[发明专利]一种生物固定型椎弓根螺钉及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种生物固定型椎弓根螺钉，其特征在于，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，包括三个不同功能分区设计：

(1)在所述螺钉的钉体根部设计具有粗糙界面的皮质骨螺纹，用于连接脊柱皮质骨部分，增强结合强度；(2)在所述螺钉钉体头部设计仿天然骨组织宏观微孔结构，用于促进宿主骨组织长入，增加骨长入整合能力；(3)在所述螺钉整体表面设计具有微纳拓扑结构的生物活性表界面，用于促进骨诱导能力，加强与宿主骨组织生物固定。

2.根据权利要求1所述的生物固定型椎弓根螺钉，其特征在于，所述螺钉的钉体根部包括实心致密结构和密性短间距螺纹结构；所述螺钉钉体头部包括仿生类骨多孔结构和疏性长间距螺纹结构；所述螺钉整体表面包括纳米尺度拓扑结构及其毛细微孔。

3.根据权利要求1所述的生物固定型椎弓根螺钉，其特征在于，其主要固定方式是通过宿主骨组织长入螺钉内部仿生微孔道，实现骨性整合形成生物固定。

4.一种生物固定型椎弓根螺钉的制备方法，其特征在于，采用3D打印技术在毫米尺度实现螺钉宏观外形的个性化尺寸定制；通过有限元分析模拟脊柱应力情况，构建生物固定型椎弓根螺钉力学仿生多孔结构，并在微米尺度实现微观仿生力学孔结构的定制；通过表面活化技术，在所述螺钉整体表面构建生物活性界面。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)重建椎体骨质模型；

b)根据重建的椎体骨质模型，设计构建椎弓根螺钉的宏观螺钉外尺寸结构；

c)通过有限元仿真，分析植入椎体内真实应力情况，设计构建生物固定型椎弓根螺钉的钉体头部结构，构建类骨小梁多孔结构，达成力学仿生；

d)设计构建生物固定型椎弓根螺钉的钉体根部结构，部分钉体采取仿皮质骨螺纹粗糙面，用于实现螺钉与皮质骨的高强度机械锁合；

e)通过3D打印成形生物固定型椎弓根螺钉的整体结构；

e)对3D打印成形的生物固定型椎弓根螺钉表面进行生物活化，设计构建生物固定型椎弓根螺钉的整体表面生物活化结构。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)具体为：基于患者个体化病损CT数据，用MIMICS软件识别并重建椎体骨质模型。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，利用激光选区熔融技术个性化定制生物固定型椎弓根螺钉的宏观外形与仿生类骨多孔结构。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，利用碱热、烧结与电沉积技术构建生物固定型椎弓根螺钉纳米尺度的生物活性涂层。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤e)具体为：将3D打印所得的椎弓根螺钉进行碱处理，浸泡在NaOH溶液中反应一小时，浓度控制为5mol/L，温度控制为60℃；在椎弓根螺钉表面生成水凝胶后，烘干并进行烧结热处理，在600℃保温1h，升温速率10℃/min，随炉冷却；热处理后，通过电化学沉积的方法在表面沉积纳米级类骨磷灰石涂层。

10.一种生物固定型椎弓根螺钉的应用，其特征在于，将其用于人体颈椎、腰椎的固定和支撑。