CN106823018A - 高强度可吸收骨折内固定材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了高强度可吸收骨折内固定材料，所述材料包括如下制备步骤：1)将左旋聚乳酸依次经过预热、制胚、自增强、淬火形成型材；所述左旋聚乳酸的比旋光度为‑155°～‑160°；所述型材的结晶度50％‑80％；2)机加工：将步骤1)所得的型材通过车削、精雕或直接成型；所述车削过程中使用双向联动夹具，所述联动夹具夹持型材两端并对型材中间部分进行车削加工。本发明提供的骨折内固定材料强度高，综合力学性能好，可应用于不同场合骨质、骨折面的内固定。

Description

高强度可吸收骨折内固定材料
技术领域
本发明涉及技术一种可吸收骨折内固定材料，具体涉及高强度可吸收骨折内固定材料。
背景技术
近年来,生物医用高分子材料的应用日益广泛,其中生物降解可吸收材料占有很大比重。这类材料有良好的生物相容性,可以在生物体内分解,其分解产物可以代谢,并最终排出体外。利用生物吸收材料,可实现受损组织的重建,这些材料只是起到暂时替代作用,随生物组织的生长,材料逐渐消失。化学合成的生物降解材料中,研究最多的是脂肪族聚酯,特别是聚乳酸,由于其原料易从淀粉、蜜糖等发酵而得,为其广泛应用打下良好基础。
聚乳酸是一种具有良好生物相容性的完全可降解吸收性材料，在体内可降解成乳酸，进入三羧酸循环，最终产物是CO2和H2O，对人体无毒无害，是当前医学上应用最多的合成可降解聚合物之一，它在医用领域中广泛应用为药物缓释材料、体内植入材料、手术缝合线、骨科内固定材料以及组织工程材料等。
骨折内固定骨板是骨科内固定材料的一种，其主要用于人体四肢骨、锁骨和骨盆等骨折的内固定，现有的内固定骨板主要采用由D-乳酸、三亚甲基碳酸盐组成的复合聚乳酸材料或钛合金制成，然而由D-乳酸或、三亚甲基碳酸盐组成的聚乳酸材料制成的骨针由于消旋型D,L-乳酸合成的消旋体D,L-聚乳酸(PDLLA)为无定型结构,其机械性能较差,降解时间较短,且在体内会发生收缩,收缩率达50％以上,应用受到局限。L-聚乳酸(PLLA)和D-聚乳酸(PDLA)的链段排列规整,结晶度、机械强度和熔点等都远超过PDLLA。
通常骨折内固定骨板和可吸收螺钉配套使用，是由可降解的L-乳酸、D-乳酸及三亚甲基碳酸盐的共聚物制成。这些共聚物很早就已经广泛被应用于安全的医疗用途，它们通过水解作用在体内降解生成α-羟基酸，然后被人体代谢掉。在植入18-36周后，植入物将会逐渐失去强度，而在2-4年中发生生物再吸收。可根据不同规格尺寸的可吸收植入物，并且可以需要进行设计，比如有骨钻头、骨螺纹丝锥、锥口钻头、测深尺、钉剪、改锥、骨板折弯器和加热设备等。可吸收植入物是无菌、非胶原状态提供。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供高强度可吸收骨折内固定材料。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：高强度可吸收骨折内固定材料，所述材料包括如下步骤制备而成：
1)将左旋聚乳酸依次经过预热、制胚、自增强、淬火形成成型材；所述左旋聚乳酸的比旋光度为-155°～-160°；所述型材的结晶度50％-80％；
2)机加工：将步骤1)所得的型材通过车削、精雕或直接成型；所述车削法使用双向联动夹具，所述联动夹具夹持型材两端并对型材中间部分进行车削加工。
优选的，所述步骤1)中还包括超声波或机械振动。
进一步的，所述超声波的振动频率为20kHz,振幅为0-30mm；优选的，所述挤出强化的温度为135℃-165℃，所述锻压强化的温度为165℃-195℃。
优选的，所述制胚的温度为190℃-230℃，所述淬火冷却速率为70℃/min-130℃/min，所述淬火时间为1.5min-2.5min。
优选的，还包括热塑变形步骤：将步骤1)中成型后的材料在压力100kN-150kN下进行热塑变形，所述热塑变形温度为60℃-80℃。
优选的，所述制胚的方法为注塑或锻压，所述自增强的方法为锻压或挤出。
优选的，所述自增强方法还包括多级自增强法。
进一步的，所述多级自增强法是将所述胚材经初次挤出强化形成型材，然后将所述型材进行多次挤出，截取合适尺寸。
本发明的有益效果：
1、在加工过程中，由于振动力场的作用，形成的局部压力场和速度场是脉冲的，高分子链及其链段表现为瞬时冲量负压扩散行为。振动力场的存在，加速和加强了高分子链段的扩散和运动，减小高分子链与链段之间的相互缠结，使高分子取向容易。
