CN103170015B

CN103170015B - 静电纺丝装置、引导组织再生的植入物及其制造方法

Info

Publication number: CN103170015B
Application number: CN201110438768.3A
Authority: CN
Inventors: 陈维德; 施威任; 王*晴; 陈硕彦
Original assignee: Metal Industries Research and Development Centre
Current assignee: Metal Industries Research and Development Centre
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: CN103170015A

Abstract

一种静电纺丝装置、引导组织再生的植入物及其制造方法，该方法包含：制备一高分子溶液，并放置于针筒内；设定工艺参数；将一医疗级的金属支架置放或夹持于收集器上；利用注射杆，将针筒内的高分子溶液挤出针头的尖端外，通过电源供应器的电压使高分子溶液带有电荷，并通过加热器使将喷出的高分子溶液干燥与固化，以使一可吸收性高分子纤维薄膜形成于金属支架上，以完成金属支架与可吸收性高分子纤维薄膜的复合工艺；进行该复合后的可吸收性高分子纤维薄膜的交联工艺；润洗该交联后的可吸收性高分子纤维薄膜；以及加热干燥该润洗后的可吸收性高分子纤维薄膜。

Description

静电纺丝装置、引导组织再生的植入物及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种静电纺丝装置，特别是一种静电纺丝装置、引导组织再生的植入物及其制造方法。

背景技术

为了让手术患者能够引导组织再生(Guide Tissue Regeneration；GTR)，目前医界多为利用组织阻隔膜来阻隔生长速率较快的软组织细胞，并且提供一个稳定的空间环境让生长慢的骨性细胞(牙骨质、牙周韧带、齿槽骨)得以迁移、分化及生长，以达到骨愈合及稳固牙齿的效果。此种技术更可发展至引导骨骼再生(GBR)以应用于骨缺损的重建。

牙科手术(拔牙)中，往往造成牙床骨骼凹陷(过薄)而无法进行后续手术(植牙)处理的状况，因此必须借助适当的骨骼组织再生程序，将预设的骨骼组织再生引导物填充于该缺损部位，以期利用骨骼增生的特性而补强该骨骼缺损部位，达到符合进一步手术要求的骨骼强度及条件。参考图1至3，其显示现有技术的骨骼组织再生引导物的操作步骤，其应用于大部位的骨骼组织再生需求。首先，将牙床30(或骨骼)的缺损部位31或骨骼增生部位周缘的包覆组织32(例如牙龈或肌肉)切开。然后，将成骨材料40(例如自体骨、合成骨或异体骨)填充于骨缺损处或骨骼需增生(厚度)的部位，并另行覆盖一组织隔离膜50(或具有加强支柱，例如钛网的组织隔离膜)于该成骨材料40上。最后，将该切开的包覆组织32缝合，以待伤口复原。然而，此种操作方式，由于该成骨材料40与不可吸收性组织隔离膜50不易结合，因此增加了手术的困难度。另外，大多数具有加强支柱的不可吸收性组织隔离膜50均需要移除不可长留于人体，因此在该成骨材料40与牙床30相结合后，必须再度切开该包覆组织32，以取出不可吸收性组织隔离膜50，如此更增加病患的痛苦及手术的成本。

另外，当前许多脊椎植入物的功能主要在于中空或固定脊椎，使用时为了加速骨组织愈合，会使用磷酸钙等骨填补物或自体碎骨填充在植入物创造的开放性空间中，因此易因生长较快的软组织侵入或循环系统带走等因素造成填充物流失。参考图4，台湾专利申请号第099133492号公开了一种脊椎植入物20的制造方法，其包括有下列步骤：在一可塑性钛箔上加工有几何阵列孔23，以形成为一阵列钛网；将该阵列钛网加工卷曲为一中空柱体21，并将该中空柱体21的底端封闭；选定该中空柱体21的部分面积形成有一高分子薄膜22。生物可分解性高分子薄膜可作为可吸收性组织隔离膜，以阻隔软组织侵入达3～6个月，而中空柱体未镀薄膜部分则与脊椎进行骨整合及促进骨组织生长。当生物可分解性高分子薄膜被人体吸收后，中空柱体已与脊椎融合良好，无需再次手术取出。然而，生物可分解性高分子薄膜是利用静置成膜的工艺，其薄膜型态与成型时间及干燥温度相关，制备时间较长。

