CN101934100B

CN101934100B - 一种具有多孔结构的复合材料含铜宫内节育器

Info

Publication number: CN101934100B
Application number: CN 201010243112
Authority: CN
Inventors: 夏先平; 谢长生; 朱长虹; 张伟伟; 蔡水洲
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2030-08-03
Also published as: CN101934100A

Abstract

本发明公开了一种具有的多孔结构的复合材料含铜宫内节育器(IUD)，该IUD包含具有多孔结构的聚合物骨架及分散其中的金属粒子，它是通过将金属粒子、基体聚合物和致孔剂三者的均匀混合物经注塑或压注等得到的致密结构复合材料含铜IUD中的致孔剂萃取清除而获得。这种具有多孔结构的复合材料含铜IUD，在完全继承具有致密结构的复合材料含铜IUD的优点即大幅减轻传统裸铜结构IUD带来的出血和疼痛等副反应之外，还具有一个独特优势，即多孔结构的引入可大幅提高铜粒子的有效利用率，进而在铜粒子加入量保持不变的情况下有效提高该复合材料IUD的使用寿命。

Description

一种具有多孔结构的复合材料含铜宫内节育器

技术领域

本发明属于复合材料及宫内节育器领域，具体为一种具有多孔结构的复合材料含铜宫内节育器，该宫内节育器包含具有多孔结构的聚合物骨架及分布其中的金属粒子，它是在制备具有致密结构的复合材料含铜宫内节育器的过程中、通过加载致孔剂以及随后的致孔剂萃取清除而制备得到的一种具有多孔结构的复合材料含铜宫内节育器。

技术背景

中国是一个人口大国。庞大的人口基数及每年近千万的增长数量严重制约着中国的经济发展、社会进步和持续发展，统筹解决好人口问题是社会主义初级阶段的中国所必须面临的重大而紧迫的战略任务。控制人口的过快增长、通过各种避孕措施来有效推进计划生育基本国策是计划生育工作坚定不移的核心。因此，研制开发长效而安全的新型宫内节育器是一件关系国计民生的大事。

宫内节育器(IUD)是国内外广泛采用的一种避孕器具。在我国当前2.30亿采用各种避孕措施的已婚育龄女性中，有近50％的IUD使用者，且IUD使用者的数量还在逐年增加。然而，临床上常见的出血和疼痛等副反应问题一直是避孕效果优异、占有90％以上IUD市场份额的含铜IUD进一步推广应用的障碍。为了减小现有裸铜结构IUD临床上存在的出血和疼痛等常见副反应，我们研制开发了以低密度聚乙烯(LDPE)等医用高分子材料为基体、纳米铜或微米铜等活性物质为分散粒子的骨架型致密结构复合材料含铜IUD。研究业已表明，致密结构复合材料含铜IUD在保持现有裸铜结构IUD优异避孕效果的同时，能大幅度减轻临床上的出血和疼痛等副反应。

然而，致密结构复合材料含铜IUD并非十全十美。我们尚未发表的研究结果表明，致密结构复合材料含铜IUD在其铜离子释放速率能够确保避孕效果(不小于2.0μg/day)之前，其中铜粒子转化为铜离子的量约为三分之一，即致密结构复合材料含铜IUD中铜粒子的有效利用率仅为三分之一左右，因而在铜粒子含量保持不变的情况下严重限制了该类复合材料IUD的使用寿命。因此，我们试图在致密结构复合材料含铜IUD的基础上，研究开发一种能够有效增大铜粒子的有效利用率、进而在铜粒子含量保持不变的情况下能够有效提高使用寿命的新型复合材料IUD。

致密结构复合材料含铜IUD是一种典型的骨架控释系统，其铜离子的释放速率与骨架中的孔隙率和骨架中铜颗粒转化为铜离子的总浓度密切相关。研究表明，通过提高骨架中的孔隙率来增大宫腔液进入骨架的通道，进而增大铜粒子与宫腔液接触的机率，从而使骨架中更多的铜粒子转化为铜离子即提高铜粒子的有效利用率，可最终达到铜粒子加入量保持不变却能有效延长复合材料IUD使用寿命的目的。