2、超声波作用于成型阶段，促进球晶生长，另外，作用于冷却阶段，可以加速热传递，获得更小的球晶，进而提高材料的综合力学性能。
3、机加工根据材料用途做了进一步的处理，以适应不同的骨质、骨折面从而扩大了材料的用途。
附图说明
图1是本发明高强度可吸收骨折内固定材料实施例一的结构示意图；
图2是本发明高强度可吸收骨折内固定材料实施例二的结构示意图；
图3是本发明高强度可吸收骨折内固定材料实施例三的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
S101:一种聚乳酸型胚材的注塑方法,包括以下步骤：
将左旋聚乳酸原材料射入热咀中加热熔融塑化，热咀连接有超声波装置，然后热咀在120bar注射压力的推动下，保压注射8.0秒，将熔融后的聚乳酸材料通过热咀的出料口注射进入后模的型腔中，聚乳酸材料被充满型腔并被压实，经15秒冷却保压后，得到聚乳酸胚材。在保压、冷却过程中启动超声波装置，振动频率为20kHz,振幅为0-45μm，功率可根据实际调节。
S102：一种聚乳酸锻压胚材的方法,包括以下步骤：
(1)加粉：取乌氏粘度为6.5mL/g的聚乳酸粉末加入到模芯的胚材型腔中；
(2)抽真空：模芯胚材型腔加入聚乳酸粉末后，抽处胚材型腔中的空气，使型腔保持真空状态；
(3)加热升温：对胚材型腔中的聚乳酸粉末进行加热升温，温度控制在在190℃,加热时间为10min；
(4)加压：对胚材型腔聚乳酸粉末进行加压，压力为15T；
(5)锻压：再对胚材型腔中的聚乳酸粉末进行锻压，设备活动板沿设备导向柱匀速下
移，下移速度为10mm/min
(6)淬火：锻压完成后，将胚材从模芯中取出，淬火，完成整个胚材制备。
S201:一种使用聚乳酸胚材锻压强化设备的锻压工艺，步骤如下：
A、将胚材放入温度在120℃至180℃的型腔；
B、胚材放入型腔3-10分钟后压块下压，合模锻压，并以5-20mm/min的速度下压至预定位置；
C、压块下压至预定位置后，进行保压，并在2分钟内将型腔温度冷却至60℃以下；
D、当型腔温度低于40℃时，解除压力，取出成品型材。
S202：
将待加工的聚乳酸胚材设置在胚材孔中，胚材输送器通过胚材输送通道进入一控模芯，将聚乳酸胚材送至挤出顶杆的下方，挤出顶杆将聚乳酸胚材下压至胚材加热模腔中，一控模芯对聚乳酸胚材进行加热，然后挤出顶杆退出胚材孔，胚材输送器退出一控模芯固定板，再将挤出辅助棒设置在胚材孔中，胚材输送器将挤出辅助棒送至挤出顶杆下方，挤出顶杆下压挤出辅助棒，将聚乳酸胚材挤入二控模芯的型材成型模腔进行成形加工。
实施例1(骨螺钉)
按照步骤S101进行制胚，接着按步骤S202对型材进行自增强得到棒材。所述左旋聚乳酸原料的比旋光度为-155°～-160°；所述棒材的结晶度50％-80％。本实施例的骨螺钉加工过程中由于聚乳酸分子链发生取向作用，在超声波的作用使型材韧性高，加工难度大，效率低,为了提高加工效率及稳定性，所以采用了以下三种加工工艺：
车削法：使用双向联动夹具，夹持所述型材两端，对型材中间部分进行车削加工，防止加工过程中抖动；
精雕法：使用分级夹持治具，对型材分级夹持，夹缩短加工长度，增加其稳定性；
直接成型法：将制胚后的胚材通过挤出强化工艺，在模具型腔直接挤出形成带螺纹的棒材，然后对棒材其他部分进行车削加工处理。
本实施例中的制胚的温度为180℃-220℃，挤出强化的温度为130℃-180℃，锻压强化的温度为160℃-190℃，淬火冷却速率为60℃/min-140℃/min，淬火时间为1min-2min。
如图1所示，骨螺钉由螺帽和螺杆段组成，骨螺钉长度为37～43mm。螺帽高度为1.8～2.2mm，直径为4.0～4.6mm，螺帽的顶端球面倒角半径为4.6～5.0mm，螺帽中间部分高度为0.6～1.0mm，螺帽尾端的倒角半径为2.5～2.9mm；螺帽顶端球面设有凹槽，凹槽为十字型或一字型，凹槽宽度为0.2～0.6mm，深度为0.7～1.1mm。螺杆段的螺纹为矩形螺纹、三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹中的一种；螺纹外径为2.6～3.0mm，螺距为0.5～0.9mm，螺纹牙底到牙顶的垂直距离为0.1～0.3mm，相邻两螺纹牙的开口角度为50°～60°，牙底圆角半径为0.2mm。螺杆段的螺纹上端与所述螺帽的连接部分高度为0.6～1.0mm，螺杆段尾端端面直径为1.3～1.5mm，尾端倒角角度为120°～130°。配合使用的固定骨板上的螺钉孔直径小于螺帽的直径，大于螺杆螺纹外径。
