[发明专利]基于碳纤维增强聚醚醚酮材料的椎体成形螺钉的加工工艺

说明书

本发明公开了一种基于碳纤维增强聚醚醚酮材料的椎体成形螺钉的加工工艺，涉及医用外科材料技术领域。本发明用于解决构建脊柱的长期稳定性需要对椎体成形螺钉的加工工艺、材料和涂层进行改进，使其具有更加良好的生物相容性、成骨性能和抗菌性的技术问题。本发明椎体成形螺钉的加工工艺，步骤包括注塑热压成型、埋入显影钉、生物活性涂层成型和装配成型，螺钉本体和螺帽的多个配件由碳纤维增强聚醚醚酮材料注塑热压成型，具备碳纤维增强聚醚醚酮材料轻巧坚固、耐磨、耐腐蚀、生物相容性好的特点；生物活性涂层通过矿化液的类骨磷灰石沉积，具有良好的生物相容性和成骨性能，有效降低现有椎弓根螺钉应力屏蔽、松动和折断的风险。

技术领域

本发明涉及医用外科材料技术领域，尤其涉及基于碳纤维增强聚醚醚酮材料的椎体成形螺钉的加工工艺。

背景技术

椎弓根螺钉内固定系统由于具有牢固的三维固定效果、良好的生物力学稳定性，临床应用广泛，使得脊柱外科手术疗效更为确切。但随着临床上的广泛应用，出现了椎弓根螺钉松动、拔出及折断等并发症，使内固定手术失败，这就对螺钉的固定强度提出了更高的要求。针对钉杆部改良以提高螺钉轴向拔出力主要有以下几种设计：1、改变椎弓根螺纹的形状、深度，钉杆的直径等；2、螺钉表面材料的改性；在其表面行不同涂层改性，提高骨螺钉界面稳定性；3、骨水泥螺钉的研发；注射材料经孔道弥散在骨组织中；4、可膨胀椎弓根螺钉的研发。

公布号CN111419377A的发明专利公开了一种碳纤维椎弓根螺钉及其制造方法，螺钉本体与钉帽为碳纤维复合聚醚醚酮材质，螺钉本体中设置螺钉定位针，螺钉定位针沿螺钉本体的轴向设置，钉帽中设置钉帽定位针，钉帽定位针在钉帽径向平面内设置，螺钉定位针的设置方向与钉帽定位针的设置方向相互垂直。通过材料改性，使得骨钉材料的模量与骨骼模量接近，解决应力屏蔽和诱导二次骨折问题。但是如果想构建脊柱的长期稳定性，仍然需要对椎体成形螺钉的加工工艺、材料和涂层进行改进，使得椎体成形螺钉具有更加良好的生物相容性、成骨性能和抗菌性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于碳纤维增强聚醚醚酮材料的椎体成形螺钉的加工工艺，用于解决现有技术中构建脊柱的长期稳定性需要对椎体成形螺钉的加工工艺、材料和涂层进行改进，使其具有更加良好的生物相容性、成骨性能和抗菌性的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

基于碳纤维增强聚醚醚酮材料的椎体成形螺钉的加工工艺，包括以下步骤：

注塑热压成型：根据预先设计的固定部、延伸部、钉入部和螺帽的外形尺寸，将碳纤维增强聚醚醚酮材料通过注塑机注塑、120℃下以3～5MPa压力热压成型，分别得到固定部半成品、延伸部半成品、钉入部半成品和螺帽半成品，并在延伸部半成品和螺帽半成品内预留针孔；

埋入显影钉：将钽材料制作成的第一显影钉插入螺帽半成品预留的针孔内，将钽材料制成的第二显影钉插入延伸部半成品预留的针孔内；

生物活性涂层成型：将固定部半成品、延伸部半成品、钉入部半成品和螺帽半成品置于添加有饱和碳酸氢钠溶液的矿化液内，进行类骨磷灰石沉积，得到固定部、延伸部、钉入部和螺帽；

装配成型：在延伸部的装配腔内顶部粘结聚乳酸缓冲板，并将高弹记忆合金丝的一端与聚乳酸缓冲板焊接，另一端与装配腔的内壁焊接；钉入部的安装块旋入装配腔内，螺帽旋入螺纹槽后与固定部固定连接，得到具有螺钉本体和螺帽的椎体成形螺钉。

作为本发明进一步改进的方案，所述碳纤维增强聚醚醚酮材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将短切碳纤维与聚醚醚酮粉料按照重量比0.2～0.4：1混合均匀，通过双螺杆挤出机造粒，得到复合粉料；

步骤二，将复合粉料浸没于浓硫酸内，以600rpm转速磁力搅拌反应5min，减压抽滤，滤饼依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗10min，得到表面多孔的磺酸化粉料；