基于此种背景，我们研究开发了一种全新的、具有多孔结构的复合材料含铜IUD。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多孔结构的复合材料含铜IUD，该新型IUD因多孔结构的引入而能够有效提高其中铜粒子的利用率，进而可在铜粒子加入量保持不变的情况下有效提高复合材料IUD的使用寿命。

本发明提供的一种具有多孔结构的复合材料含铜IUD，其特征在于：包含具有多孔结构的聚合物骨架及分布其中的金属粒子，所述金属粒子的含量为0.50～50％，余量为聚合物骨架；

所述金属粒子为纳米铜粒子或微米铜粒子，或铜和锌或/和银固溶形成的金属粒子，或铜和锌或/和银的粒子的机械混合物，在金属粒子、基体聚合物与致孔剂三者的混合物中，由铜和锌组成金属粒子时锌的重量百分比为三者的混合物总重量的0.05～5％，由铜和银组成金属粒子时银的重量百分比为三者的混合物总重量的0.05～5％，由铜、锌和银组成金属粒子时银和锌的总重量百分比为三者的混合物总重量的0.05～5％；

所述聚合物骨架为低密度聚乙烯、硅橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或聚氨酯。

上述具有多孔结构的复合材料含铜IUD的制备方法包括下述步骤：

(1)将金属粒子、基体聚合物和致孔剂混合均匀后，使用塑料热加工方法将三者的混合物加工成具有致密结构的复合材料含铜IUD，所添加的致孔剂的重量百分比为三者的混合物总重量的0.5～50％，所添加的金属粒子的重量百分比为三者的混合物总重量的0.5～40％，且所添加的金属粒子与所添加的致孔剂的总的重量百分比为三者的混合物总重量的1～60％；

(2)用萃取溶剂将该致密结构复合材料含铜IUD中的致孔剂清除，最后将清除致孔剂后的复合材料IUD进行真空干燥而除去其中的萃取溶剂；

当所述致孔剂为DTBHQ时，萃取溶剂为乙酸乙酯；

当所述致孔剂为TBHQ时，萃取溶剂为丙酮；

当所述致孔剂为CH₃COOK时，萃取溶剂为乙醇。

本发明在用于制备具有致密结构的复合材料含铜IUD的原材料混合物中通过添加致孔剂，然后将制备得到的具有致密结构的复合材料含铜IUD中的致孔剂用合适的溶剂萃取清除，从而制备得到具有多孔结构的复合材料含铜IUD。相对于具有致密结构的复合材料含铜IUD，本发明提供的一种具有多孔结构的复合材料含铜IUD在完全继承前者的优点即大幅减轻传统裸铜结构IUD存在的出血和疼痛等副反应之外，还具有一个明显的优势：多孔结构的引入，大大增加了聚合物基含铜复合材料IUD中的孔隙率，为宫腔液的进入和铜离子的释放提供了更多的通道，可以在铜粒子加入量保持不变的情况下使更多的铜粒子转化为铜离子即提高铜粒子的有效利用率，进而在铜粒子加入量保持不变的情况下有效提高聚合物基含铜复合材料IUD的使用寿命。

附图说明

图1为本发明提供的具有多孔结构的复合材料含铜IUD的表面SEM形貌；

图2为本发明提供的具有多孔结构的复合材料含铜IUD的断面SEM形貌；

图3为本发明提供的具有多孔结构的复合材料含铜IUD与具有致密结构的复合材料含铜IUD在聚合物骨架基体和铜粒子加入量相同情况下的铜离子释放速率对比曲线。

具体实施方式

本发明提供的一种具有多孔结构的复合材料含铜IUD，首先是在制备具有致密结构的复合材料含铜IUD的原材料即聚合物基体与金属粒子的混合物中加入一定比例的二特丁基对苯二酚(DTBHQ)、特丁基对苯二酚(TBHQ)和醋酸钾(CH₃COOK)等可作为致孔剂的医用级无毒物质，然后将三者的均匀混合物通过注塑或挤压成形等塑料热加工方法制备出具有致密结构的复合材料含铜IUD，接着用乙酸乙酯、乙醇或丙酮等合适的萃取溶剂利用索氏抽提或浸泡等方法将该复合材料IUD中的致孔剂清除，最后经真空处理清除所用萃取溶剂，就制备得到具有多孔结构的复合材料含铜IUD，其典型形态为γ型、T型、Y型、V型和O型等。

