CN102406967A - 一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉及其制备方法，该可降解骨钉为人体可吸收纤维与聚己内酯熔融共混制成的复合材料钉状物，其中聚己内酯为骨钉基体，人体可吸收纤维分散在骨钉中；其制备方法，包括：(1)将人体可吸收纤维、聚己内酯切片和界面相容剂混合后，进行在密炼，得复合材料；(2)将上述复合材料在模具中加热成型，然后将成型后的产品冷却后脱模，再经切削加工，最后消毒包装，即得。本发明的可降解骨钉采用的材料为人体可吸收的生物材料，与人体相容性好；本发明的制备方法流程较短，操作简单，成本低，对环境友好，经济效益高，可以用作传统金属骨钉的替代产品。
Description
技术领域
本发明属于可降解骨钉及其制备领域，特别涉及一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉及其制备方法。
背景技术
根据最新数据显示，人口老龄化提速，老年人口将出现第一次增长高峰。60岁及以上老年人口将从“十一五”年均净增480万提高到“十二五”的800万左右，在2015年总量将突破2亿【“十二五”期末我国人口总数将达到13.9亿左右，张立云，新华社，2010-07-03】。而伴随着人口老龄化社会的来临，骨质疏松症等由于年老体衰带来的骨折问题将急剧增加。中国解放军309医院的焦红卫指出【老龄化社会带来弊端跌倒致死不容忽视，39健康网2010-3-27】，统计数字显示，在老人的轻、重伤患者中，20％-30％是由于跌倒而引起的骨折问题，而骨修复过程中的痛苦也成为了老年人生理和心理的双重障碍。
在医学上，骨钉是骨修复过程中常用的骨固定器械。传统的骨钉都采用金属材料及其合金或陶瓷制成，这些材料具有强度高、韧性好的优点，其缺点是待患者康复后还要进行二次手术以取出金属骨钉，给患者带来二次痛苦，而且在二次手术后留下的空洞也会给患者留下潜在的骨折危险。以可降解材料为基体的可吸收高分子骨钉能克服传统骨钉材料所引起的诸多不足之处，如由于金属或陶瓷与人体骨骼刚度相差很大，打破了骨骼修复的正常的应力环境，从而阻碍了骨痂的形成；此外金属材料的腐蚀会引起组织炎症反应；而二次手术也给患者带来了不必要的痛苦。目前，国外已开始采用PLLA骨折内固定件应用于骨修复临床。
目前国内关于骨钉的研究大部分采用Mg、Ti、Zn、Fe、Sn等一些金属合金材料，其中有可降解的，也有不可降解的【高家诚等.一种高强度可降解生物医用镁合金及其制备方法(20091010815)】、【张小农等.生物体内可吸收的Mg-Zn-Fe三元镁合金材料】、【张小农等.生物体内可吸收的Mg-Zn-Ca三元镁合金材料(200510111794)】、【安红等.纳米级羟基磷灰石复合材料可降解螺钉】、【任伊宾等.生物医用可控降解吸收高分子金属复合植入材料及其应用(200520047093)】、【何国等.纤维烧结多孔钛骨钉的制备方法(200910045071)】。金属基可降解骨钉的生物相容性及骨诱导性都不理想，同时金属在体内的降解给肾脏造成很大的压力。由于即便是纯镁或者是纯钛材料都无法避免内部含有重金属，像专利【张二林等.医用可吸收Mg-Si镁合金(200810012778)】中使用的骨钉材料含有稀土(RE)和钇，有可能造成重金属中毒性肾损坏。
国外有用化学合成的可降解材料PLA、PGA作为骨修复材料的报道【Po-ChunChang，Bu-Yuan Liu，Cheng Meei Liu，Hsin-Hua Chou，Ming-Hua Ho，Hwa-Chang Liu，Da-MingWang，Lein-Tuan Hou，“Bone tissue engineering with novel rhBMP2-PLLA compositescaffolds”Biomedical Materials Research PartA，4，771-780(2007)】，但是此类聚合物韧性较差，降解时会引起酸性积累，且无骨传导性从而不能促进骨细胞的生长，另外，此类材料降解速度较快，不适合主要承力骨的修复。同时也有一些人用PLA增韧陶瓷基材料制备骨内置材料【Charlene M.Flahiff，Angela S.Blackwell，J.Marcus，and Dale S.Feldman，“Analysis of abiodegradable composite forbone healing”0021-9304/96/030419-06】，力学性能达到的同时也增加了生物相容性，但是不能完全降解。