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的制作方法

1.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：

2.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。
3.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。


技术实现要素：

4.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。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.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：
7.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；
8.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；
9.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；
10.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。
11.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：
12.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；
13.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；
14.步骤三，将磺酸化粉料加入浓度2mg/ml的盐酸多巴胺溶液内，遮光条件下搅拌反应24小时，得到聚多巴胺包覆的磺酸化粉料，加入聚多巴胺包覆的磺酸化粉料重量3～8％的抗菌增容填料，混合搅拌均匀后于-10～-2℃冷冻干燥30min得到碳纤维增强聚醚醚酮材料。
15.作为本发明进一步改进的方案，所述抗菌增容填料的制备方法包括以下步骤：
16.步骤一，将丁炔二酸、聚乙二醇2000和苯依次添加至配备机械搅拌器、回流冷凝管的四口烧瓶内，恒压滴液漏斗滴加浓硫酸，升温至85℃，保温回流搅拌反应24小时，减压浓缩除去苯，加入二氯甲烷溶解浓缩液，加入无水硫酸钠除水，过滤，滤液旋转蒸发除去二氯甲烷，得到聚酯a；
17.步骤二，将聚酯a、对甲氧基苯乙胺分别溶解于四氢呋喃内，得到聚酯a溶液和对甲氧基苯乙胺溶液，聚酯a溶液预先加入四口烧瓶内，缓慢滴加对甲氧基苯乙胺溶液，滴加完毕后搅拌反应30min，缓慢滴加37wt％的甲醛溶液，再滴加乙酸，滴加完毕后避光条件下搅拌反应48小时，减压浓缩除去四氢呋喃，二氯甲烷溶解蒸馏液，饱和碳酸氢钠溶液萃取，-15～-5℃冷冻干燥得到抗菌增容填料。
18.抗菌增容填料的理论化学反应式如下：
[0019][0020]
作为本发明进一步改进的方案，所述丁炔二酸与聚乙二醇2000、苯、浓硫酸的用量
比为1g：5～6g：30～50ml：0.2ml；所述聚酯a与对甲氧基苯乙胺、37wt％的甲醛溶液、乙酸的用量比为3g：0.2～0.4g：0.3g：0.1g。
[0021]
作为本发明进一步改进的方案，所述饱和碳酸氢钠溶液的用量为矿化液质量的5～10％，矿化液由氯化钠、氯化钾、二水氯化钙、六水氯化镁、磷酸二氢钠溶于水中混合搅拌形成，使得na
+
浓度为1mol/l，k
+
浓度为6mmol/l，ca
2+
浓度为26mmol/l，mg
2+
浓度为5mmol/l，po
43-浓度为11mmol/l，cl-浓度为1.2mol/l。
[0022]
作为本发明进一步改进的方案，类骨磷灰石沉积的具体过程为：在37～50℃下孵育1～2小时，重复孵育2次，取出风冷干燥。
[0023]
作为本发明进一步改进的方案，所述延伸部和钉入部的纵截面呈倒置的类梯形状，且延伸部的长度为20～30mm，钉入部的长度为10～20mm；延伸部的外围设有长间距疏外螺纹，钉入部的外围设有短间距密外螺纹。