另外，台湾专利申请号第095135868号公开一种超细纤维几丁聚醣不织布的制造方法及制造机。几丁聚醣具备生物相容性与可降解特性，可应用于吸收缝线、人造皮肤、体表止血敷料与体表促进敷料等。然而，该专利利用熔喷成丝方式进行微米等级几丁聚醣纤维制备，并以多高压喷射孔方式加速纤维成形完成大面积几丁聚醣不织布，此法节省制备时间与效率，但其较粗的纤维直径与孔隙度，不适合应用于引导组织再生产品中阻隔软组织的需求。

因此，需要提供一种引导组织再生的植入物及其制造方法，能够解决前述的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种静电纺丝装置、引导组织再生之的植入物及其制造方法，能提供稳定的空间环境让生长慢的骨性细胞得以迁移、分化及生长，以达到骨愈合及稳固牙齿或骨骼再生的效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种引导组织再生的植入物，其中，包含：

一医疗级的金属支架；

一可吸收性高分子纤维薄膜，形成于所述金属支架上，其中该高分子纤维薄膜的纤维直径范围为5～1200微米，该高分子纤维薄膜的孔隙范围为0.5～5微米，且该高分子纤维薄膜的厚度范围为10～3000微米。

上述的引导组织再生的植入物，其中，该可吸收性高分子纤维薄膜为几丁聚糖、聚己内酯及N-甲基吡咯烷酮所制。

上述的引导组织再生的植入物，其中，该金属支架为钛金属、钛合金或不锈钢所制，金属支架的形状为平板状、立体圆柱形或立体多边形。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种引导组织再生的植入物的制造方法，其中，包含下列步骤：

提供一静电纺丝装置，其包含一注射杆、一针筒、一针头、一电源供应器、一加热器及一收集器；

制备一高分子溶液，并放置于该针筒内；

设定该静电纺丝装置的工艺参数；

将一医疗级的金属支架置放或夹持于该收集器上；

利用该注射杆，将该针筒内的该高分子溶液挤出该针头的尖端外，通过该电源供应器的电压使该高分子溶液带有电荷，并通过该加热器将喷出的该高分子溶液干燥与固化，以使一可吸收性高分子纤维薄膜形成于该金属支架上，以完成该金属支架与可吸收性高分子纤维薄膜的复合工艺；

进行该复合后的可吸收性高分子纤维薄膜的交联工艺；

润洗该交联后的可吸收性高分子纤维薄膜；以及

加热干燥该润洗后的可吸收性高分子纤维薄膜，其中该可吸收性高分子纤维薄膜的纤维直径范围为5～1200微米，该可吸收性高分子纤维薄膜的孔隙范围为0.5～5微米，且该可吸收性高分子纤维薄膜的厚度范围为10～3000微米。

上述的引导组织再生的植入物的制造方法，其中，配置几丁聚糖与聚己内酯溶于N-甲基吡咯烷酮的溶剂，以制备该高分子溶液，几丁聚糖的重量百分比为10％～50％，聚己内酯的重量百分比为10％～50％，且N-甲基吡咯烷酮的溶剂的重量百分比为60％～99％。

上述的引导组织再生的植入物的制造方法，其中，设定该静电纺丝装置的工艺参数，该电源供应器的电压为8～20千伏，该针头的尖端至该收集器的距离为4～24公分，且该高分子溶液的流速0.002～0.006毫升/分。

