專利名稱：以可降解纖維增強(qiáng)的聚己內(nèi)酯可降解骨釘及其溶液法制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬可降解骨釘技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種以可降解纖維增強(qiáng)的聚己內(nèi)酯可降解骨釘及其溶液法制備。
背景技術(shù)：
根據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示，人口老齡化提速，老年人口將出現(xiàn)第一次增長高峰。60歲及以上老年人口將從“十一五”年均凈增480萬提高到“十二五”的900萬左右，在2015年總量將突破2億。“十二五”期末我國人口總數(shù)將達(dá)到13. 9億左右張立云新華社2010-07-03。 而伴隨著人口老齡化社會(huì)的來臨，骨質(zhì)疏松癥等由于年老體衰帶來的骨折問題將急劇增加。中國解放軍309醫(yī)院的焦紅衛(wèi)指出老齡化社會(huì)帶來弊端跌到致死不容忽視39健康網(wǎng) 2010-3-27，統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，在老人的輕、重傷患者中，20% -30%是由于跌倒而引起的骨折問題，而骨修復(fù)過程中的痛苦也成為了老年人生理和心理的雙重障礙。在醫(yī)學(xué)上，骨釘是骨修復(fù)過程中常用的骨固定器械。傳統(tǒng)的骨釘都采用金屬材料及其合金或陶瓷制成，這些材料具有強(qiáng)度高、韌性好的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是待患者康復(fù)后還要進(jìn)行二次手術(shù)以取出金屬骨釘，給患者帶來二次痛苦，而且在二次手術(shù)后留下的空洞也會(huì)給患者留下潛在的骨折危險(xiǎn)。以可降解材料為基體的可吸收高分子骨釘能克服傳統(tǒng)骨釘材料所引起的諸多不足之處，如由于金屬或陶瓷與人體骨骼剛度相差很大，打破了骨骼修復(fù)的正常的應(yīng)力環(huán)境，從而阻礙了骨痂的形成；此外金屬材料的腐蝕會(huì)引起組織炎癥反應(yīng)；而二次手術(shù)也給患者帶來了不必要的痛苦。目前，國外已開始采用PLLA骨折內(nèi)固定件應(yīng)用于骨修復(fù)臨床。目前國內(nèi)關(guān)于骨釘?shù)难芯看蟛糠植捎肕g、Ti、Zn、Fe、Sn等一些金屬合金材料， 其中有可降解的，也有不可降解的高家誠等.一種高強(qiáng)度可降解生物醫(yī)用鎂合金及其制備方法(20091010815)張小農(nóng)等.生物體內(nèi)可吸收的Mg-Si-Fe三元鎂合金材料張小農(nóng)等.生物體內(nèi)可吸收的Mg-Zn-Ca三元鎂合金材料Q00510111794)安紅等.納米級(jí)羥基磷灰石復(fù)合材料可降解螺釘任伊賓等.生物醫(yī)用可控降解吸收高分子金屬復(fù)合植入材料及其應(yīng)用(200520047093)何國等.纖維燒結(jié)多孔鈦骨釘?shù)闹苽浞椒?(200910045071)。金屬基可降解骨釘?shù)纳锵嗳菪约肮钦T導(dǎo)性都不理想，同時(shí)金屬在體內(nèi)的降解給腎臟造成很大的壓力。由于即便是純鎂或者是純鈦材料都無法避免內(nèi)部含有重金屬，像專利張二林等.醫(yī)用可吸收Mg-Si鎂合金(200810012778)中使用的骨釘材料含有稀土(RE)和釔，有可能造成重金屬中毒性腎損壞。國外有用化學(xué)合成的可降解材料PLA、PGA作為骨修復(fù)材料的報(bào)道Po-Chun Chang, Bu-Yuan Liu, Cheng Meei Liu, Hsin-Hua Chou, Ming-Hua Ho, Hwa-Chang Liu, Da-Ming Wang, Lein-Tuan Hou,"Bone tissue engineering with novel rhBMP2_PLLA composite scaffolds"Biomedical Materials Research PartA,4,771-780(2007)， 但是此類聚合物韌性較差，降解時(shí)會(huì)引起酸性積累，且無骨傳導(dǎo)性從而不能促進(jìn)骨細(xì)胞的生長，另外，此類材料降解速度較快，不適合主要承力骨的修復(fù)。