張悅，邊焱焱，馬東林，黃楠，仉建國，冷永祥

（1.西南交通大學 材料科學與工程學院，成都 610031；2.北京協(xié)和醫(yī)院，北京 100730）

早發(fā)性脊柱側(cè)凸（early-onset scoliosis，EOS）一般指發(fā)生于10 歲以下兒童的脊柱側(cè)凸畸形[1]，也泛指發(fā)生于低齡兒童具有極大畸形加重和呼吸功能不全風險的脊柱側(cè)彎畸形，具有畸形重和進展快的特點[2]。根據(jù)脊柱側(cè)彎的角度，臨床上具有相應的治療方案。對于不超過20°的脊柱側(cè)彎，可以通過康復訓練（包括改變呼吸方式，改善不良姿勢，改善肌力平衡等）來進行矯正。對于20°～30°的脊柱側(cè)彎，多采用佩戴外部支具[3]并結合康復訓練的方式進行治療。對于超過30°的脊柱側(cè)彎，現(xiàn)階段多采用植入脊柱矯形內(nèi)固定物的手段進行矯正。臨床應用的脊柱矯形內(nèi)固定物主要包括生長棒系統(tǒng)和人工假體鈦肋。其中，生長棒系統(tǒng)能拉伸脊柱畸形部分，具有不破壞脊柱生長潛能、保留脊柱節(jié)段運動功能、有效延緩側(cè)凸進展、保留脊柱的部分生長能力[4]、可降低臨近節(jié)段退變（adjacent level degeneration，ALD）的發(fā)生率[5]、矯形能力強的特點，是目前治療早發(fā)性脊柱側(cè)凸應用較多的方法。

1 生長棒的臨床應用

生長棒是一種植入人體內(nèi)的脊柱矯形內(nèi)固定物，如圖 1 所示[6]。生長棒系統(tǒng)主要由金屬棒（Metal Rod）、固定物（一般選用椎板鉤（Hook）或者椎弓根螺釘（Pedicle Screw））和連接器（Connector）組成。其中，金屬棒是整個生長棒系統(tǒng)的主要構件，用于給畸形脊柱提供矯正力，椎板鉤和椎弓根螺釘將其固定在脊柱上。連接器是B. A. AKBARNIA 和R. E.MCCARTHY 在1998 年為了便于生長棒延長所使用的一種設計[7]，它用于連接兩段獨立的金屬棒，在做生長棒延長手術時，只需要在連接器處開刀，而不需要切開整個生長棒區(qū)域。

圖1 （a）生長棒系統(tǒng)在脊柱側(cè)凸治療中的臨床應用[6]及（b）生長棒系統(tǒng)組成示意圖Fig.1 (a) The clinical application of growing rod system in early-onset scoliosis treatment[6] and (b) the schematic diagram of growing rod system composition

生長棒系統(tǒng)的臨床應用主要經(jīng)歷了單生長棒（single growing rod）、雙生長棒（dual growing rod）、Shilla生長棒（Shilla growing rod）等階段。早期臨床上應用的是如圖1 所示的單生長棒系統(tǒng)，手術時先將金屬棒放在脊柱曲線的凹陷處，再使用椎板鉤或者椎弓根螺釘將其固定。單生長棒有一定的矯正作用，但其固定效果的穩(wěn)定性不高，應用過程中，斷棒及固定椎板骨折發(fā)生率較高[8]。為了解決這些問題，在單生長棒系統(tǒng)的基礎上，研究人員開發(fā)出了雙生長棒系統(tǒng)。雙生長棒系統(tǒng)使用了兩根金屬棒，其矯形原理與單生長棒基本一致，減少了單根金屬棒的機械應力，具有較低的斷棒率、更高的畸形矯正率，且對脊柱生長速度的影響更小[9]。但是，在單生長棒和雙生長棒的臨床應用中，都需要根據(jù)脊柱的生長速度，定期通過手術來對金屬棒進行延長。然而，每增加一次手術，發(fā)生并發(fā)癥的可能性就增加24%[9-10]。為了避免生長棒植入后進行多次手術延長金屬棒，降低臨床并發(fā)癥的發(fā)生[11-12]，R. E. MCCARTHY 等人[13]設計開發(fā)了可滑動固定方式的Shilla 生長棒，并于2015 年9 月獲得FDA 的批準[14]。

