專利名稱：磷酸鹽纖維增強(qiáng)聚乳酸可控降解吸收性生物活性復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用骨內(nèi)固定材料、骨修復(fù)材料，具體地說是一種磷酸鹽纖維增強(qiáng)聚乳酸可控降解吸收性生物活性復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，臨床上應(yīng)用的骨內(nèi)固定材料基本上是金屬材料，如不銹鋼、鈦合金等。這些材料用作骨內(nèi)固定材料，雖然能完成骨折局部早期的堅強(qiáng)固定，但由于其彈性模量遠(yuǎn)高于人體骨的彈性模量(是人體骨彈性模量的20倍)，容易導(dǎo)致骨折局部產(chǎn)生應(yīng)力遮擋作用，使骨愈合后骨折局部出現(xiàn)骨質(zhì)疏松和自身骨退化。在金屬內(nèi)固定裝置取出后，容易出現(xiàn)再次骨折等?？山到馕招怨莾?nèi)固定裝置，由于具有良好的生物降解性和吸收性以及力學(xué)性能的衰減性，在骨愈合過程中，載荷可逐漸從骨內(nèi)固定裝置轉(zhuǎn)移到自身骨上，與骨的愈合動力學(xué)相適應(yīng)，能夠克服金屬內(nèi)固定材料的各種弊端，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。
自1985年Rokkamen報導(dǎo)用自增強(qiáng)L-聚乳酸(SR-PLLA)及聚乙交酯(SR-PGA)可吸收性骨折內(nèi)固定棒治療踝部骨折取得滿意療效后，人們對此進(jìn)行了大量的研究和開發(fā)。其產(chǎn)品種類包括用SR-PLLA、SR-PGA及SR-PGLA等三種可降解聚合物制作的內(nèi)固定棒、針、螺釘、接骨板等。然而由于目前可降解吸收性骨內(nèi)固定裝置的力學(xué)性能低于正常人皮質(zhì)骨的力學(xué)性能，或可降解吸收性骨內(nèi)固定材料雖然具有較高的初始強(qiáng)度、剛度，但在降解過程中，力學(xué)性能衰減太快，其衰減速率與骨的愈合速率不匹配，因此僅用于非承重部位的松質(zhì)骨的固定，不能用于承重部位的皮質(zhì)骨固定。此外，由于用作內(nèi)固定材料的聚L-乳酸(PLLA)分子量過高，且PLLA為晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致在體內(nèi)降解吸收的時間過長(2-8年)。因此，提高可降解吸收性聚合物的力學(xué)性能、調(diào)控其力學(xué)性能衰減速率、縮短降解吸收的時間，是國內(nèi)外可降解吸收性骨內(nèi)固定材料研究領(lǐng)域需要解決的核心問題。
迄今，用作可降解吸收性的骨內(nèi)固定聚合物材料，主要有左旋聚乳酸(PLLA)、外消旋聚乳酸(PDLLA)、聚乙醇酸(PGA)以及聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物(PGLA)等，為了提高可降解吸收性聚合物的力學(xué)性能，專利FJ851828(芬蘭)采用聚合物纖維增強(qiáng)同材質(zhì)聚合物基體(即自增強(qiáng)材料，如SR-PGA、SR-PLLA、SR-(PGA/PLLA)等)，來提高可降解吸收性聚合物纖維的力學(xué)性能，取得一定效果，但降解過程中，力學(xué)性能衰減很快，這可能與聚合物的應(yīng)力松弛有關(guān)。Slivka Ma等人采用碳纖維增強(qiáng)PLLA，由于碳纖維不降解，PLLA降解后，碳纖維的殘余物被留在組織中。Andriano Kp等人采用偏磷酸鈣纖維增強(qiáng)PLLA，制成CMP/PLLA復(fù)合材料，CMP纖維降解很快，在降解期間復(fù)合材料早期力學(xué)性能迅速衰減，不能滿足內(nèi)固定復(fù)合材料對其力學(xué)性能的要求。專利(ZL96191435)用未燒結(jié)的HAP微米微粒增強(qiáng)PLLA，制備出HAP/PLLA可降解吸收性復(fù)合材料，其初始力學(xué)性能為彎曲強(qiáng)度150～300Mpa，模量8～12Gpa，但低于人體皮質(zhì)骨的力學(xué)性能，且由于PLLA分子鏈高度取向，在復(fù)合材料植入組織后，在體內(nèi)降解吸收的時間竟比PLLA還長得多。