同時(shí)也有一些人用PLA增韌陶瓷基材料制備骨內(nèi)置材料Charlene Μ. Flahiff，Angela S. Blackwell, J. Marcus, and Dale S. Feldman, "Analysis of a biodegradable composite for bone heal ing” 0021-9304/96/030419-06，力學(xué)性能達(dá)到的同時(shí)也增加了生物相容性，但是不能完全降解。曾經(jīng)也有一些人用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)做骨內(nèi)置材料，但其具有顯著的缺點(diǎn)。聚甲基丙烯酸甲酯不可降解，不但影響骨新陳代謝和骨應(yīng)力環(huán)境從而干擾骨修復(fù)，其引起的骨遮蔽效應(yīng)也會(huì)降低骨密度，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松。Revell PA, Braden M， Freeman MA. "Review of the biologicial response to a novel bone cement containing poly (ethyl methacrylate)and η-butyl methacrylate. ”Biomater 1998 ； 19 :1579-1586。磷酸鈣骨水泥的提出解決了聚甲基丙烯酸甲酯的問題，磷酸鈣骨水泥具有可降解性，良好的骨傳導(dǎo)性，生物相容性，而且被證實(shí)作為骨修復(fù)材料的合理性，磷酸鈣骨水泥可以承受壓縮載荷，但是具有低斷裂強(qiáng)度、脆性、易疲勞性。Knaak D，Goad ME, Aiolova Μ,Rey C,Tofighi A,Chakravarthy P,Lee DD. “Resorbable calcium phosphate bone substitute”. J Biomed Mater Res 1998 ;43 :399-409.在此基礎(chǔ)上也有一部分人對(duì)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)進(jìn)行改性，制成聚乙二醇雙甲基丙烯酸酯。據(jù)說此材料具有可降解性，良好的生物相容性，力學(xué)性能優(yōu)良。[Anita A. Ignatius, Peter Augat，Michael Ohnmacht, Peter Pokinskyj, Hans-Jiirgen Kock, Lutz Ε. Claes, "A New Bioresorbable Polymer for Screw Augmentation in the Osteosynthesis of Osteoporotic Cancellous Bone :A Biomechanical Evaluation，，，John Wiley&Sons, Inc. J Biomed Mater Res (Appl Biomater) 58 :254-260, 200
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種以可降解纖維增強(qiáng)的聚己內(nèi)酯可降解骨釘及其溶液法制備，該可降解骨釘具有良好的機(jī)械性能以及生物相容性，避免了由于金屬材料的腐蝕性而導(dǎo)致的肌體組織反應(yīng)；其可降解性能徹底擺脫了金屬骨釘在完成任務(wù)后還需“二次手術(shù)”取出的窘境，大大減輕了患者的痛苦；通過改變纖維的類型、含量和成型工藝可以調(diào)節(jié)骨釘?shù)慕到庵芷?；且制備方法簡單，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的一種以可降解纖維增強(qiáng)的聚己內(nèi)酯(PCL)可降解骨釘，該骨釘為釘狀物，包括可降解纖維與PCL樹脂；其中可降解纖維在骨釘中所占的重量比為 50%， 聚己內(nèi)酯樹脂在骨釘中所占的重量比為50% 99%;可降解纖維分散在骨釘中起著增強(qiáng)增韌的作用，而PCL樹脂起著骨釘基體的作用。