與傳統(tǒng)的單生長棒和雙生長棒不同，Shilla 生長棒的金屬棒可以在其兩端的螺釘中滑動，具體結構如圖2 所示，中部的固定螺釘把生長棒和脊柱鎖定在一起，兩端的可滑動式螺釘固定在脊柱上，并在滑動式螺釘?shù)膬啥祟A留一段金屬棒。隨著脊柱的生長，固定在脊柱上的可滑動式螺釘可以在螺帽孔的引導下沿著金屬棒滑動。因此，Shilla 生長棒不會限制脊柱的生長，解決了普通單生長棒和雙生長棒限制脊柱生長、必須進行多次手術的問題。

圖2 （a）Shilla 生長棒在脊柱側(cè)凸治療中的臨床應用[15]及（b）Shilla 生長棒組成示意圖Fig.2 (a) The clinical application of Shilla growing rods in early-onset scoliosis treatment[15] and (b) the schematic diagram of Shilla growing rod composition

2 生長棒在臨床應用中存在的問題

雖然生長棒在治療早發(fā)性脊柱側(cè)凸方面具有良好的矯正效果，但其在臨床應用過程中，還存在斷棒（17/538，發(fā)生率為3.2%）、椎弓根螺釘松動（69/538，發(fā)生率為12.8%）等生長棒失效的問題[16]，并且生長棒的磨損和腐蝕會引起一系列并發(fā)癥，如過敏反應[17]、炎癥反應[18]、骨溶解[19]、神經(jīng)功能受損[20]等。

2.1 生長棒斷裂

生長棒在矯正患者的脊柱側(cè)凸時，要跨過后凸頂椎區(qū)域，需要較大的預彎及牽引力，在患者術后的日?；顒又校怪幸欢ǚ鹊幕顒?，用于矯正脊柱的金屬棒會隨之移動，使得彎曲的金屬棒可能由于金屬疲勞而斷裂，尤其是頂端融合處[21]和連接器兩端的金屬棒，最易發(fā)生斷裂[22]。M. DAVID 等[22]發(fā)現(xiàn)生長棒植入患者體內(nèi)后，如圖3a 所示，連接器上端的金屬棒發(fā)生了斷裂。W. N. SANKAR 等[23]也發(fā)現(xiàn)了生長棒在人體內(nèi)服役一定時間后，如圖3b 所示，連接器下端的金屬棒發(fā)生斷裂。為了避免金屬棒斷裂，臨床手術過程中，應根據(jù)患者的體重和體型，盡量選擇直徑較大的生長棒[24-25]。

2.2 固定物（椎弓根螺釘）失效

患者在日常生活中，上半身移動時，脊柱隨之有一定幅度的運動，金屬棒也會隨之移動，導致固定金屬棒的椎弓根螺釘可能發(fā)生松動或被拔出[26]，從而引起固定物-椎弓根螺釘失效。另外，對于同時患有骨質(zhì)疏松癥的兒童，他們的骨密度較低，骨小梁較薄，椎弓根螺釘?shù)妮S向抗拔出力會直線下降[27-28]，螺釘會因為切割骨質(zhì)而造成微動，微動導致螺釘松動，甚至疲勞斷裂[28]。