曾经也有一些人用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)做骨内置材料，但其具有显著的缺点；聚甲基丙烯酸甲酯不可降解，不但影响骨新陈代谢和骨应力环境从而干扰骨修复，其引起的骨遮蔽效应也会降低骨密度，导致骨质疏松；【Revell PA，Braden M，Freeman MA.“Review of the biologicial response to a novel bonecement containing poly(ethyl methacrylate)and n-butyl methacrylate.”Biomater1998；19：1579-1586】。磷酸钙骨水泥的提出解决了聚甲基丙烯酸甲酯的问题，磷酸钙骨水泥具有可降解性，良好的骨传导性，生物相容性，而且被证实作为骨修复材料的合理性，磷酸钙骨水泥可以承受压缩载荷，但是具有低断裂强度、脆性、易疲劳性；【Knaak D，GoadME，Aiolova M，Rey C，Tofighi A，Chakravarthy P，Lee DD.“Resorbable calcium phosphate bonesubstitute”.J Biomed Mater Res 1998；43：399-409.】。在此基础上也有一部分人对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)进行改性，制成聚乙二醇双甲基丙烯酸酯；据说此材料具有可降解性，良好的生物相容性，力学性能优良；【Anita A.lgnatius，Peter Augat，Michael Ohnmacht，PeterPokinskyj，Hans-Jürgen Kock，Lutz E.Claes，“A New Bioresorbable Polymer for ScrewAugmentation in the Osteosynthesis of Osteoporotic Cancellous Bone：A BiomechanicalEvaluation”，John Wiley&Sons，Inc.J Biomed Mater Res(Appl Biomater)58：254-260，2001】。
目前国内外在骨钉改性方面未见有类似的报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉及其制备方法，该可降解骨钉具有良好的机械性能以及生物相容性，避免了由于金属材料的腐蚀性而导致的肌体组织反应，该制备方法简单，适合于工业化生产。
本发明的一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉，该可降解骨钉为人体可吸收纤维与聚己内酯(PCL树脂)熔融共混制成的复合材料钉状物，其中聚己内酯为骨钉基体，人体可吸收纤维分散在聚己内酯中起着增强增韧的作用。
所述的人体可吸收纤维为聚乳酸(PLA)纤维、聚乙醇酸(PGA)纤维、聚乙交酯-丙交酯(PGLA)纤维、聚对二氧环己酮(PDS)纤维、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)纤维、聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)纤维中的一种或几种混合而成；其初生纤维为复丝或单丝；拉伸后的单丝纤维直径范围为0.01～0.30mm。
所述的人体可吸收纤维为短纤维，其长度范围为2～12mm；在骨钉中的重量分数为1～20％。
一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉的制备方法，包括：
(1)将人体可吸收纤维、聚己内酯切片和界面相容剂混合后，进行在密炼，得复合材料；
(2)将上述复合材料在模具中加热成型，然后将成型后的产品冷却后脱模，再经切削加工，最后消毒包装，即得。
