專利名稱：骨修復用可吸收性復合材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于制備高強度復合材料的方法，這種復合材料可用于人體內承力骨及非承力骨的修復，并能在體內逐漸降解為無毒物質，降解產物隨人體代謝循環(huán)而排出體外。
國外有用化學合成的聚乳酸、聚乙交酯等作為可降解性骨修復材料的報道。本發(fā)明所用的可降解塑料為聚羥基脂肪酸酯(PHA)，它是由多種微生物合成的生物可降解塑料，它以可再生的生物資源為原料，在生態(tài)環(huán)境中會完全降解為水和二氧化碳。幾種重要的聚羥基脂肪酸酯有聚羥基丁酸酯(PHB)、聚羥基丁酸-羥基戊酸酯(PHB-HV)、聚羥基丁酸-羥基己酸酯(PHB-HH)等。以PHB為基體、通過本發(fā)明所述的方法增強所得的復合材料具有完全的生物可降解性，良好的生物相容性，可以調節(jié)的降解速率并具有足夠的力學強度。其中聚羥基丁酸酯還其有獨特的壓電性，能刺激骨骼的生長。這種可吸收性復合材料能克服傳統(tǒng)的金屬及其合金或陶瓷為主體的骨折內固定裝置的諸多不足，如金屬或陶瓷的剛度與骨骼的剛度相差很大，破壞了骨骼愈合過程中正常的應力環(huán)境，阻礙了骨痂的形成以及金屬材料的腐蝕引起的炎癥反應及需進行二次手術加以取出等。本發(fā)明所制得的復合材料同時也能彌補單純的以聚乳酸或聚乙交酯為基體制備的復合材料降解速率快的不足，其有適當的可以調節(jié)的降解速度。同時由于本發(fā)明所使用的原料不像聚乳酸或聚乙交酯依賴于石油工業(yè)，而是以可再生的生物資源為原料，在能源日益緊張的今天具有其無可比擬的優(yōu)勢。
本發(fā)明的目的是提出一種骨修復用可吸收性復合材料的制備方法，使用微生物合成的生物可降解塑料為基體，同時經過自增強而獲得高強度高模量的復合材料。
本發(fā)明提出的骨修復用可吸收性復合材料的制備方法，其原料為聚羥基丁酸酯(以下稱PHB)或聚羥基丁酸-羥基戊酸酯(以下稱PHB-HV)或聚羥基丁酸-羥基己酸酯(以下稱PHB-HH)或其中兩種或三種的混合物為基體，基體高聚物在復合材料中的含量在50～100wt％；各種添加劑(1)表面活性生物陶瓷羥基磷灰石(以下稱HA)粉，其在復合材料中的含量為0～50wt％，以增加復合材料的生物相容性及骨傳導性；(2)成核劑如NH4Cl或滑石粉，其在復合材料中的含量為0～1％，以改進材料的結晶性及力學性能；(3)降解速率調節(jié)劑如聚乳酸(以下稱PLA)或聚乙交酯(以下稱PGA)或聚己內酯(以下稱PCL)，其在復合材料中的含量為0～15wt％。
本發(fā)明的制備過程如下1、通過擠出裝置將一種微生物合成的生物可降解塑料或這種生物可降解塑料與上述的添加劑的混合物擠出成型制備得直徑為4-6mm的預備料。擠出溫度為100-180℃。
2、在聚合物的玻璃化轉變溫度Tg-熔點Tm的溫度范圍之間，將上述第1步所得預備料由圖1所示模具的較大的空腔通過一個錐形口模壓入一個轉小的空腔。其中錐形口的小端與大端的直徑比為2/3到1/6。壓力范圍為30MPa-300MPa，加工溫度為40-120℃。
3、將進入小空腔的料迅速冷卻至室溫，取出成型后的材料，即為本發(fā)明的骨修復用可吸收性復合材料，再通過其它的加工手段將所得的材料加工成所需的形狀。
經過以上三步就得到了用于骨修復的可吸收性復合材料，最終所得的材料形狀可以是棒狀、板狀、釘狀、螺釘狀等各種形狀。
本發(fā)明所制得的骨修復用可吸收性復合材料的主要優(yōu)點如下(1)這種復合材料具有完全的生物可降解性、良好的生物相容性，于體內使用無毒無副作用。
(2)這種復合材料因為分子的取向從而具有足夠的力學強度，并且在骨骼愈合過程中逐漸降解，達到與骨骼的力學強度相匹配，保持骨骼愈合過程中正常的應力環(huán)境。
(3)這種復合材料能在體內完全降解，骨骼愈合后不需二次手術將其取出。
圖1為用固態(tài)擠出法制備本發(fā)明的復合材料的模具。
圖1中，1為活塞，2為上模中的空腔，3為上模，4為預備料，5為錐形口模，6為下模，7為下模中的空腔。
將預備料4放入上模的空腔2中，通過活塞1連續(xù)或間隙的加壓，在低溫下將預備料通過錐形口模5壓入下模6的空腔7中，分離上模和下模，取出成型后的材料，再進行加工，最終得到所需形狀。再進行后加工。
本發(fā)明所使用的對材料進行自增強的方法稱為固態(tài)擠出法。所謂的固態(tài)擠出法，即在聚合物的熔點Tm以下，玻璃化轉變溫度Tg以上，在一定的高壓下讓聚合物通過一個帶有錐形口模的模具，實現(xiàn)聚合物分子鏈的取向，從而獲得力學性能優(yōu)異的復合材料的一種方法。本發(fā)明所述的較低的成型加工溫度范圍Tg-Tm，能防止加工過程中材料自身的降解行為，并且在加工過程中分子鏈的這種取向易于被固定，從而獲得經過自增強的高強度高模量的復合材料。
下面介紹本發(fā)明的實施例。
實施例一1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在170℃將PHB注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在100MPa的壓力下于60℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例二1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在180℃將PHB粉(50wt％)和HA粉(50wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在300MPa的壓力下于120℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例三1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在172℃將PHB粉和成核劑氯化銨(0.2wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在150MPa的壓力下于70℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例四1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在174℃將PHB粉(90wt％)、HA粉(10wt％)和成核劑氯化銨(0.4wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在150MPa的壓力下于80℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例五1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在175℃將PHB粉(80wt％)、HA粉(20wt％)和成核劑氯化銨(0.6wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在200MPa的壓力下于90℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例六1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在176℃將PHB粉(70wt％)、HA粉(30wt％)和成核劑氯化銨(0.8wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在250MPa的壓力下于100℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例七1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在178℃將PHB粉(60wt％)、HA粉(40wt％)和成核劑氯化銨(1wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在300MPa的壓力下于110℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例八1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在170℃將PHB粉(95wt％)、PLA(5wt％)和成核劑滑石粉(0.2wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在100MPa的壓力下于60℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例九1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在170℃將PHB粉(80wt％)、PLA粉(10wt％)、HA粉(10wt％)和成核劑滑石粉(0.4wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在150MPa的壓力下于80℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例十1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在170℃將PHB粉(70wt％)、PLA粉(15wt％)、HA粉(15wt％)和成核劑滑石粉(0.6wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在150MPa的壓力下于90℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例十一1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在170℃將PHB粉(80wt％)、PGA粉(5wt％)、HA粉(15wt％)和成核劑滑石粉(0.8wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在200MPa的壓力下于100℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例十二1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在170℃將PHB粉(80wt％)、PGA粉(10wt％)、HA粉(10wt％)和成核劑滑石粉(1wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在200MPa的壓力下于100℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例十三1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在172℃將PHB粉(60wt％)、PGA粉(15wt％)、HA粉(25wt％)和成核劑滑石粉(1wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在200MPa的壓力下于100℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例十四1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在170℃將PHB粉(95wt％)、PCL(5wt％)和成核劑滑石粉(0.2wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在100MPa的壓力下于60℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例十五1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在170℃將PHB粉(80wt％)、PCL粉(10wt％)、HA粉(10wt％)和成核劑滑石粉(0.4wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在150MPa的壓力下于80℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例十六1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在170℃將PHB粉(70wt％)、PCL粉(15wt％)、HA粉(15wt％)和成核劑滑石粉(0.6wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在150MPa的壓力下于90℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例十七1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在100℃將PHB-HV粉注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在30MPa的壓力下于60℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例十八1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在105℃將PHB-HV粉(80wt％)、HA粉(20wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在50MPa的壓力下于50℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例十九1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在110℃將PHB-HV粉(60wt％)、HA粉(40wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在80MPa的壓力下于40℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例二十1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在130℃將PHB-HH粉注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在30MPa的壓力下于90℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例二十一1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在130℃將PHB-HH粉(80wt％)、HA粉(20wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在60MPa的壓力下于80℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例二十二1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在132℃將PHB-HH粉(60wt％)、HA粉(40wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在90MPa的壓力下于70℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
實施例二十三1、用CS-183MMX Mini-Max型注塑機在135℃將PHB-HH粉(50wt％)、HA粉(50wt％)的混合物注塑成為Φ4的圓柱形樣條。
2、將此樣條置于圖1所示的上模的空腔中，在120MPa的壓力下于60℃將其擠出到下模的空腔中。
3、將模具冷卻至室溫并取出擠出后的樣條。
權利要求
1.一種骨修復用可吸收性復合材料的制備方法，其特征在于，該方法所用的原料為聚羥基丁酸酯、聚羥基丁酸-羥基戊酸酯或聚羥基丁酸-羥基己酸酯中的兩種或三種的混合物為基體，基體高聚物在復合材料中的含量為50～100wt％；表面活性生物陶瓷羥基磷灰石粉，其在復合材料中的含量為0～50wt％，成核劑為NH4Cl或滑石粉，其在復合材料中的含量為0～1％，降解速率調節(jié)劑為聚乳酸或聚乙交酯或聚己內酯，其在復合材料中的含量為0～15wt％；其制備過程為(1)通過擠出裝置將高聚物基體和其它添加劑以上述比例混合，擠出成型制備成直徑為4-6mm的預備料，擠出溫度為100-180℃(2)在聚合物的玻璃化轉變溫度Tg-熔點Tm的溫度范圍之間，將上述第1步所得的預備料從較大的空腔通過一個錐形口模壓進一個較小的空腔，其中錐形口的小端與大端直徑之比為2/3到1/6，壓力為30MPa-300MPa，加工溫度為40-120℃；(3)將進入小空腔的料迅速冷卻至室溫，取出成型后的材料即為本發(fā)明的骨修復用可吸收性復合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種骨修復用可吸收性復合材料的制備方法,其原料為高聚物基體及各種添加劑、成核劑和降解速率調節(jié)劑,通過擠出裝置將各種原料的混合物擠出成型制備得預備料,在聚合物的玻璃化轉變溫度范圍內,擠壓成型,迅速冷卻至室溫即為本發(fā)明的復合材料。本發(fā)明具有完全的生物可降解性、良好的生物相容性,于體內使用無毒無副作用,具有足夠的力學強度,并且在骨骼愈合過程中逐漸降解,保持骨骼愈合過程中正常的應力環(huán)境。
文檔編號A61L31/12GK1267554SQ00106168
公開日2000年9月27日 申請日期2000年4月28日 優(yōu)先權日2000年4月28日
發(fā)明者胡平, 江濤 申請人:清華大學