在防止椎弓根螺釘松動或被拔出方面，適當增大螺釘直徑有助于螺釘?shù)墓潭ā. H. WITTENBERG 等人[29]研究發(fā)現(xiàn)，在相同的骨質(zhì)密度下，直徑為6 mm的椎弓根螺釘?shù)钠骄S向拉力比直徑為5 mm 的椎弓根螺釘大500 N 左右。加用橫向連接裝置（cross-link device，CLD）[28-30]、強化骨水泥以及在椎弓根螺釘表面制備涂層[31]等手段，也有助于螺釘?shù)墓潭?。但這些措施也存在一些弊端，如增大螺釘直徑、增加骨水泥可能會導致椎弓根骨折、神經(jīng)損傷、血管或內(nèi)臟損傷、骨水泥滲漏等[32]。使用橫向連接桿可能會導致術后腦脊液漏及遲發(fā)感染發(fā)生率增加[28]，故在臨床實踐中，對于這些措施的使用與否應權衡利弊后謹慎決定，尤其是對于早發(fā)性脊柱側(cè)凸患兒，由于他們年齡較小，脊柱骨骼發(fā)育尚未完成，產(chǎn)生的后果也可能更為嚴重。

2.3 生長棒磨損和腐蝕導致并發(fā)癥

生長棒在患者體內(nèi)長期服役過程中，由于患者的脊柱生長和日?；顒樱饘侔魰蛢啥说淖倒葆斈Σ?，導致椎弓根螺釘及金屬棒的磨損，產(chǎn)生大量金屬磨屑，進而激活人體局部巨噬細胞，出現(xiàn)壞死區(qū)域，并導致血清腫（seroma）、竇道（sinuses）等臨床并發(fā)癥的發(fā)生[33]。此外，在生長棒與生理溶液環(huán)境接觸時，會發(fā)生金屬材料的腐蝕，產(chǎn)生的金屬離子會隨著體液循環(huán)到達各個臟器，造成臟器功能受損，特別是對發(fā)育階段的患兒以及育齡期的女性，影響尤為嚴重。

R. E. MCCARTHY 等人[34]在11 只山羊體內(nèi)植入Shilla 生長棒，6 個月后對生長棒的磨損情況進行了分析，結果如圖4a 所示，椎弓根螺釘?shù)穆菝鄙嫌袃蓚€明顯的凹坑，與金屬棒的形狀吻合，應為生長棒在反復滑動摩擦過程中所形成的。而如圖4b 所示，在S. M. MORELL 與R. E. MCCARTHY 的另一項研究中，金屬棒上的磨痕情況也佐證了這個觀點[25]。R. E.MCCARTHY 等人[34]進一步分析了椎弓根螺釘?shù)哪p情況，研究發(fā)現(xiàn)，螺釘和螺帽間、螺釘與金屬棒間都存在磨損現(xiàn)象，且兩端可滑動式螺釘與金屬棒的磨損比中間固定螺釘嚴重。R. E. MCCARTHY 等人[34]還發(fā)現(xiàn)，在螺釘附近的軟組織中及鄰近的腹主動脈旁淋巴結中都可觀察到金屬磨屑，顆粒粒徑最大可達45 μm。由于金屬磨屑的存在，人體局部巨噬細胞被激活，將引起金屬病，在局部組織出現(xiàn)中度至重度的炎癥反應，如圖5 所示，臨床表現(xiàn)為脊柱前方與Shilla螺釘相鄰的腹主動脈旁淋巴結顏色變深[18,25,34]。另外，金屬磨屑還會增加骨溶解[19]和螺釘松動[35]發(fā)生的概率。

圖5 局部組織出現(xiàn)炎癥反應[34]Fig.5 Inflammatory reaction of local tissue[34]

生長棒在服役過程中，除了磨損會引發(fā)相關并發(fā)癥，腐蝕也會導致相關并發(fā)癥的發(fā)生[20]。由金屬材料制成的生物醫(yī)用植入體與生理溶液環(huán)境接觸時，植入體經(jīng)常會被腐蝕，并且這種多部件且可活動的脊柱植入器械，一般還伴隨著微動腐蝕的發(fā)生[36]。對于生長棒而言，椎弓根螺釘與椎骨、椎弓根螺釘與金屬棒之間都存在微動摩擦[37]，材料表面所形成的鈍化膜因微動摩擦的機械作用而被破壞，金屬離子釋放。從金屬脊柱植入物表面釋放出的金屬離子會擴散到周圍組織、血液、淋巴系統(tǒng)中，患者血液中金屬離子濃度明顯升高[38-39]，從而引起局部巨噬細胞被激活，導致炎癥、過敏反應等相關并發(fā)癥，甚至引發(fā)癌癥。