[0024]
作为本发明进一步改进的方案，所述延伸部的底部设有内凹的装配腔，装配腔的顶部粘结有聚乳酸缓冲板，装配腔的壁部设有内螺纹，钉入部的顶部向外凸出设有安装块，安装块的外围设有与装配腔内螺纹适配的外螺纹；装配腔在延伸部与钉入部装配后的空隙内设有高弹记忆合金丝，高弹记忆合金丝的一端与聚乳酸缓冲板的两侧连接，另一端与装配腔的内壁连接。
[0025]
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0026]
1、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，使得矿化液快速渗入碳纤维与聚醚醚酮表面的孔隙内矿化成型，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、折断的风险；本发明的加工工艺便于根据不同年龄和骨结构的患者进行微米尺度的结构参数定制，利于重建脊柱的长期稳定性；安装时具有短间距密外螺纹的钉入部与椎弓根紧密螺纹机械锁合，具有长间距疏外螺纹的延伸部缓慢旋入与椎弓根结合。
[0027]
2、本发明的碳纤维增强聚醚醚酮材料，将短切碳纤维与聚醚醚酮粉料挤出造粒得到拉伸模量、弯曲模量优良的复合粉料；采用浓硫酸对复合粉料进行磺化处理，磺酸基团的修饰使得硫含量小幅增加，磺酸化粉料的抗菌性和成骨性能改善；多巴胺分子结构中的儿茶酚和氨基具有良好的化学活性，在酸性条件下通过共价键和非共价力的作用粘附沉积在磺酸化粉料表面，提高了机械强度和结构稳定性；配合抗菌增容填料的抗菌效果，使得该碳纤维增强聚醚醚酮材料增强了椎体成形螺钉的抗菌性、成骨性和机械强度。
[0028]
3、本发明的抗菌增容填料，采用丁炔二酸与聚乙二醇2000在酸性条件下发生酯化反应生成聚酯结构，再通过控制对甲氧基苯乙胺、甲醛、乙酸的用量，得到具有对甲氧基苯乙基侧链的聚四氢嘧啶聚合物，嘧啶类聚合物具有良好的抗菌、抗炎生物活性，而且对甲氧基苯乙基侧链的稳定性高，添加至碳纤维增强聚醚醚酮材料后稳定提升椎体成形螺钉的抗菌、抗炎生物活性。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]
图1为本发明椎体成形螺钉的加工工艺流程图；
[0031]
图2为本发明椎体成形螺钉的主视图；
[0032]
图3为本发明椎体成形螺钉的的剖面图；
[0033]
图4为本发明图3中a处的局部放大图。
[0034]
附图标记：1、螺钉本体；2、螺帽；3、第一显影钉；4、第二显影钉；11、固定部；12、延伸部；13、钉入部；14、空腔；15、穿行腔；16、长间距疏外螺纹；17、短间距密外螺纹；18、高弹记忆合金丝；121、装配腔；122、聚乳酸缓冲板；131、安装块。
具体实施方式
[0035]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
实施例1
[0037]
如图2-3所示，本实施例提供一种椎体成形螺钉，包括螺钉本体1和螺帽2，螺钉本体1和螺帽2均由碳纤维增强聚醚醚酮材料制备而成，螺钉本体1和螺帽2的外部成型有生物活性涂层。具体地，螺钉本体1包括由上到下依次设置的固定部11、延伸部12和钉入部13，固定部11的内部设有弧形的空腔14，固定部11的顶部内壁设有与空腔14连通的螺纹槽，固定部11的壁部贯穿空腔14设有供系绳穿过的穿行腔15，螺帽2旋入螺纹槽后与固定部11固定连接。螺帽2的内部水平设有第一显影钉3，延伸部12的内部竖直设有第二显影钉4，第一显影钉3和第二显影钉4的材质均为易于在x射线下成像的钽材料。本实施例的椎体成形螺钉，螺钉本体1和螺帽2均由碳纤维增强聚醚醚酮材料制备而成，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，配合外部的生物活性涂层，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、折断的风险。
[0038]