上述的引导组织再生的植入物的制造方法，其中，该交联工艺以二异氰酸己烷溶于异丙醇中配置交联剂。

上述的引导组织再生的植入物的制造方法，其中，该交联工艺的交联时间10～60分钟。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种静电纺丝装置，其中，包含：

一针头；

一针筒，用以将一高分子溶液放置于其内；

一收集器，用以将一医疗级的金属支架置放或夹持于其上；

一可转动的轮轴，其连结至该收集器，其中该轮轴作90度至180度往复摆动；

一电源供应器，其具有一电压，用以使该高分子溶液带有电荷；

一注射杆，用以将该针筒内的高分子溶液喷出该针头的尖端外；以及

一加热器，用以将喷出的该高分子溶液干燥与固化，以使一可吸收性高分子纤维薄膜形成于该金属支架上，以完成该金属支架与该可吸收性高分子纤维薄膜的复合工艺。

上述的静电纺丝装置，其中，还包含：

一抗腐蚀管路，用以将该针筒连通于该针头；以及

一固定器，用以固定该针头。

本发明提供的一种引导组织再生的植入物的制造方法，包含下列步骤：提供一静电纺丝装置，其包含一注射杆、一针筒、一针头、一电源供应器、一加热器及一收集器；制备一高分子溶液，并放置于该针筒内；设定该静电纺丝设备的工艺参数；将一医疗级的金属支架置放或夹持于该收集器上；利用该注射杆，将该针筒内的该高分子溶液挤出该针头的尖端外，通过该电源供应器的电压使该高分子溶液带有电荷，并通过该加热器使将喷出的该高分子溶液干燥与固化，以使一可吸收性高分子纤维薄膜形成于该金属支架上，以完成该金属支架与可吸收性高分子纤维薄膜的复合工艺；进行该复合后的可吸收性高分子纤维薄膜的交联工艺；润洗该交联后的可吸收性高分子纤维薄膜；以及加热干燥该润洗后的可吸收性高分子纤维薄膜。

本发明的技术效果在于：本发明利用静电纺丝装置(单/多孔式)可精确调整可吸收性高分子纤维薄膜的膜厚、纤维直径、孔隙大小与孔隙密度。可吸收性高分子纤维薄膜的纤维直径范围为5～1200微米，孔隙范围为0.5～5微米，且膜厚范围为10～3000微米，以使可吸收性高分子纤维薄膜作为一组织阻隔膜，来阻隔生长速率较快的软组织细胞，且金属支架未形成有可吸收性高分子纤维薄膜的部分则提供一个稳定的空间环境让生长慢的骨性细胞得以迁移、分化及生长，以达到骨愈合及稳固牙齿的效果。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1～图3为现有技术骨骼组织再生引导物的操作步骤的立体图；