3 表面改性降低生長棒的失效率及臨床并發(fā)癥的發(fā)生率

生長棒在患者體內(nèi)服役的過程中，會出現(xiàn)金屬棒斷裂、椎弓根螺釘松動、金屬棒與椎弓根螺釘摩擦、植入物在生理溶液環(huán)境中易被腐蝕等問題。目前主要有兩種途徑來解決生長棒所存在的這些問題：一是從材料本身入手，選用性能更為優(yōu)良的金屬材料或?qū)辖鸪煞诌M行改良；二是對生長棒進行表面改性。

在材料選擇方面，早期的生長棒主要采用不銹鋼材料制造，但是不銹鋼材料容易腐蝕，會導致深部傷口感染、疼痛或植入物失敗等問題[40]。鈦合金具有耐腐蝕性好、比強度高、磁共振成像兼容性好等優(yōu)良性質(zhì)，為現(xiàn)階段生長棒等脊柱矯形內(nèi)固定物的主要材料[37,41]。與鈦合金相比，鈷鉻合金同樣具有優(yōu)異的磁共振成像兼容性，同時具有良好的生物相容性、更高的強度以及更好的矯正率，使得鈷鉻合金生長棒替代鈦合金生長棒的臨床應用實例逐漸增加[42-44]。

除此之外，由于患者在日常生活中上半身移動時，金屬棒承受著循環(huán)彎曲應力，為避免斷棒，金屬棒還應該具有良好的抗彎疲勞強度[45]以及合適的楊氏模量。楊氏模量過高，容易出現(xiàn)應力屏蔽效應；楊氏模量過低，抗彎疲勞強度較差，金屬棒在體內(nèi)服役時易回彈變形、易斷裂[46]。因此，對合金成分改良，開發(fā)抗彎疲勞特性優(yōu)異、楊氏模量合適的新型合金也是一個新的研究方向。近年來，研究者在開發(fā)應用于脊柱矯形等醫(yī)用金屬植入物的新型合金方面做了大量研究工作[47-48]，以提高材料的疲勞強度，降低應力屏蔽。

表面改性方法是提高生長棒質(zhì)量的另外一種方法。表面改性方法既能保持金屬材料（鈦合金或者鈷鉻合金）作為生長棒材料具有的比強度高、磁共振成像兼容性好、與人皮質(zhì)骨彈性模量接近的優(yōu)勢，又可以使金屬材料的耐磨性、耐腐蝕性、生物相容性等性能獲得大幅度的改善。常見的表面改性方法有噴丸、微弧氧化、等離子噴涂、物理氣相沉積等。大量研究表明：表面改性可以增強椎弓根螺釘-骨組織結合強度，提高植入物的耐磨、耐腐蝕性，減少植入物的磨損和斷裂，降低金屬離子釋放量，最終提高生長棒的可靠性和生物相容性，降低過敏反應、炎癥反應、骨溶解等并發(fā)癥的發(fā)生率。

3.1 表面改性降低生長棒系統(tǒng)中金屬棒斷裂率

生長棒在體內(nèi)服役過程中，易遭受微動疲勞，萌生裂紋并在交變應力下擴張，導致斷裂。S. R. MANNAVA[49]和O. TAKAKUWA[50]分別采用激光沖擊強化（laser shock peening，LSP）和水空化噴丸（cavitation peening，CP），對應用于脊柱矯形的金屬棒進行表面處理，處理后材料的表面硬度提高且產(chǎn)生殘余壓應力，殘余壓應力有效地延遲了疲勞源區(qū)的裂紋萌生，減緩了疲勞裂紋的擴展速率[51-52]，大幅度提高了金屬棒的微動疲勞壽命，防止了微動磨損引起的裂紋萌生和擴展[50]，有效地避免了生長棒在患者體內(nèi)服役過程中，在彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷作用下發(fā)生疲勞失效和斷裂[53]，降低了斷棒率。