延伸部12和钉入部13的纵截面呈倒置的类梯形状，且延伸部12的长度为20～30mm，钉入部13的长度为10～20mm。延伸部12的外围设有长间距疏外螺纹16，钉入部13的外围设有短间距密外螺纹17。长间距疏外螺纹16的螺纹高度优选1～1.5mm，螺距优选2.2～2.6mm；短间距密外螺纹17的螺纹高度优选0.8～1mm，螺距优选1.2～1.5mm。延伸部12和钉入部13的形状、尺寸设置，以及其外围设置的不同参数的螺纹，使得具有短间距密外螺纹17的钉入部13与椎弓根紧密螺纹机械锁合，具有长间距疏外螺纹16的延伸部12缓慢旋入与椎弓根结合，可以根据不同年龄和骨结构的患者进行微米尺度的结构参数定制，利于重建脊柱的长期稳定性。
[0039]
如图3-4所示，延伸部12的底部设有内凹的装配腔121，装配腔121的顶部粘结有聚乳酸缓冲板122，装配腔121的壁部设有内螺纹，钉入部13的顶部向外凸出设有安装块131，安装块131的外围设有与装配腔121内螺纹适配的外螺纹。装配腔121在延伸部12与钉入部13装配后的空隙内设有高弹记忆合金丝18，高弹记忆合金丝18的一端与聚乳酸缓冲板122
的两侧连接，另一端与装配腔121的内壁连接。其中，聚乳酸缓冲板122由左旋聚乳酸与短切碳纤维按照质量比3：1熔融挤出后热压得到，高弹记忆合金丝18是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的金属元素制成，具有良好的弹性和形状记忆功能。聚乳酸缓冲板122具有良好的机械强度和生物降解性能，能够缓冲手术和术后延伸部12与钉入部13之间产生的晃动和振动，保持延伸部12和钉入部13持续旋入过程中的稳定性，高弹记忆合金丝18提高了晃动和振动后螺钉本体1的静态恢复效率。
[0040]
实施例2
[0041]
如图1-4所示，本实施例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，适用于实施例1的椎体成形螺钉，具体包括以下步骤：
[0042]
注塑热压成型：根据预先设计的固定部11、延伸部12、钉入部13和螺帽2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4mpa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；
[0043]
埋入显影钉：将钽材料制作成的第一显影钉3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4插入延伸部半成品预留的针孔内；
[0044]
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11、延伸部12、钉入部13和螺帽2；
[0045]
其中，饱和碳酸氢钠溶液的用量为矿化液质量的8％，矿化液由氯化钠、氯化钾、二水氯化钙、六水氯化镁、磷酸二氢钠溶于水中混合搅拌形成，使得na
+
浓度为1mol/l，k
+
浓度为6mmol/l，ca
2+
浓度为26mmol/l，mg
2+
浓度为5mmol/l，po
43-浓度为11mmol/l，cl-浓度为1.2mol/l；
[0046]
类骨磷灰石沉积的具体过程为：在45℃下孵育2小时，重复孵育2次，取出风冷干燥；
[0047]
装配成型：在延伸部12的装配腔121内顶部粘结聚乳酸缓冲板122，并将高弹记忆合金丝18的一端与聚乳酸缓冲板122焊接，另一端与装配腔121的内壁焊接；钉入部13的安装块131旋入装配腔121内，螺帽2旋入螺纹槽后与固定部11固定连接，得到具有螺钉本体1和螺帽2的椎体成形螺钉。
[0048]
椎体成形螺钉产品的延伸部12长度为25mm，钉入部13的长度为16mm；长间距疏外螺纹16的螺纹高度为1.2mm，螺距为2.5mm；短间距密外螺纹17的螺纹高度为0.9mm，螺距为1.3mm。
[0049]
实施例3
[0050]
如图1-4所示，本实施例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，与实施例2的区别在于，生物活性涂层成型步骤中饱和碳酸氢钠溶液的用量为矿化液质量的10％；类骨磷灰石沉积的具体过程为：在50℃下孵育1小时，重复孵育2次，取出风冷干燥。