本發(fā)明人在專利(專利申請?zhí)朲L 02113309.3高強(qiáng)度、高模量可吸收骨內(nèi)固定聚磷酸鈣/聚丙交酯復(fù)合材料及制備方法)的研究工作中發(fā)現(xiàn)CPP/PLLA復(fù)合材料的降解是一種整體溶蝕降解，在降解過程中，水分子容易進(jìn)入材料的內(nèi)部，纖維與基體粘結(jié)較弱，所有的大分子鏈都有機(jī)會與水接觸，因而發(fā)生整體無規(guī)水解降解，在顯微鏡下可以看到降解后材料整體出現(xiàn)裂縫，偶爾會出現(xiàn)宏觀裂縫，出現(xiàn)宏觀裂縫后，復(fù)合材料力學(xué)性能迅速下降，其力學(xué)性能衰減速率與骨愈合速率不一致，且降解過程中降解液的pH值太低(3.8)，容易引起炎癥反應(yīng)。在聚磷酸鈣纖維(CPP)增強(qiáng)外消旋型聚乳酸(PDLLA)即CPP/(PDLLA)復(fù)合材料研究中發(fā)現(xiàn)，CPP/(PDLLA)復(fù)合材料在降解過程中，水分非常緩慢地逐層滲進(jìn)材料內(nèi)部，水分子滲進(jìn)材料內(nèi)部的速率約為0.0125mm/天(PDLLA分子量30-40萬)。在試樣斷口可清晰地觀察到水滲透層與未滲透層界面。但在37℃下的生理鹽水中降解時，CPP/(PDLLA)復(fù)合材料容易變形，彈性模量迅速下降。這可能與PDLLA在降解過程中玻璃溫度Tg下降有關(guān)，因此，只有采用高分子量的PDLLA與CPP纖維復(fù)合，形成高強(qiáng)度、高模量復(fù)合材料，或許可用作可降解吸收性骨內(nèi)固定復(fù)合材料。這方面的研究正在進(jìn)行中。另外，PDLLA在體內(nèi)的降解吸收速率比PLLA在體內(nèi)的降解吸收速率要快的多，具有顯著的優(yōu)越性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種磷酸鹽纖維增強(qiáng)聚乳酸可控降解吸收性生物活性復(fù)合材料及其制備方法。該復(fù)合材料具有超高強(qiáng)度、剛度、生物活性和可控的降解吸收速率以及力學(xué)性能衰減速率，可用作松質(zhì)骨和部分皮質(zhì)骨甚至皮質(zhì)骨的可降解吸收性骨內(nèi)固定裝置。
上述發(fā)明目的是通過以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)的一種磷酸鹽纖維增強(qiáng)聚乳酸可控降解吸收性生物活性復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料包括增強(qiáng)材料和基體材料，其組分及配比以重量份數(shù)計分別為增強(qiáng)材料的重量份數(shù)為0～75份，其中磷酸鹽纖維CPG為0～60份，精選20～50份，磷酸鹽纖維須符合專利ZL 01101550.0的技術(shù)要求，纖維直徑5～40μm，精選5～30μm，纖維在體內(nèi)維持時間30～540天，精選60～120天；納米羥基磷灰石nano-HA為0～15份，精選5～8份，選用納米nano-HA粒子或針狀nano-HA粒子，粒子直徑0～100nm，精選0～60nm，粒子長度0～1000nm，精選50～400nm；基體材料的重量份數(shù)為100～25份，精選75～30份，基體材料選用粘均分子量30～130萬、精選40～120萬分子量的外消旋聚乳酸PDLLA和粘均分子量20～80萬、精選25～60萬分子量的左旋聚乳酸PLLA兩者的共混物，聚合物共混物PDLLA和PLLA的重量比為10～90/90～10。
上述復(fù)合材料中，磷酸鹽纖維(CPG)可用聚磷酸鈣纖維(CPP，ZL 01101545.4)，其它可降解纖維(如聚乳酸纖維、聚乙醇酸纖維、羥基磷灰石纖維)，或部分降解纖維如碳纖維代替；聚乳酸(PLLA，PDLLA)可用乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)代替；納米羥基磷灰石(nano-HA)可用納米α-磷酸三鈣粒子(nano-α-TCP)或納米β-磷酸三鈣(nano-β-TCP)或納米磷酸四鈣(nano-TTCP)或納米碳酸鈣(CaCO3)粒子等堿式納米微粒代替。
上述磷酸鹽纖維增強(qiáng)聚乳酸可控降解吸收性生物活性復(fù)合材料的單向長纖維(纖維長度100～400mm)制備方法(方法A)如下①稱取外消旋聚乳酸PDLLA和左旋聚乳酸PLLA，在容器中按聚乳酸∶二氯甲烷(或三氯甲烷)＝1∶15～50的重量比溶解，得到聚乳酸混合溶液，即PDLLA/PLLA兩者的混合溶液，簡稱 液；②稱取納米羥基磷灰石nano-HA微粒，加入 液中，或?qū)ano-HA加入二氯甲烷中，HA∶二氯甲烷＝1∶10，制成nano-HA/二氯甲烷懸濁液，加入 液中攪拌均勻，得到nano-HA、PDLLA和PLLA三者的混合溶液，簡稱 液；③稱取磷酸鹽纖維CPG，裁剪成100～400mm的纖維長度，在聚四氟乙烯薄板上單向鋪層；④將 