所述的可降解纖維為聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚乙交酯-丙交酯(PGLA)、 聚對(duì)二氧環(huán)己酮(PDS)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚羥基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)中的一種或幾種原料共混紡制而成；其初生纖維為復(fù)絲或單絲，拉伸后的單絲纖維直徑范圍為 0. Olmm 0. 30mmo所述的可降解纖維在骨釘中的分散形式為短纖維形式、長纖維形式或編織網(wǎng)狀物形式。本發(fā)明的一種以可降解纖維增強(qiáng)的聚己內(nèi)酯(PCL)可降解骨釘?shù)娜芤悍ㄖ苽浞椒?，包?1)將人體可吸收高分子材料烘干后在螺桿擠壓機(jī)中熔融紡制成初生纖維，經(jīng)拉伸后得到拉伸纖維，將拉伸纖維加工成短纖維、長纖維或編織網(wǎng)狀物形式；(2)將聚己內(nèi)酯(PCL)溶于乙酸乙酯中，配置成PCL溶液；(3)將上述PCL溶液分次澆鑄倒入模具中，同時(shí)均勻加入步驟(1)中的拉伸纖維， 抽真空去除溶劑；澆鑄完成后，待溶劑基本去除后將模具放入烘箱定型；之后脫模并進(jìn)行車床加工，制得所需的骨釘外形，即得。所述步驟(1)中的人體可吸收高分子材料為聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚乙交酯-丙交酯(PGLA)、聚對(duì)二氧環(huán)己酮(PDQ、聚丁二酸丁二醇酯(PBQ、聚羥基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)中的一種或幾種。所述步驟(2)中添加界面助容劑；其中界面助容劑為檸檬酸三丁酯(TBC)、甲基丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸十四烷基酯、二縮三乙二醇雙甲基丙烯酸酯(TEGDA)中的一種或幾種的組合；其中界面助容劑的總用量為纖維重量的0% 20%，也可以不添加助溶劑。界面助容劑的作用為幫助提高纖維與PCL界面之間的相容性。所述步驟(3)中的拉伸纖維與PCL的重量比為10-25 100。所述步驟(3)中的定型溫度為40_50°C，時(shí)間1-2小時(shí)。所述步驟(3)中制得的骨釘經(jīng)過消毒即得臨床應(yīng)用的可降解骨釘。有益效果(1)本發(fā)明的可降解骨釘采用的材料為人體可吸收的生物材料，與人體相容性好， 在體內(nèi)停留一定時(shí)間后降解為對(duì)人體無害的小分子物質(zhì)，通過新陳代謝排除體外，避免了使用傳統(tǒng)骨釘過程中由于金屬材料的腐蝕性而導(dǎo)致的肌體組織反應(yīng)；(2)骨釘?shù)慕到馐且粋€(gè)過程，隨著骨釘?shù)闹饾u消失，打孔所留下的孔洞也隨之逐漸愈合，而傳統(tǒng)骨釘經(jīng)二次手術(shù)取出后，會(huì)留下明顯孔洞，給修復(fù)之處的骨結(jié)構(gòu)強(qiáng)度帶來潛在的隱患；(3)可降解骨釘避免了使用傳統(tǒng)金屬骨釘在完成任務(wù)后還需“二次手術(shù)”取出的窘境，大大減輕了患者的痛苦；(4)本發(fā)明的關(guān)鍵之點(diǎn)是采用了可降解纖維對(duì)PCL進(jìn)行了改性；PCL是一種比較理想的綠色高分子人體可吸收材料，吸收周期較長，適合用作骨修復(fù)材料；PCL的缺點(diǎn)是柔軟性太好，若單一材料用作骨釘則強(qiáng)度不夠且過于柔韌；采用其它可吸收材料制備的纖維進(jìn)行增強(qiáng)后，骨釘?shù)膹?qiáng)度和剛性都有所增強(qiáng)；此外，通過改變纖維的類型、含量和成型工藝可以調(diào)節(jié)骨釘?shù)慕到庵芷?，以適應(yīng)不同部位骨修復(fù)的需求；(5)本發(fā)明的制備方法流程較短、操作簡單，成本低，對(duì)環(huán)境友好，經(jīng)濟(jì)效益高，可以用作傳統(tǒng)金屬骨釘?shù)奶娲a(chǎn)品。