[0051]
椎体成形螺钉产品的延伸部12长度为30mm，钉入部13的长度为20mm；长间距疏外螺纹16的螺纹高度为1.5mm，螺距为2.3mm；短间距密外螺纹17的螺纹高度为0.8mm，螺距为1.4mm。
[0052]
实施例4
[0053]
本实施例提供一种碳纤维增强聚醚醚酮材料的制备方法，适用于实施例1-3中的椎体成形螺钉，包括以下步骤：
[0054]
步骤一，将26g短切碳纤维与100g聚醚醚酮粉料混合均匀，通过双螺杆挤出机造粒，得到复合粉料；其中，短切碳纤维的碳含量＞95％，拉伸强度为3800mpa，拉伸模量为228gpa，密度为1.75g/cm3，纤维直径为7μm；聚醚醚酮粉料的拉伸模量为3700mpa，弯曲模量为4100mpa，熔融温度为343℃；
[0055]
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；
[0056]
步骤三，将磺酸化粉料加入浓度2mg/ml的盐酸多巴胺溶液内，遮光条件下搅拌反应24小时，得到聚多巴胺包覆的磺酸化粉料，加入聚多巴胺包覆的磺酸化粉料重量5％的抗菌增容填料，混合搅拌均匀后于-6℃冷冻干燥30min得到碳纤维增强聚醚醚酮材料。
[0057]
抗菌增容填料的制备方法包括以下步骤：
[0058]
步骤一，将1g丁炔二酸、5.5g聚乙二醇2000和40ml苯依次添加至配备机械搅拌器、回流冷凝管的四口烧瓶内，恒压滴液漏斗滴加0.2ml浓硫酸，升温至85℃，保温回流搅拌反应24小时，减压浓缩除去苯，加入二氯甲烷溶解浓缩液，加入无水硫酸钠除水，过滤，滤液旋转蒸发除去二氯甲烷，得到聚酯a；
[0059]
步骤二，将3g聚酯a、0.3g对甲氧基苯乙胺分别溶解于四氢呋喃内，得到聚酯a溶液和对甲氧基苯乙胺溶液，聚酯a溶液预先加入四口烧瓶内，缓慢滴加对甲氧基苯乙胺溶液，滴加完毕后搅拌反应30min，缓慢滴加0.3g、37wt％的甲醛溶液，再滴加0.1g乙酸，滴加完毕后避光条件下搅拌反应48小时，减压浓缩除去四氢呋喃，二氯甲烷溶解蒸馏液，饱和碳酸氢钠溶液萃取，-10℃冷冻干燥得到抗菌增容填料。
[0060]
实施例5
[0061]
本实施例提供一种碳纤维增强聚醚醚酮材料的制备方法，适用于实施例1-3中的椎体成形螺钉，包括以下步骤：
[0062]
步骤一，将38g短切碳纤维与100g聚醚醚酮粉料混合均匀，通过双螺杆挤出机造粒，得到复合粉料；其中，短切碳纤维的碳含量＞95％，拉伸强度为3800mpa，拉伸模量为228gpa，密度为1.75g/cm3，纤维直径为7μm；聚醚醚酮粉料的拉伸模量为3700mpa，弯曲模量为4100mpa，熔融温度为343℃；
[0063]
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；
[0064]
步骤三，将磺酸化粉料加入浓度2mg/ml的盐酸多巴胺溶液内，遮光条件下搅拌反应24小时，得到聚多巴胺包覆的磺酸化粉料，加入聚多巴胺包覆的磺酸化粉料重量7％的抗菌增容填料，混合搅拌均匀后于-8℃冷冻干燥30min得到碳纤维增强聚醚醚酮材料。
[0065]
抗菌增容填料的制备方法包括以下步骤：
[0066]
步骤一，将1g丁炔二酸、6g聚乙二醇2000和50ml苯依次添加至配备机械搅拌器、回流冷凝管的四口烧瓶内，恒压滴液漏斗滴加0.2ml浓硫酸，升温至85℃，保温回流搅拌反应24小时，减压浓缩除去苯，加入二氯甲烷溶解浓缩液，加入无水硫酸钠除水，过滤，滤液旋转蒸发除去二氯甲烷，得到聚酯a；
[0067]
步骤二，将3g聚酯a、0.4g对甲氧基苯乙胺分别溶解于四氢呋喃内，得到聚酯a溶液和对甲氧基苯乙胺溶液，聚酯a溶液预先加入四口烧瓶内，缓慢滴加对甲氧基苯乙胺溶液，滴加完毕后搅拌反应30min，缓慢滴加0.3g、37wt％的甲醛溶液，再滴加0.1g乙酸，滴加完毕后避光条件下搅拌反应48小时，减压浓缩除去四氢呋喃，二氯甲烷溶解蒸馏液，饱和碳酸氢钠溶液萃取，-8℃冷冻干燥得到抗菌增容填料。
