阅读说明：本技术 一种接骨用钛钉的表面处理工艺及钛钉 (Surface treatment process of titanium nail for bone setting and titanium nail ) 是由 徐仲棉 徐益波 张立法 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：一种接骨用钛钉的表面处理工艺及钛钉,通过对钛钉表面进行粗化处理,包括喷砂、酸蚀、喷砂和酸蚀相结合、阳极氧化、微弧氧化或阳极氧化和微弧氧化相结合中的一种,使表面获得粗糙或多孔结构,然后采用冻干的方式去除粗糙或多孔结构内部的残留液体,再进行真空抽滤方式进行透明质酸,从而使钛钉表面具有仰制骨质表面粘附性生长的特定能力,使钛钉驱除与骨生物较好的相容性,最终获得轻松的取钉效果,减少手术时间及患者痛苦。(A surface treatment process of a titanium nail for bone setting and the titanium nail are provided, the surface of the titanium nail is roughened, the roughening treatment comprises one of sand blasting, acid etching, combination of sand blasting and acid etching, anodic oxidation, micro-arc oxidation or combination of anodic oxidation and micro-arc oxidation, so that a rough or porous structure is obtained on the surface, then residual liquid inside the rough or porous structure is removed in a freeze-drying mode, and hyaluronic acid is carried out in a vacuum filtration mode, so that the surface of the titanium nail has the specific capacity of inhibiting the adhesion growth of a bone surface, the titanium nail is prevented from having better compatibility with bone organisms, the easy nail taking effect is finally obtained, and the operation time and the pain of a patient are reduced.)

一种接骨用钛钉的表面处理工艺及钛钉

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种接骨用钛钉以及该钛钉的表面处理工艺。

背景技术

本文中提到的钛钉是一种应用于医疗器械的固定钉，其与接骨板配合使用来实现骨折、骨块的固定，效果显著。

但目前钛基材料的骨科植入钉（即钛钉）在痊愈后取出时，由于钛基材料具有较好的生物相容性，会导致取钉时较为困难或无法取出，给术者带来极大的取钉风险隐患，同时给患者带来再次的痛苦。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种接骨用钛钉的表面处理工艺，其通过钛钉表面的处理，驱除钛钉与人体的生物相容性。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种惰性接骨用钛钉的表面处理工艺，包括：

1）利用无水乙醇、丙酮或金属表面除油剂中的一种或多种浸泡钛钉样品，然后进行超声波清洗以去除样品表面污渍；

2）对钛钉样品表面进行粗化处理，包括喷砂工艺、酸蚀工艺、喷砂工艺和酸蚀工艺相结合、阳极氧化工艺、微弧氧化工艺或阳极氧化工艺和微弧氧化工艺相结合中的一种，使钛钉样品表面呈多孔结构；

3）将粗化处理后的钛钉样品进行冻干处理，从而去除钛钉样品表面的多孔结构内的残留液体；

4）在钛钉样品表面进行真空抽滤负载透明质酸工艺，从而使透明质酸附着在多孔结构内。

进一步，所述的喷砂工艺包括：选用40～100目大小的砂粒，然后在气压为0.2～0.8Mpa的环境下，持续对钛钉样品表面进行喷砂，持续时间为1～5分钟，完毕后放入纯水内清洗并干燥。在喷砂过程中能够形成不同大小的钛钉表面多孔结构，并且钛钉表面多孔结构的大小、数量均与砂粒目数的大小、气压大小以及持续时间的长短呈正比。

进一步，所述的酸蚀工艺包括：将钛钉样品放入配有硫酸、盐酸、氢氟酸的溶液内，持续5～30分钟，完毕后放入纯水内清洗并干燥。在酸蚀过程中，钛钉表面多孔结构的大小、数量均与放入溶液中的时间呈正比。

进一步，所述的阳极氧化工艺包括：将钛钉样品放入阳极氧化的电解液中，然后在20～100V的电压下，持续氧化3～30分钟，完毕后放入纯水内清洗并干燥。在阳极氧化过程中，钛钉表面多孔结构的大小、数量与阳极氧化的电压与持续氧化时间呈正比。

进一步，所述的微弧氧化工艺包括：将钛钉样品放入微弧氧化的电解液中，选用微弧氧化电源参数的截止电压为360V～480V，电流密度为0.05mA/cm²～0.7 mA/cm²，反应时间为30S～200S，完毕后放入纯水内清洗并干燥。在微弧氧化过程中，钛钉表面多孔结构的大小、数量与微弧氧化中的截止电压和反应时间呈正比，与电流密度呈反比。

