止螺钉退出而导致的内固定失效。

4、然而通过改变钛合金螺钉的结构(长度、螺纹间距、直径等)所能提高的效果是有限的，而且依旧没有改善生物相容性和耐磨损性等性能。一般的涂层修饰方法制备的表面负载涂层机械性能及涂层与基体的结合强度较差，容易导致涂层从基体上脱落，有些涂层的制备工艺复杂且很难精准控制，其他的物理化学法又会造成表面形貌的不可控，从而会降低集体的耐磨损性能和抗腐蚀性能。

5、目前临床急需一种性质稳定、生物相容性良好并且与骨头的结合力紧密的钛合金螺钉。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种正向减摩、反向增摩的特殊医用钛合金螺钉。

2、为了实现上述目的，本发明涉及的一种医用钛合金螺钉，具体由以下表面处理方法制备而成：

3、(1)去除钛合金螺钉表面油污；

4、(2)然后以钛合金螺钉为阳极、以铂片为阴极，以含氟化铵的乙二醇水溶液为电解液，进行氧化，取出氧化后的钛合金螺钉洗净烘干备用；

5、(3)螺纹牙顶与靠近尖端的螺纹牙底之间的斜面为第一斜面，螺纹牙顶与远离尖端的螺纹牙底之间的斜面为第二斜面，利用激光在上述氧化处理后的第二斜面制备等间距排布的若干条条纹。

6、具体地，条纹方向由螺纹牙顶指向螺纹牙底且与螺纹牙顶垂直。

7、具体地，含氟化铵的乙二醇水溶液中nh4f的含量为0.5wt％，蒸馏水和乙二醇的体积比为9:1。

8、具体地，条纹宽度w＝40-50um，间距λ＝90-110um，深度d＝8.5-9.7um。优选地，具体地，条纹宽度w＝45um，间距λ＝100um，深度d＝9.2um。

9、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

10、1、处理后朝向螺钉尖端的斜面在干燥环境中摩擦力减小，而远离螺钉尖端的斜面在组织液环境或牛血清环境中摩擦力增大，实现钛合金螺钉正向减摩、反向增摩的效果；

11、2、氧化处理和激光处理都有利于提高螺钉表面的生物相容性；

12、3、通过阳极氧化在螺钉表面形成二氧化钛纳米管，纳米管可以容纳促生长因子和药物，同时纳米管能够增加膜的粘附性，为后续水凝胶提供锚点，提高水凝胶表面结合力。

技术特征：

1.一种医用钛合金螺钉，其特征在于，由以下表面处理方法制备而成：

2.根据权利要求1所述的医用钛合金螺钉，其特征在于，条纹方向由螺纹牙顶指向螺纹牙底且与螺纹牙顶垂直。

3.根据权利要求1所述的医用钛合金螺钉，其特征在于，含氟化铵的乙二醇水溶液中nh4f的含量为0.5wt％，蒸馏水和乙二醇的体积比为9:1。

4.根据权利要求1所述的医用钛合金螺钉，其特征在于，条纹宽度w＝45um，间距λ＝100um，深度d＝9.2um。

技术总结
本发明提供了一种医用钛合金螺钉，其包括如下步骤：将由以下制备方法制备而成，然后以钛合金螺钉为阳极、以铂片为阴极，电解液中进行氧化，利用激光在螺纹牙顶与远离尖端的螺纹牙底之间的斜面织构出条纹，条纹方向由螺纹牙顶指向螺纹牙底且与螺纹牙顶垂直，处理后朝向螺钉尖端的斜面在干燥环境中摩擦力减小，而远离螺钉尖端的斜面在组织液环境或牛血清环境中摩擦力增大，实现钛合金螺钉正向减摩、反向增摩的效果，生物相容性好,表面构建的二氧化钛纳米管可以容纳促生长因子和药物。

技术研发人员：张刚强,张亚龙
受保护的技术使用者：青岛大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16