液澆注在經(jīng)步驟③處理的單向鋪層的CPG纖維層表面，分2～3次澆注，經(jīng)2～10小時二氯甲烷自然揮發(fā)后，得到CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料薄膜；⑤將經(jīng)步驟④處理的復(fù)合材料薄膜，在真空干燥箱內(nèi)烘干，真空度0.03～0.09Mpa，烘干溫度40～80℃，烘干時間24～48小時；⑥將經(jīng)步驟⑤處理的復(fù)合材料薄膜，單向疊層，或正負(fù)45°疊層，裝入模具內(nèi)真空熱壓，或在氮?dú)獗Ｗo(hù)下熱壓，真空度為0.06～0.085Mpa，精選0.07～0.08Mpa，熱壓溫度140～220℃，壓力40～100Mpa，精選60～90MPa；⑦脫模、精修、滅菌、包裝，得到可用于部分皮質(zhì)骨甚至皮質(zhì)骨(包括松質(zhì)骨)可完全降解吸收性骨內(nèi)固定復(fù)合材料螺釘、接骨板及髓內(nèi)針等。
上述磷酸鹽纖維增強(qiáng)聚乳酸可控降解吸收性生物活性復(fù)合材料的隨機(jī)短纖維制備方法如下①同方法A的步驟①；②同方法A的步驟②；③稱磷酸鹽纖維CPG，裁剪成2～10mm纖維長度；④將經(jīng)步驟③處理的短纖維加入經(jīng)步驟②處理的 液中，攪拌均勻，均勻的澆注在聚四氟乙烯薄膜表面，待2～6小時，二氯甲烷揮發(fā)后，真空干燥，真空度0.06～0.085MPa，干燥溫度40～80℃，干燥時間24～48小時，得到隨機(jī)短纖維CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料薄膜；⑤將經(jīng)步驟④處理的復(fù)合材料薄膜，疊層，裝入模具，經(jīng)真空熱壓成型，或在氮?dú)獗Ｗo(hù)下熱壓成型，熱壓溫度140～220℃，壓力40～100Mpa，真空度0.06～0.085Mpa；⑥脫模、精修、滅菌、包裝，得到可用于一般松質(zhì)骨固定的可降解吸收性內(nèi)固定棒、內(nèi)固定螺釘?shù)取?br>
本發(fā)明提供的上述磷酸鹽纖維增強(qiáng)聚乳酸完全吸收性醫(yī)用復(fù)合材料及其制備方法，具有以下積極效果①采用聚合物共混物技術(shù)調(diào)控聚乳酸的降解吸收速率和力學(xué)性能衰減速率，以克服采用中等分子量的PDLLA為基體的可降解吸收性骨內(nèi)固定復(fù)合材料在植入體內(nèi)后容易變形的缺陷。即在PDLLA基體中摻入一定量的PLLA，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，組成貫穿整個PDLLA基體的網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。這個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)起到拉緊PDLLA基體各部分的作用。從而提高PDLLA的力學(xué)性能和變形溫度。隨著PLLA摻入份數(shù)的增加，形成PLLA/PDLLA共混物，共混物的力學(xué)性能增加、變形溫度提高、降解吸收時間延長，同時纖維增強(qiáng)PLLA/PDLLA可降解吸收性復(fù)合材料的降解，隨著PDLLA重量份數(shù)的增加由整體溶蝕性降解逐漸變成逐層緩慢降解，從而可以降低復(fù)合材料在植入過程中的力學(xué)性能衰減速率。
②采用納米羥基磷灰石(nano-HA)提高PLLA/PDLLA共混物的力學(xué)性能、變形溫度和降低在降解過程中水分子滲入材料內(nèi)部的速率以及穩(wěn)定材料在降解過程中的PH值，減輕炎癥反應(yīng)，和增加生物活性。
③采用可控降解速率的磷酸鹽玻璃(CaO-P2O5Glass，CPG)纖維(ZL 01101550.0)與聚乳酸共混物基體(PDLLA-PLLA)復(fù)合，形成混雜纖維(CPG+HA)增強(qiáng)聚乳酸共混物基體復(fù)合材料，能顯著地提高聚乳酸的力學(xué)性能。
綜上所述，該復(fù)合材料具有超高強(qiáng)度、剛度、生物活性和可控的降解吸收速率以及力學(xué)性能衰減速率，可用作松質(zhì)骨和部分皮質(zhì)骨甚至皮質(zhì)骨的可降解吸收性骨內(nèi)固定裝置。
圖1為CPG/PLLA/PDLLA單向長纖維復(fù)合材料拉伸斷口形貌圖2為CPG/PLLA/PDLLA單向復(fù)合材料橫向拉伸斷口的SEM照片圖3為CPG/PLLA/PDLLA單向復(fù)合材料降解5周橫切面的SEM照片圖4為CPG/PLLA/PDLLA單向復(fù)合材料降解15周橫切面的SEM照片圖5為CPG/PLLA/PDLLA單向復(fù)合材料降解22周橫切面的SEM照片