将所得骨螺钉进行三点弯曲测试，测试结果的弯曲强度在270-330MPa左右；而常规的消旋聚乳酸样品弯曲强度在50-100MPa左右，弯曲强度最大值可达到420MPa。
作为实施例1的改进，骨螺钉可按照步骤S101进行注塑，然后进行多次步骤S201挤出，截取合适尺寸。经过多次强化之后，骨螺钉的综合力学性能得到进一步的提高。
实施例二(骨板)
本实施例采用步骤S101制胚和步骤S201进行自增强，接着通过加压的方式定型制作成通用型板材，塑形压力在10-15T，可根据不同规格尺寸的选择可吸收植入物，并且可以根据解剖需要对骨板的形状、结构、螺孔进行设计，比如有骨钻头、骨螺纹丝锥、锥口钻头、测深尺、钉剪、改锥、可吸收骨折内固定板折弯器和加热设备等。所述左旋聚乳酸原料的比旋光度为-155°～-160°；所述骨板的结晶度50％-80％。
如图2所示，所述骨板具有可塑形性，当骨板升温到玻璃化转变温度之上后对其进行塑形。当产品放入70℃的水中，骨板会变软，可发生形变，变形后冷却可固定，再次放入70℃的水中可恢复至初始形态。
采用左旋聚乳酸经过注塑成胚，在挤出强化的过程中发生取向作用，并伴随超声波作用，所述取向态的左旋聚乳酸再经过定形制成的可吸收骨折内固定板强度高，耐用，配合骨螺钉可很好地用于精确的对齐骨折线，并进行固定骨折、截骨、关节固定、或者适当增加的骨移植固定(例如性固定植入物、脱落物、手钻)。
实施例3(骨针)
本实施例采用步骤S102制胚和步骤S201进行自增强，所述左旋聚乳酸的原料的比旋光度为-155°～-160°；所述骨针的结晶度50％-80％。
其中多级强化法是将所述制胚后的胚材经多次挤出强化形成所需尺寸的骨针，具体操作如下：胚材经初次挤出强化形成取向态聚乳酸型材，取向态聚乳酸型材经过二次挤出强化形成二次型材，截取合适尺寸的二次型材继续挤出强化，直至得到所需尺寸的骨针。
具体的步骤如下：
使用φ12mm的胚材进行挤出强化，加工出φ6mm的强化棒材，将挤出强化一次的φ6mm棒材截取合适长度，进行二次挤出强化得到φ2mm的骨针胚材，最后进行后处理加工，形成两端有相同倒角的骨针。骨针的形状参见图3，骨针的针体1长度优选为50mm，骨针整体为圆柱形，直径优选为2mm，骨针两端的倒角半径优选为0.6mm。骨针的整体为圆柱形针体，针体为实心棒状，骨针上下两端有相同倒角，骨针呈透明状。骨针的弯曲强度范围为170-260MPa左右。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.高强度可吸收骨折内固定材料，其特征在于，所述材料包括如下制备步骤：
1)将左旋聚乳酸依次经过预热、制胚、自增强、淬火形成型材；所述左旋聚乳酸的比旋光度为-155°～-160°；所述型材的结晶度50％-80％；
2)机加工：将步骤1)所得的型材通过车削、精雕或直接成型；所述车削过程中使用双向联动夹具，所述联动夹具夹持型材两端并对型材中间部分进行车削加工。
2.根据权利要求1所述的高强度可吸收骨折内固定材料，其特征在于，所述步骤1)中还伴随超声波振动。
3.根据权利要求2所述的高强度可吸收骨折内固定材料，其特征在于，所述超声波的振动频率为20kHz,振幅为0-30mm。
4.根据权利要求1所述的高强度可吸收骨折内固定材料，其特征在于，所述制备步骤还包括热塑变形，具体为：将步骤1)中成型后的材料在压力100kN-150kN下进行热塑变形，所述热塑变形温度为60℃-80℃。
5.根据权利要求1所述的高强度可吸收骨折内固定材料，其特征在于，所述制胚的方法为注塑或锻压，所述自增强的方法为锻压或挤出。
6.根据权利要求1所述的高强度可吸收骨折内固定材料，其特征在于，所述自增强的方法还包括多级自增强法。
7.根据权利要求6所述的高强度可吸收骨折内固定材料，其特征在于，所述多级自增强法是将所述胚材经初次挤出强化形成型材，然后将所述型材进行多次挤出，截取合适尺寸。
8.根据权利要求5所述的高强度可吸收骨折内固定材料，其特征在于，所述挤出的温度为135℃-165℃，所述锻压的温度为180℃-220℃。
9.根据权利要求1所述的高强度可吸收骨折内固定材料，其特征在于，所述制胚的温度为190℃-230℃，所述淬火冷却速率为70℃/min-130℃/min，所述淬火时间为1.5min-2.5min。
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