專利名稱：一種抗菌人工關節假體的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于醫療器械技術領域，具體涉及一種可植入人體內的抗菌人工關節 假體。
背景技術：
人工關節假體自ioo多年前應用于臨床以來，雖獲得了巨大的發展，但仍然有許多
問題尚需解決，如植入人體后產生的感染問題。據統計，.全髖關節置換術后，感染率
為0.1% 1% ;全肘關節感染率為1% 4%;而膝關節則達到4% 47%。眾所周知，
人工關節假體感染是一種災難性的并發癥。究其原因，生物被膜(biofilm)是引起人工關 節假體感染的主要因素。生物被膜是細菌為了適應生存環境而粘附于生物材料或活性 組織表面，并包被在自身產生的粘液性蛋白多糖基質中而形成的細菌群落或微克隆， 它是一個不斷變化的動態結構(Costerton JW,Stewart PS,Greenberg EP.Bacterial biofilms:a common cause of persistent infections. Science, 1999;284(5418): 1318-1322)。當 人工關節假體植入體內后，表面立即被血液成分(蛋白、血漿大分子、紅細胞、血小 板)覆蓋，形成所謂的條件膜，細菌通過化學作用，如范德華力、酸根、靜電、疏水 性作用及蛋白結合等，粘附在條件膜和假體表面。機體免疫力正常時，多數浮游菌被 殺死，少數殘存細菌粘附到材料表面之后調整基因表達，在生長繁殖的同時分泌大量 胞外粘質物(extracellular slime substance, ESS)，將多個細菌粘連到一起形成生物被膜。 平時，細菌多以休眠狀態藏匿于生物被膜中，當有特定觸發因素時即從休眠或靜止狀 態轉變為致病菌。感染一旦發生就會使假體產生松動，喪失正常功能，給患者帶來極 大的痛苦，且感染還會反復發作，遷延難愈(Nelson CL,Mclaren AC， Mclarten et al. Is aseptic loosening truly aseptic Clin Orthop,2005;437:25-30)，而常規的抗生素療法很難 奏效，因而人工關節置換術后感染的預防和治療一直是該領域中一項極其重要的課題。 繼而有人研究成功了在普通聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥中添加抗生素而在人工關 節假體表面形成抗生素骨水泥(antibiotic impregnated bone cement)層來作為解決 感染較為常用的方法一 (EspehaugB， Engesaerer LB， VollsetSE， etal. Antibiotic pro ylaxis in total hip arthroplasty. Review of 10， 905 primary cemented totalhip replacements reported to the Norwegian arthroplasty register, 1987 to 1995[J]. J Bone Joint surg(Br)， 1997， 79(4): 590-595)。但經使用后發現，抗 生素骨水泥長期釋放低濃度抗生素，容易使細菌產生耐藥性，而且隨著添加抗生素的 增多，過敏反應發生的幾率也很高，且一旦發生處理困難，必須取出假體，這不僅會 給病人帶來極大的痛苦，而且還要帶來過重的經濟負擔。 發明內容
本實用新型的目的是針對已有技術的問題，提供一種抗菌人工關節假體，以極大 的減少植入后人工關節假體的感染及松動的發生率。