具體實(shí)施方式
以下為解釋性而不是限制性的方法，給出本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)施例1(優(yōu)化PLLA/PDLLA的比例)(1)選用40萬分子量(粘均分子量)的PLLA、60萬粘均分子量的PDLLA和CPG纖維，制備CPG/PLLA/PDLLA復(fù)合材料，它們的重量比分別為a、CPG∶PLLA∶PDLLA＝50∶40∶10b、CPG∶PLLA∶PDLLA＝50∶30∶20c、CPG∶PLLA∶PDLLA＝50∶20∶30d、CPG∶PLLA∶PDLLA＝50∶15∶35e、CPG∶PLLA∶PDLLA＝50∶10∶40(2)按照a中比例稱取PLLA和PDLLA，并混合均勻，在容器中按照聚乳酸(PLLA+PDLLA)∶二氯甲烷＝1∶45的比例(重量比)溶解，得到聚乳酸溶液；(3)按照(1).a中比例稱取CPG纖維，剪成200mm的纖維長度，然后在聚四氟乙烯薄板上單向鋪層，輔層厚度0.1～1mm；(4)將經(jīng)步驟(2)處理的聚乳酸溶液分2～3次均勻澆注在經(jīng)步驟(3)處理的單向輔層的CPG纖維表層，經(jīng)2小時左右溶劑自然揮發(fā)后，得到CPG/PLLA/PDLLA復(fù)合材料薄膜；(5)將經(jīng)步驟(4)處理的復(fù)合材料薄膜，在真空干燥箱內(nèi)烘干，真空度0.08MPa左右，烘干溫度50℃左右，烘干時間40小時左右；
在組合物中增加鈣-鋅復(fù)合穩(wěn)定劑可以使得門封在用戶使用時不容易氧化，增加產(chǎn)品的耐候性。
香精的選用從衛(wèi)生安全角度考慮，需要選用水果香味、花香味的液體或固體的食用型香精，為防止香味在加工過程中揮發(fā)而影響了制作出來的樣品香味，選用了在加工時能耐溫120℃或以上的香精。
下面列出具體的幾種實(shí)施方式
用上述材料可以獲得性能良好的門封條，具體性能數(shù)據(jù)如下
上述的產(chǎn)品，可以用兩種方法制得。
第一種方法，按照各組分的重量份數(shù)先配料，然后將PVC樹脂粉和穩(wěn)定劑投入高速捏合機(jī)中，并加入抗菌劑，然后進(jìn)行加熱混料，在溫度65-90℃的過程中加入增塑劑，在95℃加入填充劑、色粉和香精，繼續(xù)加熱到120℃則可以卸料到冷混缸，冷卻到60℃左右加入熱塑性彈性體，溫度冷卻至40-45<p>從降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，力學(xué)性能衰減較快，降解液的pH值較低，試樣植入體內(nèi)易引起無菌性炎癥反應(yīng)，降解過程中，CPG/PLLA/PDLLA單向復(fù)合材料降解5周橫切面的SEM照片(見圖3)、CPG/PLLA/PDLLA單向復(fù)合材料降解15周橫切面的SEM照片(見圖4)、CPG/PLLA/PDLLA單向復(fù)合材料降解22周橫切面的SEM照片(見圖5)。
實(shí)施例2(針對實(shí)施例1中，力學(xué)性能衰減較快、降解液的pH值低進(jìn)行調(diào)整)(1)選用粘均分子量為38萬的PLLA及粘均分子量為50萬的PDLLA，納米羥基磷灰石(nano-HA)和CPG纖維，制備CPG/namo-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料，各組復(fù)合材料的重量比分別為a、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝48.8∶2.4∶19.5∶29.3b、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝47.4∶5.3∶18.9∶28.4c、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝46.5∶7.0∶18.6∶27.9d、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝46.0∶8.0∶18.4∶27.6e、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝47.6∶4.8∶19.0∶28.6f、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝44.4∶11.1∶17.8∶26.7g、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝46.8∶6.3∶37.5∶9.4h、