在制备具有多孔结构的复合材料含铜IUD过程中，所添加致孔剂的重量百分比为金属粒子、基体聚合物和致孔剂三者的混合物总重量的0.5～50％，该致孔剂可以是DTBHQ、TBHQ和CH₃COOK等各种合适的医用级无毒物质；所使用的萃取溶剂为不与金属粒子发生反应但对所添加致孔剂具有较高溶解度的乙酸乙酯、乙醇或丙酮等溶剂；所添加的金属粒子，可以是各种粒径的纳米铜粒子或微米铜粒子，或铜和锌或/和银固溶形成的金属粒子，或铜和锌或/和银的粒子的机械混合物，在金属粒子、基体聚合物与致孔剂三者的混合物中，由铜和锌组成金属粒子时锌的重量百分比为三者的混合物总重量的0.05～5％，由铜和银组成金属粒子时银的重量百分比为三者的混合物总重量的0.05～5％，由铜、锌和银组成金属粒子时银和锌的总重量百分比为三者的混合物总重量的0.05～5％，所添加的金属粒子的重量百分比为三者的混合物总重量的0.5～40％，且所添加的金属粒子与所添加的致孔剂的总的重量百分比为三者的混合物总重量的1～60％；所使用的聚合物基体材料，可以是低密度聚乙烯、硅橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚氨酯等各种生物医用高分子材料中的任一种。

按上述要求将聚合物基体材料、金属粒子、致孔剂三者混合均匀后，采用注塑或挤压成形等常规的热塑性塑料加工方法一次加工成形，然后用乙酸乙酯、乙醇或丙酮等合适溶剂通过萃取(如索氏抽提或浸泡等方法)将该复合材料IUD中的致孔剂清除，最后经真空处理清除所用萃取溶剂，即得到本发明提供的一种具有多孔结构的复合材料含铜IUD。

将上述方法制备得到的一种具有多孔结构的复合材料含铜IUD用扫描电镜观察，其表面形貌和断面形貌分别如图1和图2所示，可以看到满意的孔洞结构，断面上还能看到分布其中的铜粒子。将上述方法制备得到的原微米铜含量为25wt％、原致孔剂含量为20wt％的多孔结构低密度聚乙烯基复合材料含铜IUD，与微米铜含量为25wt％且表面积同为450mm²的同形状致密结构低密度聚乙烯基复合材料含铜IUD，各取一个试样分别置于37±0.5℃的20ml模拟宫腔液中连续跟踪其铜离子释放，每隔一段时间测量一次，且每次在测量之前24小时更换新鲜的模拟宫腔液，具有多孔结构的复合材料含铜IUD与具有致密结构的复合材料含铜IUD在基体和铜粒子加入量相同情况下的铜离子释放速率对比曲线如图3所示，可见多孔结构的引入可有效提高铜离子的释放速率，预示着具有多孔结构的复合材料含铜IUD可大幅提高其中铜粒子的有效利用率并在铜粒子加入量保持不变的情况下有效提高复合材料IUD的使用寿命。

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。实施例中所涉及的聚合物基体材料均为市售医用级、致孔剂均为市售化学试剂级、纳米铜粒子为实验室自己制备[Xie CS，et al.Nanostruct.Mater.11(1999)1061-1066]、微米铜粒子为售化学试剂级。下面以具体的实施例来说明该种具有多孔结构的复合材料含铜IUD的制备过程。

实施例1

称取25g纳米铜粒子、70g医用级低密度聚乙烯(LDPE)，5g二特丁基对苯二酚(DTBHQ)，采用预混、共混、压注或注塑等方法，首先制备出含致孔剂的具有致密结构的低密度聚乙烯基复合材料含铜IUD；然后用乙酸乙酯作为萃取溶剂，在索氏抽提器中将具有致密结构的低密度聚乙烯基复合材料含铜IUD中的DTBHQ清除，再将萃取致孔剂后的复合材料IUD进行真空干燥而去除其中的萃取溶剂，就制备得到该种具有多孔结构的复合材料含铜IUD。