本實用新型提供的一種抗菌人工關節假體，其特征在于在人工關節假體在植入后 與人體骨面接觸部位是由人工關節假體基材層和覆蓋其上的金屬銀層構成。
由于在植入的人工關節假體表面有金屬銀涂層，因而當其與體液等氧化介質接觸 后，金屬銀將逐漸被氧化而釋放出銀離子，當微量銀離子到達微生物細胞膜時，因細 胞膜帶有負電荷，銀離子首先會依靠庫倫力牢固吸附在細胞膜上，然后進一步穿透細 胞壁進入病菌內，與病菌生物體內的蛋白質、核酸中存在的巰基(-SH)、氮基(-NH2)等 含硫、氨的官能團發生反應，使病菌的蛋白質凝固，破壞病菌的細胞合成酶的活性， 使細胞喪失分裂增殖能力而最終消亡，從而達到抗菌并減少或消除人工關節假體相關 感染發生的目的。
為了使本實用新型提供的人工關節假體不僅具有抗菌作用，還具有良好的生物相 容性，本實用新型提供的人工關節假體是在人工關節假體與人體骨面接觸部位是由人 工關節假體基材層和覆蓋其上的金屬銀/羥基磷灰石層或金屬銀層構成。上述假體基材 層可為含微孔的基材層或不含微孔的基材層。
本實用新型提供的抗菌人工關節假體，其覆蓋在人工關節假體基材層上的金屬銀/ 羥基磷灰石層或金屬銀層的厚度為5 350y m。
覆蓋在本實用新型人工關節假體基材層上的金屬銀/羥基磷灰石層或金屬銀層可 采用己有的常規真空等離子噴涂、電子直線加速器輻照、低能離子束濺射沉積、電沉 積燒結、磁控濺射等方法來制備形成。
目前，人工關節假體感染最主要的致病菌為葡萄球菌。為了考察本實用新型提供 的抗菌人工關節假體的抗菌效果，本實用新型將家兔作為實驗對象，分別采用普通的 未鍍銀的人工關節假體做對照組，以覆蓋了金屬銀/羥基磷灰石層的人工關節假體為實 驗組，行髖關節置換手術，術后即刻在股骨的髓質部分注入1X107CFU的金黃色葡萄球
4菌，4周后分別進行放射學檢查、細菌學檢測以及血清C 一反應蛋白(C—reactive protein, CRP)的測定。結果發現抗菌關節假體組感染率明顯低于普通關節組。
本實用新型具有以下優點-
1、 由于本實用新型提供的人工關節假體表面具有的金屬銀涂層既能持續地釋放出 殺菌的銀離子，又能在進入菌體使其失去活性后從菌體中游離出來，重復進行殺菌， 因而不僅使得這種新型人工假體在植入人體后發生感染、松動的并發癥的可能性大為 降低，還避免了已有的抗生素骨水泥層所產生的一系列問題。
2、 由于本實用新型提供的人工關節假體表層在具有了金屬銀的基礎上，還含有與 生物骨組織中的磷酸鈣無機物相似的羥基磷灰石，因而使得該人工關節假體還具有極 好的生物相容性和生物活性。
3、 由于本實用新型人工關節假體基材層上的金屬銀/羥基磷灰石層中的Ag的熱膨 脹系數比羥基磷灰石(HA)高，使得羥基磷灰石在用電沉積燒結時從燒結溫度冷卻到 室溫的過程會產生壓應力，不僅可有效抑制裂紋的擴展，使HA/Ag復合涂層的結合強 度明顯提高，還因包含具有一定延展性的金屬Ag，使涂層的韌性也能夠有所提高。
圖1為人工髖關節假體的結構示意圖2為人工膝關節假體脛骨側的結構示意圖3為人工膝關節假體股骨側的結構示意圖4為人工關節假體上有金屬銀層或金屬銀/羥基磷灰石層部位的剖視結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖給出實施例以對本實用新型進行具體描述，有必要在此指出的是以 下實施例只用于對本實用新型作進一步說明，不能理解為對本實用新型保護范圍的限 制，該領域的技術熟練人員根據上述本實用新型內容對本實用新型所作出的一些非本 質的改進和調整，仍屬于本實用新型的保護范圍。
實施例1