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝45.5∶9.1∶27.2∶18.2i、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝45.5∶9.1∶22.7∶22.7j、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝0.0∶5.0∶38.0∶57.0(2)按照比例稱取PLLA和PDLLA，混合均勻，在容器中按照聚乳酸(PLLA+PDLLA)∶二氯甲烷＝1∶20的比例(重量比)溶解，得到聚乳酸(PLLA+PDLLA)混合溶液；(3)稱nano-HA，在容器中，按照nano-HA∶二氯甲烷＝1∶10的比例制備nano-HA/二氯甲烷懸濁液；(4)將經(jīng)步驟(2)處理的聚乳酸溶液與經(jīng)步驟(3)處理的nano-HA/氯甲烷懸濁液混合均勻(用超聲波或攪拌均勻)，得到nano-HA/聚乳酸溶液；(5)稱取CPG纖維，剪成100～300mm的纖維長度，然后在聚四氟乙烯薄板上單向輔層，輔層厚度0.1～2mm；(6)將經(jīng)步驟(4)處理的nano-HA/聚乳酸溶液均勻的澆注在經(jīng)步驟(5)處理的輔層的CPG纖維表層，待溶劑(二氯甲烷)2小時左右揮發(fā)后，再澆注第二次，分2～3次澆注完畢，然后在真空干燥箱內(nèi)烘干，真空度0.085Mpa左右，烘干溫度60℃左右，烘干時間36小時左右，得到CPG/nano-HA/PDLLA/PLLA復(fù)合材料薄膜；(7)將步驟(6)處理的復(fù)合材料薄膜，單向疊層放入模具內(nèi)真空熱壓，真空度0.08Mpa左右，熱壓溫度180℃左右，壓力80Mpa左右，然后脫模、精修、滅菌、包裝。得到實(shí)施例2.a組分CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料試樣。
實(shí)施例2中，b、c、d、e、f、g、h、i、j的組分CPG/nm-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料制備工藝與a組分的相同。
(8)將步驟(7)處理的復(fù)合材料試樣，在MTS-810材料試驗(yàn)機(jī)上測試彎曲強(qiáng)度、彎曲模量，測試結(jié)果見表3表3 CPG/nano-HA-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料力學(xué)性能
并對這些復(fù)合材料試樣進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)，降解實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)施例1(8)方法相同，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4表4 CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料降解性能
實(shí)施例3(優(yōu)化CPG纖維重量份數(shù))(1)選用粘均分子量為30萬的PLLA，粘均分子量為90萬的PDLLA、CPG纖維和納米羥基磷灰石(nano-HA)，制備CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料，它們的重量比分別為a、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝18.9∶5.3∶30.3∶45.5b、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝28.4∶5.3∶26.5∶39.8c、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝37.9∶5.3∶22.7∶34.1d、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝47.4∶5.3∶18.9∶28.4e、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝56.8∶5.3∶15.2∶22.7f、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝0.0∶5.0∶38.0∶57.0(2)同實(shí)施例2步驟(2)(3)同實(shí)施例2步驟(3)(4)同實(shí)施例2步驟(4)(5)同實(shí)施例2步驟(5)(6)同實(shí)施例2步驟(6)(7)同實(shí)施例2步驟(7)(8)將步驟(7)處理的復(fù)合材料試樣，在MTS-810材料試驗(yàn)機(jī)上測試彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、壓縮強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度，測試結(jié)果見表5表5 CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料力學(xué)性能(不同纖維重量份數(shù))