[0068]
对比例1
[0069]
本对比例提供的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，与实施例2的区别在于，碳纤维增强聚醚醚酮材料制备时取消步骤二，直接将复合粉料加入浓度2mg/ml的盐酸多巴胺溶液内。
[0070]
对比例2
[0071]
本对比例提供的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，与实施例2的区别在于，碳纤维增强聚醚醚酮材料制备时未添加抗菌增容填料。
[0072]
对比例3
[0073]
本对比例提供的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，与实施例2的区别在于，取消生物活性涂层成型。
[0074]
性能测试
[0075]
将实施例2中的椎体成形螺钉加工工艺，采用实施例4制备的碳纤维增强聚醚醚酮材料，加工得到的椎体成形螺钉标记为实验组1；将实施例3中的椎体成形螺钉加工工艺，采用实施例5制备的碳纤维增强聚醚醚酮材料，加工得到的椎体成形螺钉标记为实验组2；对比例1-3均采用实验组1中的椎体成形螺钉加工工艺，对应对比组1-3。对实验组1-2和对比组1-3进行抗弯强度、最大形变量、抗扭转强度和抗菌性能的测试。其中，抗弯强度和最大形变量抗扭转强度采用市售的螺钉弯曲强度检测仪检测，最大形变量为施加最大弯曲强度时的形变量，抗扭转强度采用市售的螺钉扭转试验机测试，抗菌性能采用标准gb/t 20944.1-2007测试抑菌带宽度，具体测试结果见下表：
[0076]
测试组别抗弯强度/n最大形变量/mm抗扭转强度/nm抑菌带宽度/mm实验组11361.342.361.2实验组21411.362.391.4对比组11261.282.260.9对比组21341.322.310.6对比组31291.312.301.0
[0077]
从上表可以看出，本发明的实验组与对比组相比，在机械性能方面如抗弯强度、最大形变量和抗扭转强度上均优于对比组，且抑菌带宽度更大，说明抑菌性能优良，能够有效降低现有椎弓根螺钉应力屏蔽、松动、折断的风险，利于重建脊柱的长期稳定性。对比组1由于未使用浓硫酸对复合粉料进行磺化，使得抗菌性和成骨性能降低，机械性能和抗菌性有一定的降低；对比组2由于碳纤维增强聚醚醚酮材料制备时未添加抗菌增容填料，无法发挥嘧啶类聚合物良好的抗菌、抗炎生物活性，使得抗菌性能有明显降低；对比组3由于缺少生物活性涂层，无法达到矿化液快速渗入碳纤维与聚醚醚酮表面的孔隙内矿化成型，致使生物相容性和成骨性能降低。
[0078]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0079]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可做很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：
1.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，其特征在于，包括以下步骤：注塑热压成型：根据预先设计的固定部(11)、延伸部(12)、钉入部(13)和螺帽(2)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(3)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(4)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(11)、延伸部(12)、钉入部(13)和螺帽(2)；装配成型：在延伸部(12)的装配腔(121)内顶部粘结聚乳酸缓冲板(122)，并将高弹记忆合金丝(18)的一端与聚乳酸缓冲板(122)焊接，另一端与装配腔(121)的内壁焊接；钉入部(13)的安装块(131)旋入装配腔(121)内，螺帽(2)旋入螺纹槽后与固定部(11)固定连接，得到具有螺钉本体(1)和螺帽(2)的椎体成形螺钉。2.