进一步，所述的冻干处理包括：

1）将冻干机冷阱的温度设置在-20℃并进行持续0.5～1小时的预冷；

2）将钛钉样品放入冻干机真空室内密封后再进行抽气，同时等待冻干机冷阱的温度降至-40℃～-50℃；

3）当抽气至内部真空度为13～15Pa时开始计时，持续1～10小时；

4）结束后将钛钉样品取出。通过冻干工艺能够有效去除多孔结构内部的残留液体，保证样品多孔结构内的干燥、整洁。

作为优选，钛钉样品在放入冻干机真空室前先在-18℃～-80℃环境下冷冻12～24小时，可以使钛钉样品具有更好的干燥性。

进一步，所述的真空抽滤负载透明质酸工艺包括：

1）配置透明质酸溶液；

2）通过滴涂、旋涂、浸泡中的一种或多种方法，使配置好的透明质酸溶液浸润涂敷样品的部分或全部表面；

3）将涂敷好的钛钉样品放置在冻干机真空室、真空干燥箱或抽滤漏斗内进行抽气；

4）当抽气至内部真空度为10～20Pa时开始计时，持续0.2～10小时。当抽气内部真空度的压强和持续时间增加时，在多孔结构上附着透明质酸的效果更好。

5）抽气结束后将冻干机真空室、真空干燥箱或抽滤漏斗内进行放空处理，使内部压力瞬间增大至大气压；

6）取出样品。

一种接骨用钛钉，该钛钉通过上述各个接骨用钛钉的表面处理工艺制得。

本发明的有益效果在于：通过对钛钉表面进行粗化处理，包括喷砂、酸蚀、喷砂和酸蚀相结合、阳极氧化、微弧氧化或阳极氧化和微弧氧化相结合中的一种，使表面获得粗糙或多孔结构，然后采用冻干的方式去除粗糙或多孔结构内部的残留液体，再进行真空抽滤方式进行透明质酸，从而使钛钉表面具有仰制骨质表面粘附性生长的特定能力，使钛钉驱除与骨生物较好的相容性，最终获得轻松的取钉效果，减少手术时间及患者痛苦。

附图说明

无。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

一种接骨用钛钉的表面处理工艺：

实施例一

1）利用无水乙醇、丙酮或金属表面除油剂中的一种或多种浸泡钛钉样品，然后进行超声波清洗以去除样品表面污渍；

2）选用40目大小的砂粒，然后在气压为0.2Mpa的环境下，持续对钛钉样品表面进行喷砂，持续时间为2分钟，完毕后放入纯水内清洗并干燥。

3）将冻干机冷阱的温度设置在-20℃并进行持续1小时的预冷；

4）将钛钉样品放入冻干机真空室内密封后再进行抽气，同时等待冻干机冷阱的温度降至-45℃；

5）当抽气至内部真空度为14Pa时开始计时，持续12小时；

6）结束后将钛钉样品取出；

7）配置透明质酸溶液；

8）通过滴涂、旋涂、浸泡中的一种或多种方法，使配置好的透明质酸溶液浸润涂敷样品的部分或全部表面；

9）将涂敷好的钛钉样品放置在冻干机真空室、真空干燥箱或抽滤漏斗内进行抽气；

10）当抽气至内部真空度为15Pa时开始计时，持续12小时。

11）抽气结束后将冻干机真空室、真空干燥箱或抽滤漏斗内进行放空处理，使内部压力瞬间增大至大气压；

12）取出样品。

实施例二

在本实施例中，将实施例一的步骤2）中的砂粒大小选为100目大小，其余条件均与实施例一相同。

实施例三

在本实施例中，将实施例一的步骤2）中的气压大小选为0.8Mpa，其余条件均与实施例一相同。

综合对比实施例一、二、三，砂粒目数越大，并且气压越大的情况下，钛钉表面生产的多孔结构就越多，并且多孔的孔径也越大，选用喷砂工艺在操作性上非常简单，易于实现，但是形成的多孔结构均匀不一，很容易使附着在表面上的透明酸质脱落，而无法达到非常好的取钉效果。并且通过喷砂工艺制得的钛钉表面的孔径相对较大，主要应用于钛钉尺寸相对较大的情况。