實(shí)施例4(選擇不同粘均分子量的PLLA、PDLLA)(1)選用粘均分子量為20～60萬的PLLA，粘均分子量為40～120萬的PDLLA、CPG纖維，納米羥基磷灰石(nano-HA)，制備不同聚乳酸分子量的CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料，各組分復(fù)合材料的重量比分別為CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝47.4∶5.3∶18.9∶28.4，各組復(fù)合材料中聚乳酸分子量選擇如下a、25萬粘均分子量的PLLA，40萬粘均分子量的PDLLAb、20萬粘均分子量的PLLA，60萬粘均分子量的PDLLAc、30萬粘均分子量的PLLA，60萬粘均分子量的PDLLAd、35萬粘均分子量的PLLA，80萬粘均分子量的PDLLAe、40萬粘均分子量的PLLA，85萬粘均分子量的PDLLAf、60萬粘均分子量的PLLA，120萬粘均分子量的PDLLA(2)同實(shí)施例2步驟(2)(3)同實(shí)施例2步驟(3)(4)同實(shí)施例2步驟(4)(5)同實(shí)施例2步驟(5)(6)同實(shí)施例2步驟(6)(7)同實(shí)施例2步驟(7)(8)同實(shí)施例2步驟(8)，性能測試結(jié)果見表6表6 不同聚乳酸分子量的CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料力學(xué)性能
實(shí)施例5(制備隨機(jī)短纖維復(fù)合材料)(1)選用粘均分子量為35萬的PLLA和粘均分子量為40萬的PDLLA為基體材料，CPG纖維及納米羥基磷灰石(nano-HA)為增強(qiáng)材料，制備隨機(jī)短纖維CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料，各組分復(fù)合材料的重量比分別為a、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝28.4∶5.3∶26.5∶39.8b、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝37.9∶5.3∶22.7∶34.1c、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝47.4∶5.3∶18.9∶28.4d、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝56.8∶5.3∶15.2∶22.7(2)按照上述a中比例，稱取PLLA和PDLLA，并混合均勻，在容器按照聚乳酸(PLLA+PDLLA)∶二氯甲烷＝1∶20的比例(重量比)溶解，得到聚乳酸溶液；(3)稱nano-HA，在容器中，按照nano-HA∶二氯甲烷＝1∶10的比例(重量比)制備nm-HA/二氯甲烷懸濁液；(4)將經(jīng)步驟(2)處理的聚乳酸溶液和經(jīng)步驟(3)處理的nm-HA/二氯甲烷懸濁液用超聲波或攪拌混合均勻，制得nano-HA/聚乳酸溶液；(5)稱取CPG纖維，剪成5mm的纖維長度；(6)將經(jīng)步驟(5)處理的CPG短纖維加入到經(jīng)步驟(4)處理的nano-HA/聚乳酸溶液中，攪拌混合均勻，然后均勻的澆注在聚四氟乙烯薄板上，待4小時左右溶劑揮發(fā)后，真空干燥40小時左右，真空度0.08MPa左右，溫度55℃左右，得到隨機(jī)短纖維CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料薄膜；(7)將步驟(6)處理的復(fù)合材料薄膜，疊層，在模具中真空熱壓成型，真空度0.08MPa，熱壓溫度200℃左右，壓力65Mpa左右，然后脫模、精修、滅菌、包裝，得到隨機(jī)短纖維CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料試樣。