根据权利要求1所述的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，其特征在于，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；步骤三，将磺酸化粉料加入浓度2mg/ml的盐酸多巴胺溶液内，遮光条件下搅拌反应24小时，得到聚多巴胺包覆的磺酸化粉料，加入聚多巴胺包覆的磺酸化粉料重量3～8％的抗菌增容填料，混合搅拌均匀后于-10～-2℃冷冻干燥30min得到碳纤维增强聚醚醚酮材料。3.根据权利要求2所述的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，其特征在于，所述抗菌增容填料的制备方法包括以下步骤：步骤一，将丁炔二酸、聚乙二醇2000和苯依次添加至配备机械搅拌器、回流冷凝管的四口烧瓶内，恒压滴液漏斗滴加浓硫酸，升温至85℃，保温回流搅拌反应24小时，减压浓缩除去苯，加入二氯甲烷溶解浓缩液，加入无水硫酸钠除水，过滤，滤液旋转蒸发除去二氯甲烷，得到聚酯a；步骤二，将聚酯a、对甲氧基苯乙胺分别溶解于四氢呋喃内，得到聚酯a溶液和对甲氧基苯乙胺溶液，聚酯a溶液预先加入四口烧瓶内，缓慢滴加对甲氧基苯乙胺溶液，滴加完毕后搅拌反应30min，缓慢滴加37wt％的甲醛溶液，再滴加乙酸，滴加完毕后避光条件下搅拌反应48小时，减压浓缩除去四氢呋喃，二氯甲烷溶解蒸馏液，饱和碳酸氢钠溶液萃取，-15～-5℃冷冻干燥得到抗菌增容填料。4.根据权利要求3所述的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，其特征在于，所述丁炔二酸与聚乙二醇2000、苯、浓硫酸的用量比为1g：5～6g：30～50ml：0.2ml；所述聚酯a与对甲氧基苯乙胺、37wt％的甲醛溶液、乙酸的用量比为3g：0.2～0.4g：0.3g：0.1g。
5.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述饱和碳酸氢钠溶液的用量为矿化液质量的5～10％，矿化液由氯化钠、氯化钾、二水氯化钙、六水氯化镁、磷酸二氢钠溶于水中混合搅拌形成，使得na
+
浓度为1mol/l，k
+
浓度为6mmol/l，ca
2+
浓度为26mmol/l，mg
2+
浓度为5mmol/l，po
43-浓度为11mmol/l，cl-浓度为1.2mol/l。6.根据权利要求1所述的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，其特征在于，类骨磷灰石沉积的具体过程为：在37～50℃下孵育1～2小时，重复孵育2次，取出风冷干燥。7.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述延伸部(12)和钉入部(13)的纵截面呈倒置的类梯形状，且延伸部(12)的长度为20～30mm，钉入部(13)的长度为10～20mm；延伸部(12)的外围设有长间距疏外螺纹(16)，钉入部(13)的外围设有短间距密外螺纹(17)。8.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述延伸部(12)的底部设有内凹的装配腔(121)，装配腔(121)的顶部粘结有聚乳酸缓冲板(122)，装配腔(121)的壁部设有内螺纹，钉入部(13)的顶部向外凸出设有安装块(131)，安装块(131)的外围设有与装配腔(121)内螺纹适配的外螺纹；装配腔(121)在延伸部(12)与钉入部(13)装配后的空隙内设有高弹记忆合金丝(18)，高弹记忆合金丝(18)的一端与聚乳酸缓冲板(122)的两侧连接，另一端与装配腔(121)的内壁连接。

技术总结
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。险。险。


技术研发人员：蒋晓丰 孙李昊 王佳景
受保护的技术使用者：常州集硕医疗器械有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/8/4