3.2 表面改性增強生長棒系統(tǒng)中椎弓根螺釘-骨組織結合強度

臨床研究表明，在椎弓根螺釘-骨組織結合不好的情況下，可能會出現(xiàn)椎弓根螺釘松動或被拔出的現(xiàn)象[37]?，F(xiàn)階段，椎弓根螺釘新的重點發(fā)展方向并不集中在螺釘本身，而是對其進行表面處理，以提高其固定性和拔出強度[54]。在椎弓根螺釘表面制作粗糙或多孔表面，有利于刺激成骨細胞活性來促進成骨結合，并使骨-種植體接觸面積更大，從而促使椎弓根螺釘和天然骨在界面處長合，顯著降低螺釘松動或被拔出的可能[55-57]。噴丸處理、微弧氧化和等離子噴涂技術等表面改性手段，均可促進椎弓根螺釘和天然骨界面長合，有利于增強椎弓根螺釘-骨組織的結合強度。

對椎弓根螺釘進行噴丸處理可以使其表面產(chǎn)生納米或微米級凹坑，獲得一定的表面粗糙度，這種納米或微米級的多孔表面形貌有利于Ca、P 沉積，促進成骨細胞在植入體表面粘附、增殖和生長，使骨組織和種植體表面形成機械鎖結，增加植入體和骨組織的結合力[58-60]。另外，在噴丸處理的基礎上，將噴丸和酸蝕相結合，對椎弓根螺釘進行表面處理，可以形成微粗糙度和微紋理化的復雜表面，進一步促進成骨細胞的增殖及椎弓根螺釘-骨組織界面處骨形成，從而提高椎弓根螺釘?shù)目估瓘姸萚61]。

采用微弧氧化（micro arc oxidation，MAO）在脊柱植入物表面生成的羥基磷灰石涂層，有利于提高脊柱植入物-天然骨界面的生物力學性能，降低其發(fā)生松動或被拔出的可能性[62]。L. SHI 等[32]比較了經(jīng)微弧氧化處理和未經(jīng)處理的鈦合金制椎弓根螺釘在綿羊體內(nèi)的固定強度，發(fā)現(xiàn)微弧氧化處理可以顯著改善椎弓根螺釘-骨界面的機械連鎖和生物化學結合性能。

通過等離子噴涂技術在椎弓根螺釘表面制備羥基磷灰石[56]、鈦[63]等涂層，也可以增強椎弓根螺釘-骨組織的結合強度。羥基磷灰石與人體骨骼的化學成分（Ca/P 比值）相似[64]，能使醫(yī)用植入物周圍骨組織的生長加快，具有良好的生物相容性和結合性。等離子噴涂過程中，等離子體火焰的高溫使羥基磷灰石和鈦基體形成化學鍵，增加了涂層和基體的結合強度[56]，而羥基磷灰石涂層可以改善植入物的附著和固定，消除與微動相關的問題，如植入物的松動，降低螺釘松動的發(fā)生率[65]。并且，在羥基磷灰石涂層和金屬基體中加入硅酸二鈣（Ca2SiO4）粘結層[64]，或加入Ti、ZrO2等形成HA-Ti 和HA-ZrO2復合涂層[66]，可降低基體和涂層的熱膨脹系數(shù)失配程度，進一步提高涂層和基體的結合強度，降低植入物松動的風險。除了在椎弓根螺釘上噴涂羥基磷灰石涂層外，噴涂鈦涂層也能提高椎弓根螺釘-骨組織的結合強度。D. Y. Kim 等[63]嘗試了在鈦合金制椎弓根螺釘上噴涂鈦涂層，并進行了體外模擬實驗，發(fā)現(xiàn)噴涂鈦涂層可以提高椎弓根螺釘?shù)墓潭◤姸?，且由于鈦涂層椎弓根螺?骨組織界面形成的骨多于羥基磷灰石涂層椎弓根螺釘-骨組織界面，鈦涂層具有更好的骨整合性能，其固定效果要好于噴涂羥基磷灰石涂層。