图4为现有技术脊椎植入物结构的平面图；

图5为本发明一实施例的引导组织再生的植入物的制造方法的流程图；

图6为本发明的一静电纺丝装置的立体图；

图7为本发明的钛基引导组织再生的植入物的扫描式电子显微镜(SEM)的剖面图；

图8为本发明的钛基引导组织再生的植入物的扫描式电子显微镜(SEM)的平面图；

图9为本发明的引导组织再生的脊椎植入物的立体图。

其中，附图标记

20 脊椎植入物 21 中空柱体

22 高分子薄膜 23 孔

30 牙床 31 缺损部位

32 包覆组织 40 成骨材料

50 组织隔离膜

100 静电纺丝装置 110 注射杆

112 高分子溶液 120 针筒

122 管路 130 针头

132 固定器 140 高电压电源供应器

150 加热器 160 收集器

162 金属支架 164 高分子纤维薄膜

170 轮轴

S202 步骤 S204 步骤

S206 步骤 S208 步骤

S210 步骤 S212 步骤

S214 步骤 S216 步骤

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参考图5，为本发明一实施例的引导组织再生的植入物的制造方法的流程图。在步骤S202中，参考图6，提供一静电纺丝装置(electro-spinning device)100，其包含一注射杆110、一针筒120，一针头130，一高电压电源供应器140、一加热器150及一收集器160。注射杆110可插入针筒120内，以对针筒120内液体施压。针筒120可通过一抗腐蚀管路122而连通于针头130。针头130可通过一固定器132而固定。加热器150设于收集器160外侧。在步骤S204中，制备高分子溶液112，并放置针筒120内。在本实施例中，配置几丁聚糖(Chitosan)(重量百分比10％～50％)与聚己内酯(Polycaprolactone)(重量百分比10％～50％)溶于N-甲基吡咯烷酮(N-methyl pyrrolidinone)的溶剂(重量百分比60％～99％)，以制备高分子溶液112。在步骤S206中，设定静电纺丝装置100(例如单孔式)的工艺参数如下：高电压电源供应器140的供给电压为8～20千伏(KV)，静电纺丝的距离(亦即针头130的尖端至收集器160的距离)为4～24公分，且高分子溶液112的流速0.002～0.006毫升/分(ml/min)。

在步骤S208中，将一医疗级的金属支架162(例如钛金属、钛合金、不锈钢所制)置放或夹持于收集器160上，维持与电场垂直90度方向。在步骤S210中，利用注射杆110，将针筒120内的高分子溶液112喷出针头130尖端外，通过该高电压电源供应器140的电压(例如5～80kV)使高分子溶液112带有电荷，并通过加热器150将喷出的高分子溶液112干燥与固化，以使一可吸收性高分子纤维薄膜164形成于金属支架162上，以完成金属支架162与可吸收性高分子纤维薄膜164的复合工艺。

详细说，本发明利用静电纺丝装置100，在提供高电压的情况下，利用装配有计量泵的注射杆110及针筒120将高分子溶液112喷出，当逐渐增加电场强度后，在注射器110及针筒120的针头130尖端产生半球形流体表面延伸形成圆锥状(亦即泰勒圆锥形(Taylor Cone))。继续增加电场强度，一旦达到某临界值，其静电排斥力超过流体表面张力值时，圆锥形尖端的带电荷流体产生喷射现象，在此过程中将溶剂蒸发固化而形成一层或两层可吸收性高分子纤维薄膜164在位于收集器160上的金属支架162的一面或两面。在静电纺丝装置100中，高电压电源供应器140的一电极电性连接至欲喷出的高分子溶液112，高电压电源供应器140的另一电极则电性连接至收集器160或金属支架162。金属支架162的形状可为平板状、立体圆柱形与立体多边形。金属支架162可为实心或中空状。

在步骤S212中，取下复合后的具有可吸收性高分子纤维薄膜164的金属支架162，再进行可吸收性高分子纤维薄膜164的交联工艺，例如以二异氰酸己烷溶于异丙醇中配置交联剂，交联时间10～60分钟。在步骤S214中，以去离子水充分润洗交联完成的可吸收性高分子纤维薄膜164。在步骤S216中，以真空烘箱加热干燥24小时，以完成引导组织再生的植入物的最终产品制备。

举例，在牙科植牙手术的骨骼组织再生的应用中，则金属支架的形状可为平板状，只须一层可吸收性高分子纤维薄膜164形成于金属支架162的一面。本发明利用静电纺丝设备(单/多孔式)可精确调整可吸收性高分子纤维薄膜164的膜厚、纤维直径、孔隙大小与孔隙密度。可吸收性高分子纤维薄膜164的纤维直径范围为5～1200微米，孔隙范围为0.5～5微米，且膜厚范围为10～3000微米，以使可吸收性高分子纤维薄膜164作为一组织阻隔膜，来阻隔生长速率较快的软组织细胞，且金属支架162未形成有可吸收性高分子纤维薄膜164的部分则提供一个稳定的空间环境让生长慢的骨性细胞(牙骨质、牙周韧带、齿槽骨)得以迁移、分化及生长，以达到骨愈合及稳固牙齿的效果。参考图7，其为本发明的钛基引导组织再生的植入物的扫描式电子显微镜(SEM)的剖面图，可显示可吸收性高分子纤维薄膜164的膜厚为50～60微米。参考图8，其为本发明的钛基引导组织再生的植入物的扫描式电子显微镜(SEM)的平面图，可显示可吸收性高分子纤维薄膜164的纤维直径为5～7微米及孔隙为2～4微米。

