科技成果

成果简介

医用钛及钛合金是矫形外科临床应用最广泛的医用金属材料(人工关节、脊柱、种植牙等)。然而，相关植入体使用寿命短，是临床应用面临的普遍挑战！根本原因在于钛及钛合金模量过高及表/界面生物惰性，不能主动刺激骨细胞/组织功能，导致植入体与周边骨组织整合性不够。另一方面，植入体术后细菌感染是导致植入失败的重要原因和临床应用面临的重要挑战。据统计: 牙种植体/骨内固定螺钉感染率可达10%，人工关节感染率可达4% (二次翻修术感染率>10%)等。

临床骨修复涉及骨固定器械及骨填充材料。就骨固定器械而言，如何赋予其表/界面介导组织自修复性能及抑制细菌感染，提高其长期使用寿命，是亟需解决的核心关键问题。本成果利用酸蚀钛材，制备表面微米结构，进而利用溶胶-凝胶法在其表面构建了含锌的纳米结构，获得了兼具抗菌/抑制破骨细胞生理功能及促进骨快速愈合的性能。利用二氧化钛纳米管阵列加载硒，并以壳聚糖封盖，实现兼具抗骨瘤及抗菌的效果，同时维持钛基材良好的生物相容性。利用钛基材原位生成的TiO 纳米管阵列加载天蚕肽，并以壳聚糖/天蚕肽偶联透明质酸LBL多层结构封盖，实现由钛基材潜在细菌分泌透明质酸酶触发的自响应短期及长效抑菌作用，为研发抗菌钛基植入体积累自主知识产权关键技术。

市场及经济效益分析

植入体术后细菌感染是导致植入失败的重要原因和临床应用面临的重要挑战。据估计，全球骨科植入物相关感染的年发病率超过5％。感染导致的植入失败，将给病患带来二次创伤、严重的精神压力和经济负担，甚至死亡。因此，研发兼具促成骨和抗菌钛合金植入体（人工关节、接骨板、种植牙等），具有重要的经济和社会意义。目前，我国高端医用钛合金人工关节等植入体严重依赖进口（>70%），国内三甲医院几乎全依赖国外进口产品（>95%）。

我国人口老龄化、交通事故和运动创伤等导致骨损伤剧增，骨创伤患者年达300万人次，以平均每人次骨修复材料及器械消费5万计，该领域市场份额/需求约1500亿/年。进而，以骨修复植入体感染的年发病率5％计，我国促成骨/抗菌植入体的市场需求约75亿/年。

本成果研发的抗菌表面改性技术，能够方便、迅速、高效地在材料表面构建抗菌功能界面，保护人们健康。相关抗菌技术也可拓展至骨科以外的植入医疗器械（比如心血管、心脏起搏器等），这将极大地促进我国传统医疗器械产品的技术进步和升级，提高企业经济效益，推动我国医疗器械产业整体水平。