3.3 表面改性提高生長棒的耐磨耐腐蝕性能

生長棒在患者體內(nèi)服役時，金屬棒與椎弓根螺釘之間的摩擦磨損會產(chǎn)生大量的金屬磨屑，從而造成離子釋放。此外，生長棒在生理溶液環(huán)境中被腐蝕，也會造成離子釋放。金屬離子釋放使局部金屬離子濃度升高，引起巨噬細胞被激活，最終導致炎癥反應、過敏反應、骨溶解等相關并發(fā)癥的產(chǎn)生。物理氣相沉積（physical vapor deposition，PVD）技術可用于提高生長棒的耐磨性、耐蝕性，進而降低其離子釋放量。

E. LUKINA[67]發(fā)現(xiàn)，采用物理氣相沉積技術，在用于脊柱矯形的鈦合金制椎弓根螺釘上沉積一層TiN薄膜和類金剛石（diamond-like carbon，DLC）薄膜，可以提高螺釘?shù)哪湍バ?，減少金屬磨屑的產(chǎn)生。Y. P.PAN[68]在生長棒表面制備了一層DLC 薄膜。ApiFix公司在一種脊柱矯形內(nèi)固定物表面也制備了DLC 薄膜[69-70]，如圖6 所示。他們發(fā)現(xiàn)該涂層不僅有效減少了脊柱矯形內(nèi)固定物的摩擦和磨損，還可以提高其疲勞壽命，抑制細菌的生長潛力，降低術后深部傷口感染的發(fā)生率。

圖6 臨床使用的DLC 薄膜改性脊柱矯形內(nèi)固定系統(tǒng)[69-70]Fig.6 DLC film modified spinal orthopedic internal fixation system in clinic[69-70]

在提高生長棒耐磨損、耐腐蝕性能方面，通過沉積薄膜對生長棒進行表面改性的研究相對較少，但在人工關節(jié)領域[71-73]，薄膜技術的應用已經(jīng)比較成熟。人們發(fā)現(xiàn)，在金屬植入物表面沉積DLC 薄膜[74]、TiN薄膜[75]、TiAlN 薄膜[76]等陶瓷薄膜，可改善其耐腐蝕性能，減少金屬離子的釋放，從而延長其在人體內(nèi)的服役壽命。

盡管上述薄膜可以提高醫(yī)用金屬植入物的耐磨、耐腐蝕性，但在體外試驗和體內(nèi)植入實驗研究中發(fā)現(xiàn)，薄膜中存在殘余應力及薄膜致密度不足，可能會導致薄膜在服役過程中發(fā)生剝落失效[77]。薄膜剝落后還會產(chǎn)生嚴重的三體磨損，影響植入物的服役壽命[75]。在硬質(zhì)薄膜中摻雜少量的Cu（5.2%）[78]、Ag（0.8%）[79]等金屬元素，可以提高薄膜的硬度、耐磨性，降低薄膜的孔隙率[80]。另外，由于Cu 和Ag 可以抑制革蘭氏陽性/陰性細菌活性，Cu 和Ag 的引入還可以提高抗菌性[81]。