再举例，在脊椎植入物的应用中，金属支架162的形状可为中空状立体形，只须一层可吸收性高分子纤维薄膜164形成于金属支架162的中空状立体形的一部分表面(例如介于二分之一至四分之一的表面)，以完成引导组织再生的脊椎植入物，如图9所示。此时，再参考图6，收集器可连结至一可转动的轮轴 170，轮轴170的旋转并非360度，而是介于90度至180度往复摆动，摆动频率为10rpm至60rpm。可吸收性高分子纤维薄膜164作为一组织阻隔膜，来阻隔软组织侵入达3～6个月，且金属支架162未形成有可吸收性高分子纤维薄膜164的部分则与脊椎进行骨整合及促进骨组织生长。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种引导组织再生的植入物的制造方法，其特征在于，包含下列步骤：

制备一高分子溶液，并放置于该针筒内；

设定该静电纺丝装置的工艺参数，该工艺参数包括电源供应器的电压、该针头的尖端至该收集器的距离和该高分子溶液的流速；

将一医疗级的金属支架置放或夹持于该收集器上；

进行该复合后的可吸收性高分子纤维薄膜的交联工艺；

润洗该交联后的可吸收性高分子纤维薄膜；以及

2.如权利要求1所述的引导组织再生的植入物的制造方法，其特征在于，配置几丁聚糖与聚己内酯溶于N-甲基吡咯烷酮的溶剂，以制备该高分子溶液，几丁聚糖的重量百分比为10％～50％，聚己内酯的重量百分比为10％～50％，且N-甲基吡咯烷酮的溶剂的重量百分比为60％～99％。

3.如权利要求2所述的引导组织再生的植入物的制造方法，其特征在于，设定该静电纺丝装置的工艺参数，该电源供应器的电压为8～20千伏，该针头的尖端至该收集器的距离为4～24公分，且该高分子溶液的流速0.002～0.006毫升/分。

4.如权利要求3所述的引导组织再生的植入物的制造方法，其特征在于，该交联工艺以二异氰酸己烷溶于异丙醇中配置交联剂。

5.如权利要求4所述的引导组织再生的植入物的制造方法，其特征在于，该交联工艺的交联时间10～60分钟。

6.一种引导组织再生的植入物，其特征在于，采用上述权利要求1-5中任意一项引导组织再生的植入物的制造方法制得，包含：

一医疗级的金属支架；

7.如权利要求6所述的引导组织再生的植入物，其特征在于，该可吸收性高分子纤维薄膜为几丁聚糖、聚己内酯及N-甲基吡咯烷酮所制。

8.如权利要求6所述的引导组织再生的植入物，其特征在于，该金属支架为钛金属、钛合金或不锈钢所制，金属支架的形状为平板状、立体圆柱形或立体多边形。

9.一种静电纺丝装置，其特征在于，包含：

一针头；

一固定器，用以固定该针头；

一针筒，用以将一高分子溶液放置于其内；

一抗腐蚀管路，用以将该针筒连通于该针头；

一收集器，设置在所述针头的下方并用以将一医疗级的金属支架置放或夹持于其上；

一电源供应器，其具有一电压，该电源供应器分别与该针头和该收集器连接以使该高分子溶液带有电荷；

一注射杆，一端安装在该针筒内并用以将该针筒内的高分子溶液喷出该针头的尖端外；以及

一加热器，设于该收集器的外侧，用以将喷出的该高分子溶液干燥与固化，以使一可吸收性高分子纤维薄膜形成于该金属支架上，以完成该金属支架与该可吸收性高分子纤维薄膜的复合工艺。