实施例2

称取20g微米铜粒子、65g医用级硅橡胶(SIR)，15g特丁基对苯二酚(TBHQ)，再加入少量硫化剂，采用预混、共混、压注或注射成形后硫化等方法，首先制备出含致孔剂的具有致密结构的硅橡胶基复合材料含铜IUD；然后用丙酮作为萃取溶剂，通过在丙酮中长时间浸泡将具有致密结构的硅橡胶基含铜复合材料含铜IUD中的TBHQ清除，再将萃取致孔剂后的复合材料IUD进行真空干燥而去除其中的萃取溶剂，就制备得到该种具有多孔结构的复合材料含铜IUD。

实施例3-20均采用与实施例1或实施例2类似的方法制备，其中所制备的具有多孔结构的复合材料含铜IUD的原始组成成分、所用萃取溶剂、多孔结构复合材料含铜IUD中金属粒子的含量与IUD形态如表1所示，表1中LDPE为低密度聚乙烯、SIR为硅橡胶、EVA为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、PU为聚氨酯、DTBHQ为二特丁基对苯二酚、TBHQ为特丁基对苯二酚。

表1各实施例中多孔结构复合材料含铜IUD的原始组成成分、制备所用萃取溶剂、多孔结构复合材料含铜IUD中铜粒子的含量与IUD形态

注：当以硅橡胶作为基体材料时需添加硅橡胶加入量的0.5％的硫化剂。

上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims

1.一种具有多孔结构的复合材料含铜宫内节育器，其特征在于：该宫内节育器包含有金属粒子和具有多孔结构的聚合物骨架，所述金属粒子分散在聚合物骨架中，金属粒子的质量百分比含量为0.50～50%，余量为聚合物骨架；

所述金属粒子为纳米铜粒子或微米铜粒子，或铜和锌或/和银固溶形成的金属粒子，或铜和锌或/和银的粒子的机械混合物，在金属粒子、基体聚合物与致孔剂三者的混合物中，由铜和锌组成金属粒子时锌的重量百分比为三者的混合物总重量的0.05～5%，由铜和银组成金属粒子时银的重量百分比为三者的混合物总重量的0.05～5%，由铜、锌和银组成金属粒子时银和锌的总重量百分比为三者的混合物总重量的0.05～5%；

2.根据权利要求1所述的具有多孔结构的复合材料含铜宫内节育器，其特征在于：金属粒子的质量百分比含量为17.65～37.50%。

3.根据权利要求1所述的具有多孔结构的复合材料含铜宫内节育器，其特征在于：该复合材料含铜宫内节育器按下述过程制备：

(1)首先将金属粒子、基体聚合物和致孔剂混合均匀后，使用塑料热加工方法将三者的混合物加工成具有致密结构的复合材料含铜宫内节育器，所添加的致孔剂的重量百分比为三者的混合物总重量的0.5～50%，所添加的金属粒子的重量百分比为三者的混合物总重量的0.5～40%，且所添加的金属粒子与所添加的致孔剂的总的重量百分比为三者的混合物总重量的1～60%；

(2)然后用萃取溶剂将该具有致密结构的复合材料含铜宫内节育器中的致孔剂清除，最后将清除致孔剂后的复合材料宫内节育器进行真空干燥而除去其中的萃取溶剂；

当所述致孔剂为DTBHQ时，萃取溶剂为乙酸乙酯；

当所述致孔剂为TBHQ时，萃取溶剂为丙酮；

当所述致孔剂为CH₃COOK时，萃取溶剂为乙醇。

4.根据权利要求3所述的具有多孔结构的复合材料含铜宫内节育器，其特征在于：步骤(1)中所添加的致孔剂的重量百分比为所述三者的混合物总重量的5～25%。

5.根据权利要求3或4所述的具有多孔结构的复合材料含铜宫内节育器，其特征在于：所添加的金属粒子的重量百分比为三者的混合物总重量的15～30%，且所添加的金属粒子与所添加的致孔剂的总的重量百分比为三者的混合物总重量的30～50%。