本團隊研究證明，在DLC 薄膜中摻雜Ag（0.40%～2.99%）[82]、Cu（3.19%～11.28%）[83]，可以提高其耐磨性能。使用高功率脈沖磁控濺射沉積方法，通過調(diào)控C2H2/Ar 氣體流量比，制備了具有不同Ag 含量（0.40%～2.99%）的DLC 薄膜。在摩擦過程中，Ag原子向磨損區(qū)域遷移，加速了薄膜摩擦界面處的石墨化過程，而高石墨化結構的界面更易發(fā)生塑性變形，并產(chǎn)生富Ag 的棒狀磨屑。這種棒狀磨屑可以減少摩擦副之間的接觸，并使得摩擦方式由滑動狀態(tài)變?yōu)闈L動狀態(tài)，從而提高了DLC 薄膜的耐磨性能。另外，采用反應高功率脈沖磁控濺射技術，通過調(diào)整Cu-石墨鑲嵌靶中 Cu 棒的數(shù)量，沉積了不同 Cu 含量（3.19%～11.28%）的DLC 薄膜。在摩擦磨損過程中，摩擦界面產(chǎn)生了棒狀磨屑，并且摻Cu 薄膜的磨屑中產(chǎn)生了更明顯的石墨化轉(zhuǎn)變，這種石墨化的磨屑可以作為一種固體潤滑劑，從而降低摩擦系數(shù)和磨損率。

Y. LIAO[84]及M. A. WIMMER[85]等人研究發(fā)現(xiàn)，金屬離子與蛋白質(zhì)之間的摩擦及化學反應能使得金屬-金屬人工關節(jié)表面形成“類石墨碳潤滑層”，從而提高其摩擦磨損性能，減少腐蝕性離子的運輸，降低腐蝕速率。本團隊研究證明了在人工關節(jié)、生長棒等服役于特殊生理環(huán)境（存在蛋白質(zhì)等生物分子）的醫(yī)用金屬植入物的表面沉積一層摻雜金屬Cu 的薄膜，可以有效改善其摩擦磨損性能，且Cu 離子可通過特定的結合位點與白蛋白配位結合，促進白蛋白構象的轉(zhuǎn)變，催化白蛋白在摩擦界面吸附、變性、分解，并形成“類石墨碳潤滑層”，從而進一步改善其潤滑性和耐腐蝕性能[86]?！邦愂紳櫥瑢印钡男纬蓹C理如圖7 所示，在摩擦磨損過程中，薄膜中釋放出的Cu離子與溶液中的BSA 分子結合，促進BSA 分子吸附于磨痕處，形成一層蛋白生物膜。該蛋白生物膜在摩擦配副剪切力和金屬離子的共同作用下轉(zhuǎn)化為“類石墨碳潤滑層”，有效降低了摩擦配副之間的磨損。

圖7 摻Cu 薄膜表面形成“類石墨碳潤滑層”示意圖[87]Fig.7 The schematic diagram of formation of a carbonaceous film on the surface of Cu doped film[87]

通過氣相沉積對生長棒進行表面處理，可以提高生長棒耐磨損、耐腐蝕性能，減少離子釋放，降低炎癥反應、過敏反應及骨溶解等相關并發(fā)癥的發(fā)生率，從而明顯改善生長棒的使用安全性和延長使用壽命，推動生長棒的發(fā)展。

4 結語

植入生長棒對早發(fā)性脊柱側(cè)凸具有良好的矯正作用，然而，生長棒臨床應用中仍然存在金屬棒斷裂、椎弓根螺釘松動和被拔出等并發(fā)癥。生長棒在體內(nèi)服役過程中，由于摩擦和腐蝕會導致周圍組織中金屬磨屑堆積、金屬離子富集，激活局部巨噬細胞，引起炎癥反應，增加骨溶解和螺釘松動的發(fā)生概率，導致過敏反應、組織壞死等相關并發(fā)癥。

采用噴丸、微弧氧化、等離子噴涂、物理氣相沉積等表面改性技術，可以有效提高生長棒系統(tǒng)的疲勞特性、生物相容性、耐磨性和耐腐蝕性。經(jīng)過改性后的生長棒系統(tǒng)，其斷棒率降低，椎弓根螺釘-骨組織的結合強度增大，耐磨性和耐腐蝕性提高，過敏反應、炎癥反應、骨溶解等相關并發(fā)癥的發(fā)生率降低。