上述實(shí)施例5中，b、c、d組分復(fù)合材料試樣制備工藝與a組分的相同。
(8)將經(jīng)步驟(7)處理的隨機(jī)短纖維復(fù)合材料試樣，在MTS-810材料試驗(yàn)機(jī)上測試彎曲強(qiáng)度、彎曲模量，測試結(jié)果見表7表7 CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA
以上實(shí)施例1～5中，CPG纖維可用聚磷酸鈣(CPP)纖維，其它可降解纖維(如聚乳酸纖維、聚乙醇酸纖維、羥基磷灰石纖維)，或部分降解纖維如碳纖維代替，聚乳酸(PLLA，PDLLA)可用乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)代替，nano-HA可用納米β-TCP或納米α-TCP或納米CaCO3或納米磷酸四鈣粒子等堿式納米微粒代替。
附各種物理量測量方法如下(一)彎曲強(qiáng)度σb、彎曲模量Eb在MTS-810材料試機(jī)上測定其彎曲強(qiáng)度、彎曲模量，采用三點(diǎn)彎曲加載，加載速率2mm/min。圓桿試樣Φ4.6×41mm。
Eb=4L33πd4·EYX=8PmaxLπd3]]>式中Pmax為最大荷載；L為跨距；d為試樣直徑；E/Y為應(yīng)力--應(yīng)變曲線的線性部分的梯度(N/m)。
㈡拉伸強(qiáng)度Xt在MTS-810材料試機(jī)上測定其拉伸強(qiáng)度，采用單向加載，加載速率2mm/min。試樣尺寸Φ4.6×41mm。
Xt=PmaxA]]>式中Pmax為最大拉伸載荷；A為試樣的橫截面面積。
㈢壓縮強(qiáng)度Xc在MTS-810材料試驗(yàn)機(jī)上測定其壓縮強(qiáng)度，加載速率；2mm/min。圓桿試樣Φ4.6×10mmXc=PmaxA]]>式中Pmax為最大壓縮載荷；A為試樣的橫截面面積。
㈣剪切強(qiáng)度Xs在MTS-810材料測試機(jī)上測定其復(fù)合材料的橫向剪切強(qiáng)度，加載速率2mm/min。試樣Φ4.6×30mm。
Xs=PmaxA]]>
以上物理力學(xué)性能測試，分次實(shí)驗(yàn)試樣數(shù)5條，試驗(yàn)結(jié)果取其平均值。
(五)降解性能測試將試樣(CPP纖維、PLLA、CPP/PLLA復(fù)合材料真空干燥至恒重(W0)后，放入盛有人工降解液(Ringer‘s生理鹽液)的試管中(固液比1∶20)，在恒溫37±1℃下降解，經(jīng)一定時間后取出，用pH計測降解液的pH值變化。蒸餾水清洗，測定試樣尺寸，干燥至恒重(Wt)，然后測試試樣的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量和重量損失率d。
降解速率d按下式計算d=W0-WtW0×100%]]>式中，d為復(fù)合材料降解速率，W0為初始復(fù)合材料重量，Wt為降解時間t(Week)烘干試樣的重量。
權(quán)利要求
1.一種磷酸鹽纖維增強(qiáng)聚乳酸可控降解吸收性生物活性復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料包括增強(qiáng)材料和基體材料，其組分及配比以重量份數(shù)計分別為增強(qiáng)材料的重量份數(shù)為0～75份，其中磷酸鹽纖維CPG為0～60份，精選20～50份，磷酸鹽纖維須符合專利ZL 01101550.0的技術(shù)要求，纖維直徑5～40μm，精選5～30μm，纖維在體內(nèi)維持時間30～540天，精選60～120天；納米羥基磷灰石nano-HA為0～15份，精選5～8份，選用納米nano-HA粒子或針狀nano-HA粒子，粒子直徑0～100nm，精選0～60nm，粒子長度0～1000nm，精選50～400nm；基體材料的重量份數(shù)為100～25份，精選75～30份，基體材料選用粘均分子量30～130萬、精選40～120萬分子量的外消旋聚乳酸PDLLA和粘均分子量20～80萬、精選25～60萬分子量的左旋聚乳酸PLLA兩者的共混物，聚合物共混物PDLLA和PLLA的重量比為10～90/90～10。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述復(fù)合材料，其特征在于上述復(fù)合材料組分中CPG纖維可用聚磷酸鈣(CPP)纖維，其它可降解纖維(如聚乳酸纖維、聚乙醇酸纖維、羥基磷灰石纖維)，或部分降解纖維如碳纖維代替；聚乳酸(PLLA，PDLLA)可用乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)代替；納米羥基磷灰石(nano-HA)可用納米α-磷酸三鈣粒子(nano-α-TCP)或納米β-磷酸三鈣(nano-β-TCP)或納米磷酸四鈣(nano-TTCP)或納米碳酸鈣(CaCO3)粒子等堿式納米微粒代替。