首先用制備人工關節假體的基材，如鈷合金或鈦合金加工成如圖1所示的髖關節 假體l，此假體可做成含微孔表面的假體或不含微孔表面的普通假體，然后再在其球頭 2外表面和其柄3的下半部分的外表面(即圖1中涂黑部分)用磁控濺射噴涂一層厚度為6pm的金屬銀層8，使在人工關節髖假體1與人體骨面接觸的球頭2外表面和其柄 3的下半部分的部位是由人工關節假體基材層7和覆蓋其上的金屬銀層8構成，如圖4 所示。
實施例2
首先用制備人工關節假體的基材，如鈷合金或鈦合金加工成如圖1所示的髖關節 假體l，此假體可做成含微孔表面的假體或不含微孔表面的普通假體，然后再在其球頭 2外表面和其柄3的下半部分的外表面(即圖1中涂黑部分)用電沉積燒結法沉積燒結 一層厚度為280um的金屬銀/羥基磷灰石層8，使在人工髖關節假體1與人體骨面接 觸的球頭2外表面和其柄3的下半部分的部位是由人工關節假體基材層7和覆蓋其上 的金屬銀/羥基磷灰石層8構成，如圖4所示。
實施例3
首先用制備人工關節假體的基材，如鈷合金或鈦合金加工成如圖2、 3所示的膝關 節脛骨側假體4或膝關節股骨側假體6，此假體可做成含微孔表面的假體或不含微孔表 面的普通假體，然后分別再在脛骨側假體4脛骨基座的下表面，包括整個植入柱5的 外表面(即圖2中涂黑部分)和膝關節股骨側假體6的內表面(即圖3中涂黑部分) 用真空等離子噴涂一層厚度為40pm的金屬銀層8，使在人工膝關節假體與人體骨面 接觸的膝關節脛骨側假體4基座的下表面，包括整個植入柱5的外表面或膝關節股骨 側假體6的內表面部位是由人工關節假體基材層7和覆蓋其上的金屬銀層8構成，如 圖4所示。
實施例4
首先用制備人工關節假體的基材，如鈷合金或鈦合金加工成如圖2、 3所示的膝關 節脛骨側假體4或膝關節股骨側假體6，此假體可做成含微孔表面的假體或不含微孔表 面的普通假體，然后分別再在脛骨側假體4脛骨基座的下表面，包括整個植入柱5的 外表面(即圖2中涂黑部分)和膝關節股骨側假體6的內表面(即圖3中涂黑部分) 用真空等離子噴涂一層厚度為100um的金屬銀/羥基磷灰石層8，使在人工膝關節假 體與人體骨面接觸的膝關節脛骨側假體4基座的下表面，包括整個植入柱5的外表面 或膝關節股骨側假體6的內表面部位是由人工關節假體基材層7和覆蓋其上的金屬銀/ 羥基磷灰石層8構成，如圖4所示。
權利要求1、一種抗菌人工關節假體，其特征在于在人工關節假體與人體骨面接觸部位是由人工關節假體基材層(7)和覆蓋其上的含金屬銀涂層(8)構成。
2、 根據權利要求1所述的抗菌人工關節假體，其特征在于在人工關節假體與人體 骨面接觸部位是由人工關節假體基材層(7)和覆蓋其上的金屬銀/羥基磷灰石層(8) 或金屬銀層(8)構成。
3、 根據權利要求1或2所述的抗菌人工關節假體，其特征在于覆蓋在人工關節假 體基材層上的金屬銀層(8)或金屬銀/羥基磷灰石層(8)的厚度為5 350^m。
專利摘要本實用新型公開的一種抗菌人工關節假體，其特征在于在人工關節假體與人體骨面接觸部位是由人工關節假體基材層和覆蓋其上的、厚度為5～350μm含金屬銀涂層構成。由于本實用新型提供的人工關節假體表面具有的金屬銀或金屬銀/羥基磷灰石涂層既能持續地釋放出殺菌的銀離子，又能在進入菌體使其失去活性后從菌體中游離出來，重復進行殺菌，因而不僅使得這種新型人工假體在植入人體后發生感染、松動的并發癥的可能性大為降低，還避免了已有的抗生素骨水泥層所產生的一系列問題，且具有極好的生物相容性和生物活性。
文檔編號A61F2/30GK201312845SQ20082015805
公開日2009年9月23日 申請日期2008年12月22日 優先權日2008年12月22日
發明者暉 張, 陳治宇 申請人:陳治宇