多层复合镀膜镁金属骨科内固定螺钉
项目负责人： 张翼锋
南京大学医学院 博士
目前中国已经进入老龄化社会，据 Peng Chen 统计，2008 年我国国民骨质疏松发生率大约为 14.94%，而到 2015 年这个数字成为了 27.96%。相对年轻人的骨折，老年骨质疏松骨折较难愈合，而且老年人耐受手术的能力也比较差，二次手术取出骨折固定物时发生意外的危险会增加。
所以临床矫形外科和材料学界一直在寻找一种骨折内固定材料，它应具备很好的成骨能力以有效促进骨质疏松骨折愈合，并且自身能够在体内降解从而避免二次手术。
研究组负责人张翼锋博士在 2011 到 2016 期间发现了纯镁髓内钉植入到大鼠的股骨远端（非骨折模型）之后在皮质骨骨膜下方产生了大量的新鲜骨。这一反应伴随着感觉神经递质降钙素基因相关多肽（α-CGRP）在皮质骨周围和同侧背根神经节（DRG）两个部位的实质性增加。
如下图为镁金属在体内显著的成骨效应。从内固定物中释放出来的镁离子在促进 CGRP为媒介的成骨分化方面发挥了显著的作用，解答了近年来对镁基内固定物调节成骨机制的未解难题，提示镁离子在骨科领域具有很大的应用潜力。
但是直接应用镁金属固定骨折是困难的——原因在于：镁金属降解过快导致力学强度下降和高浓度镁离子造成的骨吸收。
本项目拟对镁金属表面进行复合镀膜处理，用镀膜镁金属直接固定骨折，控制镁金属表面降解保持其骨折愈合期间的力学强度，优化镁金属的成骨作用，最终促进成骨并避免二次手术。
01
第一代镁金属表面多层膜
第一代镁金属表面多层膜采用：内层氢氟酸/磷酸处理，最外层聚乳酸（PLA）包裹，中间层氰基丙烯酸粘合内外层膜。形成的三层复合膜与镁金属表面黏附力很强，具备很强的耐受手术过程中机械摩擦的作用。
有效控制镁金属在体内的降解，维持镁金属在骨折愈合期间的力学强度，并优化了镁金属的成骨效应。
Our 1st generation multi-coating on Mg substrate.
02
第二代镁金属表面多层膜
我们的第二代复合膜用PTMC代替PLA，避免了PLA在体内龟裂式降解的现象，形成layer-by-layer式降解，同时最内层采用高温160ºC水蒸气氧化镁金属表面形成高强度MgOH微纳结构，中间层用硬脂酸亲脂化并粘合内外层膜。
Our 2nd generation multi-coating on Mg substrate.
本研究公开了一种表面多重防护层的镁或镁合金材料或器件及制作方法。
本研究提供的表面多重防护处理的镁/镁合金材料或器件，旨在减缓镁/镁合金在生理环境中初期力学衰减和提高其耐蚀性能，有效延长其服役期。
本研究防护处理包括：
2）在镁/镁合金基体表面进行化学转化处理，于其表面生成一层厚度为数纳米的化学转化膜；
3）在化学转化膜上涂覆一层胶粘层；
4）在胶粘层外表面涂覆可降解聚合物膜。
本研究提供的表面多重防护处理的镁/镁合金材料或器件，可用于生物医用植入或介入治疗，具有人体生理环境中初期耐蚀性能好、满足医疗临床要求，最终在体内可降解的优点。