圖1、本發(fā)明的用人體可吸收短纖維增強(qiáng)PCL的高強(qiáng)度可降解骨釘?shù)氖疽鈭D；圖2、本發(fā)明的用人體可吸收長纖網(wǎng)增強(qiáng)PCL的高強(qiáng)度可降解骨釘?shù)氖疽鈭D。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1一種以可降解纖維增強(qiáng)的聚己內(nèi)酯(PCL)可降解骨釘，該骨釘為釘狀物，包括可降解纖維與PCL樹脂；其中可降解纖維在骨釘中所占的重量比為20% ；可降解纖維分散在骨釘中起著增強(qiáng)增韌的作用，而PCL樹脂起著骨釘基體的作用。制備包括(1)取PLA切片若干，在150°C真空狀態(tài)下干燥5小時(shí)；然后在熔融紡絲機(jī)中擠壓成形得到PLA初生單纖維；經(jīng)拉伸后得到PLA拉伸纖維，其單絲直徑為0. 05mm ；將纖維切成平均長度為8mm長的短纖維。(2)用天平稱量PCL 98g，稱量TBC 2g，，將PCL和TBC投入50ml乙酸乙酯進(jìn)行溶解，得到PCL溶液。(3)將PLA短纖維投入PCL溶液，纖維與PCL的重量比為PLA PCL = 10 100， 攪拌均勻。(4)分多次將混有PLA短纖維的PCL溶液澆鑄到圓柱形模具中，抽真空去除溶劑； 澆鑄完成后，待溶劑基本去除后將模具放入烘箱，在50°C溫度下定型1小時(shí)使復(fù)合物固化。( 取出PLA纖維/PCL復(fù)合圓柱棒，用車床根據(jù)要求車出骨釘產(chǎn)品，消毒包裝后便得到可以臨床應(yīng)用的可降解骨釘。實(shí)施例2(1)取PGA切片若干，在120°C真空狀態(tài)下干燥6小時(shí)；然后在熔融紡絲機(jī)中擠壓成形得到PGA初生單纖維；經(jīng)拉伸后得到PGA拉伸纖維，其單絲直徑為0. 08mm ；將纖維切成平均長度為IOmm長的短纖維。(2)用天平稱量PCL 98g，稱量甲基丙烯酸十二烷基酯2g，，將PCL和甲基丙烯酸十二烷基酯投入50ml乙酸乙酯進(jìn)行溶解，得到PCL溶液。(3)將PGA短纖維投入PCL溶液，纖維與PCL的重量比為PLA PCL = 15 100， 攪拌均勻。(4)分多次將混有PGA短纖維的PCL溶液澆鑄到圓柱形模具中，抽真空去除溶劑； 澆鑄完成后，待溶劑基本去除后將模具放入烘箱，在45°C溫度下定型1小時(shí)使復(fù)合物固化。(5)取出PGA纖維/PCL復(fù)合圓柱棒，用車床根據(jù)要求車出骨釘產(chǎn)品，消毒包裝后便得到可以臨床應(yīng)用的可降解骨釘。實(shí)施例3(1)取PGLA切片若干，在120°C真空狀態(tài)下干燥6小時(shí)；然后在熔融紡絲機(jī)中擠壓成形得到PGLA初生纖維束，每束纖維有8根單纖維；經(jīng)拉伸后得到PGLA拉伸纖維束，其單纖維直徑為0. 03mm ；以長絲束狀態(tài)保存纖維束。(2)用天平稱量PCL 98g，稱量甲基丙烯酸十四烷基酯2g，，將PCL和甲基丙烯酸十四烷基酯投入50ml乙酸乙酯進(jìn)行溶解，得到PCL溶液。(3)將PGLA纖維束排列整齊安置在模具內(nèi)，使纖維束軸向與圓柱形模具的中心軸線平行，纖維與PCL的重量比為PGLA PCL = 20 100。(4)分多次將PCL溶液澆鑄到圓柱形模具中，抽真空去除溶劑；澆鑄完成后，待溶劑基本去除后將模具放入烘箱，在40°C溫度下定型2小時(shí)使復(fù)合物固化。
(5)取出PGLA纖維/PCL復(fù)合圓柱棒，用車床根據(jù)要求車出骨釘產(chǎn)品，消毒包裝后便得到可以臨床應(yīng)用的可降解骨釘。實(shí)施例4(1)以1 1比例取PGA和PGLA切片若干，在130°C真空狀態(tài)下干燥6小時(shí)；然后在熔融紡絲機(jī)中擠壓成形得到PGA/PGLA初生單纖維；經(jīng)拉伸后得到PGA/PGLA拉伸纖維，其單絲直徑為0. 20mm ；以長纖維狀態(tài)保存纖維。(2)用天平稱量PCL 98g，稱量二縮三乙二醇雙甲基丙烯酸酯2g，，將PCL和二縮三乙二醇雙甲基丙烯酸酯投入50ml乙酸乙酯進(jìn)行溶解，得到PCL溶液。(3)將PGA/PGLA拉伸纖維編織成網(wǎng)片，然后卷成多層網(wǎng)管狀排列整齊安置在模具內(nèi)，使網(wǎng)管的軸向與圓柱形模具的中心軸線平行，網(wǎng)片與PCL的重量比為PGA/PGLA:PCL = 25 100。(4)分多次將PCL溶液澆鑄到圓柱形模具中，抽真空去除溶劑；澆鑄完成后，待溶劑基本去除后將模具放入烘箱，在50°C溫度下定型1小時(shí)使復(fù)合物固化。(5)取出PGA/PGLA/PCL復(fù)合圓柱棒，用車床根據(jù)要求車出骨釘產(chǎn)品，消毒包裝后便得到可以臨床應(yīng)用的可降解骨釘。
權(quán)利要求