步骤(1)中所述的人体可吸收纤维为聚乳酸(PLA)纤维、聚乙醇酸(PGA)纤维、聚乙交酯-丙交酯(PGLA)纤维、聚对二氧环己酮(PDS)纤维、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)纤维、聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)纤维中的一种或几种混合而成。
步骤(1)中所述的人体可吸收纤维为短纤维，其长度范围为2～12mm，在骨钉中的重量分数为1～20％。
所述的短纤维的制备方法为：将人体可吸收高分子材料烘干后在螺杆挤压机中熔融纺制成初生纤维，经拉伸后得到拉伸纤维，然后切断成的短纤维；其中初生纤维为复丝或单丝；拉伸后的单丝纤维直径范围为0.01～0.30mm。
步骤(1)所述的界面相容剂为柠檬酸三丁酯(TBC)、甲基丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸十四烷基酯、二缩三乙二醇双甲基丙烯酸酯(TEGDA)中的一种或几种的组合；界面相容剂的用量为纤维重量的0.05～5％。
步骤(1)中所述的密炼中，密炼温度为30～60℃，密炼时间为3～30分钟。
步骤(2)中所述的在模具中加热成型中的加热温度为65～130℃。
步骤(2)中所述的成型后的产品为圆柱形。
密练主要用于对物料的精细搅拌混合。密炼机一般由密炼室、两个相对回转的转子、加热和冷却系统装置组成。密炼机工作时，两转子相对回转，将物料夹住带入辊缝使其受到转子的挤压、剪切和混合。物料在绕转子流动过程中受到上述作用而温度急剧上升，粘度降低，使纤维、界面相容剂和聚己内酯三者表面充分接触混合。经过一定时间密练后，三者便形成均匀混合体系。
本发明的关键是采用了人体可吸收纤维对PCL进行增强改性。PCL是一种比较理想的绿色高分子人体可吸收材料，吸收周期较长，适合用作骨修复材料；PCL的缺点是柔软性太好，若单一材料用作骨钉则强度不够且过于柔韧。采用添加其它材质的可吸收纤维进行增强增韧后，骨钉的强度和刚性都有所增强。此外，通过改变纤维的类型、含量和成型工艺可以调节骨钉的降解周期，以适应不同部位骨修复的需求。
传统金属骨钉经二次手术取出后，会留下明显孔洞，给修复之处的骨结构强度带来潜在的隐患。而本可降解骨钉的降解是一个过程，随着骨钉的逐渐消失，人体本身的修复能力可以逐渐填没骨钉降解所留下的空间。所以可降解骨钉避免了使用传统金属骨钉在完成任务后还需“二次手术”取出的窘境，大大减轻了患者的痛苦。
有益效果
(1)本发明的可降解骨钉采用的材料为人体可吸收的生物材料，与人体相容性好，在体内停留一定时间后降解为对人体无害的小分子物质，通过新陈代谢排除体外，避免了使用传统骨钉过程中由于金属材料的腐蚀性而导致的肌体组织反应；
(2)本发明的制备方法流程较短，操作简单，成本低，对环境友好，经济效益高，可以用作传统金属骨钉的替代产品。
附图说明
图1、用人体可吸收纤维增强PCL的高韧性可降解骨钉。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)取PLA切片若干，在100℃真空状态下干燥8小时；然后通过螺杆挤压机熔融挤压成形得到PLA初生复丝纤维；经拉伸后得到PLA拉伸纤维，其单丝直径为0.05mm，复丝根数为12根；将纤维切成平均长度为8mm长的短纤维；
(2)用天平称量PCL粒子96g，称量TBC 2g，称量PLA纤维2g；将PCL，TBC和PLA短纤维加入到密炼机中，40℃下密炼10min；
(3)将共混物料取出，加入模具中在80℃下压模成型；
(4)将模具冷却至室温，脱模取出PLA纤维增强的PCL复合圆柱棒，用车床根据要求加工出骨钉产品，消毒包装后便得到可以应用于临床的可降解骨钉。
实施例2
(1)取PGLA切片若干，在90℃真空状态下干燥15小时；然后通过螺杆挤压机熔融挤压成形得到PGLA初生单纤维；经拉伸后得到PGLA拉伸单纤维，单纤维直径为0.1mm，将单纤维切成平均长度为6mm长的短纤维；
(2)用天平称量PCL粒子96g，称量TEGDA 2g，称量PGLA纤维2g；将PCL、TEGDA和PGLA短纤维加入到密炼机中，45℃下密炼10min；
(3)将共混物料取出，加入模具中在85℃下压模成型；
(4)将模具冷却至室温，脱模取出PGLA纤维增强的PCL复合圆柱棒，用车床根据要求加工出骨钉产品，消毒包装后便得到可以应用于临床的可降解骨钉。
实施例3