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述磷酸鹽纖維增強(qiáng)聚乳酸可控降解吸收性生物活性復(fù)合材料單向長纖維的制備方法，簡稱方法A，其特征在于①稱取PDLLA和PLLA，在容器中按聚乳酸∶二氯甲烷或三氯甲烷＝1∶15～50的重量比溶解，得到聚乳酸混合溶液，即PDLLA/PLLA兩者的混合溶液，簡稱 液；②稱取nano-HA微粒，加入 液中，或?qū)ano-HA加入二氯甲烷，nano-HA∶二氯甲烷＝1∶10中，制成nano-HA/二氯甲烷懸濁液，加入 液中攪拌均勻，得到nano-HA、PDLLA和PLLA三者的混合溶液，簡稱 液；③稱取CPG纖維，裁剪成100-400mm的纖維長度，單向鋪層；④將 液澆注在經(jīng)步驟③處理的單向鋪層的CPG纖維層表面，分2～3次澆注，經(jīng)2-10小時二氯甲烷自然揮發(fā)后，得到CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料薄膜；⑤將經(jīng)步驟④處理的復(fù)合材料薄膜，在真空干燥箱內(nèi)烘干，真空度0.03～0.09MPa，烘干溫度40-80℃，烘干時間24-48小時；⑥將經(jīng)步驟⑤處理的復(fù)合材料薄膜，單向疊層，或正負(fù)45°疊層，裝入模具內(nèi)真空熱壓，或在氮?dú)獗Ｗo(hù)下熱壓，真空度為0.06～0.085MPa，精選0.7～0.8MPa，熱壓溫度140～220℃，壓力40～100MPa，精選60～90MPa；⑦脫模、精修、滅菌、包裝，得到纖維長度100-400mm的復(fù)合材料，可用于部分皮質(zhì)骨甚至皮質(zhì)骨包括松質(zhì)骨可控降解吸收性骨內(nèi)固定復(fù)合材料螺釘、接骨板及髓內(nèi)針等。
4.一種如權(quán)利要求1或2所述磷酸鹽纖維增強(qiáng)聚乳酸可控降解吸收性生物活性復(fù)合材料隨機(jī)短纖維的制備方法如下①同權(quán)利要求3所述方法A的步驟①；②同權(quán)利要求3所述方法A的步驟②；③稱CPG纖維，裁剪成5～6mm纖維長度；④將經(jīng)步驟③處理的短纖維加入經(jīng)步驟②處理的 液中，攪拌均勻，均勻的澆注在聚四氟乙烯薄膜表面，待2～6小時，二氯甲烷揮發(fā)后，真空干燥，真空度0.06～0.085MPa，干燥溫度40～80℃，干燥時間24～48小時，得到隨機(jī)短纖維CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA復(fù)合材料薄膜；⑤將經(jīng)步驟④處理的復(fù)合材料薄膜，疊層，裝入模具，經(jīng)真空熱壓成型，或在氮?dú)獗Ｗo(hù)下熱壓成型，熱壓溫度140～220℃，壓力40～100MPa，真空度0.06～0.085Mpa；⑥脫模、精修、滅菌、包裝，得到可用于一般松質(zhì)骨固定的可降解吸收性內(nèi)固定棒、內(nèi)固定螺釘?shù)取?br>
全文摘要
一種磷酸鹽纖維增強(qiáng)聚乳酸可控降解吸收性生物活性復(fù)合材料及其制備方法，其組分及配比以重量份數(shù)計分別為增強(qiáng)材料的重量份數(shù)為0～75份，其中磷酸鹽纖維CPG為0～60份，磷酸鹽纖維須符合專利ZL 01101550.0的技術(shù)要求，纖維直徑5～40μm，纖維在體內(nèi)維持時間30～540天；納米羥基磷灰石nano－HA為0～15份，選用納米nano－HA粒子或針狀nano－HA粒子，粒子直徑0～100nm，粒子長度0～1000nm；基體材料的重量份數(shù)為100～25份，基體材料選用粘均分子量30～130萬PDLLA和粘均分子量20～80萬PLLA兩者的共混物，聚合物共混物PDLLA和PLLA的重量比為10－90/90－10。該復(fù)合材料具有超高強(qiáng)度、剛度、生物活性和可控的降解吸收速率以及力學(xué)性能衰減速率，可制備成單向長纖維和隨機(jī)短纖維復(fù)合材料，用作松質(zhì)骨和部分皮質(zhì)骨甚至皮質(zhì)骨的可降解吸收性骨內(nèi)固定裝置。
文檔編號C08K3/32GK1680487SQ200410033138
公開日2005年10月12日 申請日期2004年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月6日
發(fā)明者石宗利 申請人:石宗利, 張綿科