1.一種以可降解纖維增強(qiáng)的聚己內(nèi)酯可降解骨釘，該骨釘為釘狀物，包括可降解纖維與聚己內(nèi)酯樹脂；其中可降解纖維在骨釘中所占的重量比為 50%，聚己內(nèi)酯樹脂在骨釘中所占的重量比為50% 99% ；可降解纖維分散在骨釘中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以可降解纖維增強(qiáng)的聚己內(nèi)酯可降解骨釘，其特征在于所述的可降解纖維為聚乳酸、聚乙醇酸、聚乙交酯-丙交酯、聚對(duì)二氧環(huán)己酮、聚丁二酸丁二醇酯、聚羥基丁酸戊酸共聚酯中的一種或幾種原料共混紡制而成；紡制的初生纖維為復(fù)絲或單絲，拉伸后的單絲纖維直徑范圍為0. Olmm 0. 30mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以可降解纖維增強(qiáng)的聚己內(nèi)酯可降解骨釘，其特征在于所述的可降解纖維在骨釘中的分散形式為短纖維形式、長纖維形式或編織網(wǎng)狀物形式。
4.一種以可降解纖維增強(qiáng)的聚己內(nèi)酯可降解骨釘?shù)娜芤悍ㄖ苽浞椒ǎ?1)將人體可吸收高分子材料烘干后在螺桿擠壓機(jī)中熔融紡制成初生纖維，經(jīng)拉伸后得到拉伸纖維，將拉伸纖維加工成短纖維、長纖維或編織網(wǎng)狀物形式；(2)將聚己內(nèi)酯溶于乙酸乙酯中，配置成聚己內(nèi)酯溶液；(3)將上述聚己內(nèi)酯溶液分次澆鑄倒入模具中，同時(shí)均勻加入步驟(1)中的拉伸纖維， 抽真空去除溶劑；澆鑄完成后，待溶劑基本去除后將模具放入烘箱定型；之后脫模并進(jìn)行車床加工，制得所需的骨釘外形，即得。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種以可降解纖維增強(qiáng)的聚己內(nèi)酯可降解骨釘?shù)娜芤悍ㄖ苽浞椒?，其特征在于所述步驟O)中添加界面助容劑；其中界面助容劑為檸檬酸三丁酯、 甲基丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸十四烷基酯、二縮三乙二醇雙甲基丙烯酸酯中的一種或幾種的組合；界面助容劑的總用量為纖維重量的0% 20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種以可降解纖維增強(qiáng)的聚己內(nèi)酯可降解骨釘?shù)娜芤悍ㄖ苽浞椒ǎ涮卣髟谟谒霾襟E(3)中的拉伸纖維與聚己內(nèi)酯的重量比為10-25 100。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種以可降解纖維增強(qiáng)的聚己內(nèi)酯可降解骨釘?shù)娜芤悍ㄖ苽浞椒?，其特征在于所述步驟(3)中的定型溫度為40-50°C，時(shí)間1-2小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種以可降解纖維增強(qiáng)的聚己內(nèi)酯可降解骨釘?shù)娜芤悍ㄖ苽浞椒?，其特征在于所述步驟(3)中制得的骨釘經(jīng)過消毒即得臨床應(yīng)用的可降解骨釘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以可降解纖維增強(qiáng)的聚己內(nèi)酯可降解骨釘及其溶液法制備，該骨釘為釘狀物，包括可降解纖維與聚己內(nèi)酯樹脂，可降解纖維分散在骨釘中；制備包括(1)將人體可吸收高分子材料烘干后在螺桿擠壓機(jī)中熔融紡制成初生纖維，經(jīng)拉伸后得到拉伸纖維；(2)將聚己內(nèi)酯和界面助容劑溶于乙酸乙酯中，配置成聚己內(nèi)酯溶液；(3)將聚己內(nèi)酯溶液分次澆鑄倒入模具中，同時(shí)加入拉伸纖維，去除溶劑；澆鑄完成后，待溶劑去除后將模具定型；脫模并進(jìn)行車床加工，即得。本發(fā)明的可降解骨釘具有良好的機(jī)械性能以及生物相容性，可降解性能徹底擺脫了需“二次手術(shù)”取出的窘境，大大減輕了患者的痛苦；降解周期可調(diào)；且制備方法簡單，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)A61L31/06GK102247622SQ20111015656
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者張洪瑞, 楊慶, 沈新元, 袁增藝, 郯志清 申請(qǐng)人:東華大學(xué)