(1)取PDS切片若干，在100℃真空状态下干燥10小时；然后通过螺杆挤压机熔融挤压成形得到PDS初生复丝纤维；经拉伸后得到PDS拉伸纤维，其单丝直径为0.04mm，复丝根数为8根；将纤维切成平均长度为5mm长的短纤维；
(2)用天平称量PCL粒子96g，称量TBC和TEGDA各1g，称量PDS纤维2g；将PCL、TBC、TEGDA和PDS短纤维加入到密炼机中，50℃下密炼5min；
(3)将共混物料取出，加入模具中在90℃下压模成型；
(4)将模具冷却至室温，脱模取出PDS纤维增强的PCL复合圆柱棒，用车床根据要求加工出骨钉产品，消毒包装后便得到可以应用于临床的可降解骨钉。
实施例4
(1)取PBS切片若干，在80℃真空状态下干燥10小时；然后通过螺杆挤压机熔融挤压成形得到PBS初生单纤维；经拉伸后得到PBS拉伸单纤维，单纤维直径为0.05mm；将单纤维切成平均长度为8mm长的短纤维；
(2)用天平称量PCL粒子90g，称量TBC 1g，称量PBS纤维9g；将PCL，TBC和PBS短纤维加入到密炼机中，42℃下密炼15min；
(3)将共混物料取出，加入模具中在88℃下压模成型；
(4)将模具冷却至室温，脱模取出PBS纤维增强的PCL复合圆柱棒，用车床根据要求加工出骨钉产品，消毒包装后便得到可以应用于临床的可降解骨钉。
Claims (8)
1.一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉，该可降解骨钉为人体可吸收纤维与聚己内酯熔融共混制成的复合材料钉状物，人体可吸收纤维在骨钉中的重量分数为1～20％，其中聚己内酯为骨钉基体，人体可吸收纤维分散在聚己内酯中。
2.根据权利要求1所述的一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉，其特征在于：所述的人体可吸收纤维为聚乳酸纤维、聚乙醇酸纤维、聚乙交酯-丙交酯纤维、聚对二氧环己酮纤维、聚丁二酸丁二醇酯纤维、聚羟基丁酸戊酸共聚酯纤维中的一种或几种混合而成；其初生纤维为复丝或单丝；拉伸后的单丝纤维直径范围为0.01～0.30mm。
3.根据权利要求1所述的一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉，其特征在于：所述的人体可吸收纤维为短纤维，其长度范围为2～12mm。
4.一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉的制备方法，包括：
(1)将人体可吸收纤维、聚己内酯切片和界面相容剂混合后，进行密炼，得复合材料；
(2)将上述复合材料在模具中加热成型，然后将成型后的产品冷却后脱模，再经切削加工，最后消毒包装，即得。
5.根据权利要求4所述的一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉的制备方法，其特征在于：所述的人体可吸收纤维为短纤维，其制备方法为：将人体可吸收高分子材料烘干后在螺杆挤压机中熔融纺制成初生纤维，经拉伸后得到拉伸纤维，然后切断成的短纤维；其中初生纤维为复丝或单丝；拉伸后的单丝纤维直径范围为0.01～0.30mm。
6.根据权利要求4所述的一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的界面相容剂为柠檬酸三丁酯(TBC)、甲基丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸十四烷基酯、二缩三乙二醇双甲基丙烯酸酯(TEGDA)中的一种或几种的组合；界面相容剂的用量为纤维重量的0.05～5％。
7.根据权利要求4所述的一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的密炼中，密炼温度为30～60℃，密炼时间为3～30分钟。
8.根据权利要求4所述的一种人体可吸收纤维/聚己内酯可降解骨钉的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的在模具中加热成型中的加热温度为65～130℃；所述的成型后的产品为圆柱形。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120411 |