实施例四

1）利用无水乙醇、丙酮或金属表面除油剂中的一种或多种浸泡钛钉样品，然后进行超声波清洗以去除样品表面污渍；

2）将钛钉样品放入配有硫酸、盐酸、氢氟酸的溶液内，持续5分钟，完毕后放入纯水内清洗并干燥。

3）将冻干机冷阱的温度设置在-20℃并进行持续1小时的预冷；

4）将钛钉样品放入冻干机真空室内密封后再进行抽气，同时等待冻干机冷阱的温度降至-45℃；

5）当抽气至内部真空度为14Pa时开始计时，持续12小时；

6）结束后将钛钉样品取出；

7）配置透明质酸溶液；

8）通过滴涂、旋涂、浸泡中的一种或多种方法，使配置好的透明质酸溶液浸润涂敷样品的部分或全部表面；

9）将涂敷好的钛钉样品放置在冻干机真空室、真空干燥箱或抽滤漏斗内进行抽气；

10）当抽气至内部真空度为15Pa时开始计时，持续12小时。

11）抽气结束后将冻干机真空室、真空干燥箱或抽滤漏斗内进行放空处理，使内部压力瞬间增大至大气压；

12）取出样品。

实施例五

在本实施例中，将实施例四的步骤2）中的持续时间，延长至30分钟，其余条件均与实施例四相同。

综合对比实施例四和实施例五，进行酸蚀的时间越长，则钛钉表面的多孔结构则越多，但通过酸蚀工艺制得的钛钉，其表面的多孔结构均匀不一，并且多孔结构相对较小，故在钛钉表面附着透明酸质的效果相对较差，则无法达到非常好的取钉效果。

实施例六

1）利用无水乙醇、丙酮或金属表面除油剂中的一种或多种浸泡钛钉样品，然后进行超声波清洗以去除样品表面污渍；

2）选用50目大小的砂粒，然后在气压为0.3Mpa的环境下，持续对钛钉样品表面进行喷砂，持续时间为2分钟，完毕后放入纯水内清洗并干燥。

3）将钛钉样品放入配有硫酸、盐酸、氢氟酸的溶液内，持续10分钟，完毕后放入纯水内清洗并干燥。

4）将冻干机冷阱的温度设置在-20℃并进行持续1小时的预冷；

5）将钛钉样品放入冻干机真空室内密封后再进行抽气，同时等待冻干机冷阱的温度降至-45℃；

6）当抽气至内部真空度为14Pa时开始计时，持续12小时；

7）结束后将钛钉样品取出；

8）配置透明质酸溶液；

9）通过滴涂、旋涂、浸泡中的一种或多种方法，使配置好的透明质酸溶液浸润涂敷样品的部分或全部表面；

10）将涂敷好的钛钉样品放置在冻干机真空室、真空干燥箱或抽滤漏斗内进行抽气；

11）当抽气至内部真空度为15Pa时开始计时，持续12小时。

12）抽气结束后将冻干机真空室、真空干燥箱或抽滤漏斗内进行放空处理，使内部压力瞬间增大至大气压；

13）取出样品。

综合对比实施例一、实施例四以及实施例六，通过喷砂工艺和酸蚀工艺相结合而相对比单独的喷砂或是酸蚀来说，得到的钛钉表面的多孔结构数量相对较多，并且相对较为均匀，但是多孔结构的大小还是相对较大，不好控制，比较适用于直径相对较大的钛钉。

实施例七

1）利用无水乙醇、丙酮或金属表面除油剂中的一种或多种浸泡钛钉样品，然后进行超声波清洗以去除样品表面污渍；

2）将钛钉样品放入阳极氧化的电解液中，然后在20V的电压下，持续氧化3分钟，完毕后放入纯水内清洗并干燥。

3）将冻干机冷阱的温度设置在-20℃并进行持续1小时的预冷；

4）将钛钉样品放入冻干机真空室内密封后再进行抽气，同时等待冻干机冷阱的温度降至-45℃；

5）当抽气至内部真空度为14Pa时开始计时，持续12小时；

6）结束后将钛钉样品取出；

7）配置透明质酸溶液；

8）通过滴涂、旋涂、浸泡中的一种或多种方法，使配置好的透明质酸溶液浸润涂敷样品的部分或全部表面；

9）将涂敷好的钛钉样品放置在冻干机真空室、真空干燥箱或抽滤漏斗内进行抽气；

10）当抽气至内部真空度为15Pa时开始计时，持续12小时。

11）抽气结束后将冻干机真空室、真空干燥箱或抽滤漏斗内进行放空处理，使内部压力瞬间增大至大气压；

12）取出样品。

实施例八

在本实施例中，将实施例七的步骤2）中的电压增大至100V，其余条件与实施例七完全相同。

实施例九

在本实施例中，将实施例七的步骤2）中的氧化时间增加至30分钟，其余条件与实施例七完全相同。

综合对比实施例七、八、九，阳极氧化的电压越大，并且氧化时间越长，得到的多孔结构就越多并且越大，同时通过阳极氧化得到的钛钉表面的多孔结构，相对较为均匀，但是多孔结构的孔径相对较小，较为适用于直径较小的钛钉，并且阳极氧化的试验成本较高。

实施例十

1）利用无水乙醇、丙酮或金属表面除油剂中的一种或多种浸泡钛钉样品，然后进行超声波清洗以去除样品表面污渍；

2）将钛钉样品放入微弧氧化的电解液中，选用微弧氧化电源参数的截止电压为360V，电流密度为0.05mA/cm²，反应时间为30S，完毕后放入纯水内清洗并干燥。

3）将冻干机冷阱的温度设置在-20℃并进行持续1小时的预冷；

4）将钛钉样品放入冻干机真空室内密封后再进行抽气，同时等待冻干机冷阱的温度降至-45℃；

5）当抽气至内部真空度为14Pa时开始计时，持续12小时；

6）结束后将钛钉样品取出；

7）配置透明质酸溶液；

8）通过滴涂、旋涂、浸泡中的一种或多种方法，使配置好的透明质酸溶液浸润涂敷样品的部分或全部表面；

9）将涂敷好的钛钉样品放置在冻干机真空室、真空干燥箱或抽滤漏斗内进行抽气；

10）当抽气至内部真空度为15Pa时开始计时，持续12小时。

11）抽气结束后将冻干机真空室、真空干燥箱或抽滤漏斗内进行放空处理，使内部压力瞬间增大至大气压；

12）取出样品。

实施例十一

在本实施例中，将实施例十的步骤2）中的截止电压提高至480V，其余条件与实施例十完全相同。

实施例十二中，将实施例十的步骤2）中的电流密度提高至0.7mA/cm²，其余条件与实施例十完全相同。

在实施例十三中，将实施例十的步骤2）中的反应时间提高至200S，其余条件与实施例十完全相同。

综合对比实施例十、十一、十二 、十三，相对高的截止电压、相对较小的电流密度以及相对长的反应时间，可以使钛钉表面的多孔结构更加均匀细致，并且通过不同的上述三个条件的参数设置，可以得到不同大小的多孔结构，从而满足不同钛钉大小的要求，整个微弧氧化工艺的过程相对较为简单，并且容易控制。

实施例十四

1）利用无水乙醇、丙酮或金属表面除油剂中的一种或多种浸泡钛钉样品，然后进行超声波清洗以去除样品表面污渍；

2）将钛钉样品放入阳极氧化的电解液中，然后在20V的电压下，持续氧化5分钟，完毕后放入纯水内清洗并干燥。

3）将钛钉样品放入微弧氧化的电解液中，选用微弧氧化电源参数的截止电压为360V，电流密度为0.1mA/cm²，反应时间为30S，完毕后放入纯水内清洗并干燥。

4）将冻干机冷阱的温度设置在-20℃并进行持续1小时的预冷；

5）将钛钉样品放入冻干机真空室内密封后再进行抽气，同时等待冻干机冷阱的温度降至-45℃；

6）当抽气至内部真空度为14Pa时开始计时，持续12小时；

7）结束后将钛钉样品取出；

8）配置透明质酸溶液；

9）通过滴涂、旋涂、浸泡中的一种或多种方法，使配置好的透明质酸溶液浸润涂敷样品的部分或全部表面；

10）将涂敷好的钛钉样品放置在冻干机真空室、真空干燥箱或抽滤漏斗内进行抽气；

11）当抽气至内部真空度为15Pa时开始计时，持续12小时。

12）抽气结束后将冻干机真空室、真空干燥箱或抽滤漏斗内进行放空处理，使内部压力瞬间增大至大气压；

13）取出样品。

综合对比实施例七、实施例十以及实施例十四，阳极氧化和微弧氧化相结合得到的钛钉表面的多孔结构虽然细致均匀，并且大小可以调配，但是与单独的微弧氧化工艺来说，并没有什么优势，反正使整个过程更加复杂化，增加生产成本。

综合实施例一至实施例十四，直接通过喷砂工艺、酸蚀工艺中的一种或两种共同作用得出的多孔结构较为粗糙并且均匀不一，导致附着的均匀度不一致，从而影响钛钉与人体之间的生物相容性，而直接通过阳极氧化工艺的多孔结构虽然比较细致均匀，但是多孔深度不够，导致附着力度不够，从而使钛钉表面附着效果不佳，并且阳极氧化工艺较为复杂，成本较高，而通过阳极氧化和微弧氧化工艺相结合，虽然多孔结构均匀性较好，但是与单独的微弧氧化工艺相比，整个过程非常复杂，并且成本非常高。而直接通过微弧氧化工艺的钛钉，钛钉表面的多孔结构不仅深度可以通过参数进行调整至适中，并且均匀性好，使透明酸质能够长时间附着在多孔结构内，使用效果好，而在长时间使用后也不会出现分离现象，从而很好的驱除人体与钛钉之间的生物相容性，最终达到非常好的取钉效果。

而通过上述各个实施例制得的一种接骨用的钛钉，可以很好的满足医疗领域中的用于骨折、骨块的固定，当需要分离时，由于钛钉内的透明酸质使钛钉与人体之间的生物相容性驱除，从而在取钉时不会产生取钉困难或无法取出的情况，避免给患者带来取钉痛苦。

以上实施例只是本专利较为优选的方案之一，任何不脱离本技术方案范围内做出的改变，均在本专利的范畴内。