CN107320782B - 可吸收的生物医用聚乳酸复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可吸收的生物医用聚乳酸复合材料及制备方法。其中，该可吸收的生物医用聚乳酸复合材料包括：核壳结构体，其具备：包含钙磷化合物的基底颗粒、包覆于所述基底颗粒的表面的中间层、以及形成在所述中间层的外表面的聚合物层；以及聚乳酸基体，其与所述核壳结构体的所述聚合物层形成立构复合物，并具有第二玻璃态转化温度，所述中间层具有第一玻璃态转化温度，且所述第一玻璃态转化温度不高于人体正常体温，并且所述第二玻璃态转化温度高于所述第一玻璃态转化温度。根据本发明，能够提供一种既能够提高力学强度且韧性得到改善的可吸收的生物医用聚乳酸复合材料。

Description

可吸收的生物医用聚乳酸复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于生物医用复合材料领域，特别涉及一种可吸收的生物医用聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸及其共聚物是常见的可吸收医用聚合物材料，其具有良好的生物降解性、生物相容性和力学性能，因此在骨科医疗领域得到了广泛应用。然而，在可吸收骨植入临床应用中，聚乳酸材料的降解产物通常呈酸性，因此易诱发组织无菌性炎症反应，另外，聚乳酸材料作为聚合物材料，其强度并不足以满足骨骼修复的需求。

为了解决聚乳酸材料的上述缺点，也有将无机颗粒材料尤其是纳米无机颗粒常添加至聚乳酸材料中来形成复合材料，以增强聚乳酸材料的强度，同时，无机颗粒通常可以和酸性降解产物发生中和反应，有助于避免酸性炎症反应。然而，由于无机颗粒与聚乳酸材料相容性较差，在简单共混的情况下，两者界面缺乏一定强度的界面作用力，因而会导致填充物无机颗粒在聚乳酸基体中聚集以致分散不均，容易产生应力集中，导致在界面处因基体与填充物之间的脱落而引发裂纹，从而严重影响复合材料的力学性能。此外，无机颗粒尤其是刚性无机颗粒还会损害聚乳酸的韧性，容易导致脆断，限制了聚乳酸材料在骨科领域的应用。

针对上述问题，在专利文献1中，提出一种羟基磷灰石/聚乳酸复合材料。其中，羟基磷灰石表面通过吸附低分子量聚乳酸进行了改性，然而，尽管改性后的羟基磷灰石与聚乳酸基体材料的结合力有所增强，但是仍然缺乏强的界面作用力，最终复合材料的力学性能仍存在很多改善之处。

另外，专利文献2也提出了一种羟基磷灰石/聚乳酸复合材料。其中，这种材料主要由羟基磷灰石原位聚合聚乳酸制成，即羟基磷灰石与聚乳酸之间存在共价键。尽管这能在很大程度上有助于羟基磷灰石的分散并提高界面作用力，提高材料的力学性能，然而在该羟基磷灰石/聚乳酸复合材料中，由于刚性羟基磷灰石颗粒与聚乳酸之间没有缓冲机制，容易导致复合材料的韧性严重受损，容易发生脆断，不利于其在骨科临床中的应用。

此外，专利文献3中采用多种复合纤维来增强聚DL-乳酸，复合纤维包括聚磷酸钙和羟基磷灰石、碳酸钙或氧化锆，由此得到复合材料强度大大提高，然而，由于复合纤维与聚DL-乳酸之间不存在强的界面作用力，因此该复合材料强度并未得到明显改善，而且复合材料的韧性也容易受损。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：中国授权专利CN102153058B

专利文献2：中国授权专利CN103319696A

专利文献3：中国公开专利申请CN1537892A

发明内容

本发明有鉴于上述现有技术的状况而完成，其目的在于提供一种既能够提高力学强度且韧性得到改善的可吸收的生物医用聚乳酸复合材料。

为此，本发明一方面提供了一种可吸收的生物医用聚乳酸复合材料，其包括：核壳结构体，其具备：包含钙磷化合物的基底颗粒、包覆于所述基底颗粒的表面的中间层、以及形成在所述中间层的外表面的聚合物层；以及聚乳酸基体，其与所述核壳结构体的所述聚合物层形成立构复合物，并具有第二玻璃态转化温度，所述中间层具有第一玻璃态转化温度，且所述第一玻璃态转化温度不高于人体正常体温，并且所述第二玻璃态转化温度高于所述第一玻璃态转化温度。

在本发明的一方面中，可吸收的生物医用聚乳酸复合材料包括了核壳结构体以及与核壳结构体形成立构复合作用力的聚乳酸基体，该立构复合作用力十分有利于聚乳酸基体和核壳结构体之间的力传导，还能够帮助核壳结构体在聚乳酸基体中的分散；并且在核壳结构体中，基底颗粒与聚合物层之间存在中间层，且该中间层的玻璃态转化温度不高于人体正常体温，因此，将本发明的复合材料应用于骨科临床治疗时，该核壳结构体的中间层在人体内能够保持为橡胶态(高弹态)，该橡胶态的中间层可以缓解由基底颗粒引起的应力集中和微裂纹，改善复合材料的韧性。同时，该基底颗粒也可以稳固呈橡胶态的中间层在一定应力下的剧烈形变，因此也能够抑制复合材料强度的下降。

另外，在本发明的一方面所涉及的聚乳酸复合材料中，可选地，所述基底颗粒包含选自羟基磷灰石、聚磷酸钙和磷酸三钙当中的一种以上。在这种情况下，基底颗粒的成分与人体骨骼组织的成分更加近似，因此能够提高聚乳酸复合材料的生物活性和生物相容性。

另外，在本发明的一方面所涉及的聚乳酸复合材料中，可选地，所述基底颗粒为刚性颗粒。由此，能够提高聚乳酸复合材料的力学强度。

另外，在本发明的一方面所涉及的聚乳酸复合材料中，可选地，所述基底颗粒的质量百分数为1wt％～30wt％。在这种情况下，既能提高聚乳酸复合材料的力学强度，又对聚乳酸复合材料的韧性等其他性能特点不产生影响或影响较小。

另外，在本发明的一方面所涉及的聚乳酸复合材料中，可选地，所述基底颗粒的平均粒径为5nm～200um。在这种情况下，既能起到增强聚乳酸复合材料力学强度的作用，又能保持其韧性不受或受较小影响。

另外，在本发明的一方面所涉及的聚乳酸复合材料中，可选地，所述中间层包含选自丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种单体的均聚物，或者选自丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的二元以上的无规共聚物或嵌段共聚物。在这种情况下，中间层可以形成可吸收的聚合物材料，有利于聚乳酸复合材料在骨科领域，尤其是可吸收骨科材料领域的应用。

另外，在本发明的一方面所涉及的聚乳酸复合材料中，可选地，所述中间层由聚合物材料构成，并且所述基底颗粒与所述中间层之间以共价键结合。在这种情况下，在基底颗粒与中间层之间可以形成强界面作用力，从而有效提高二者之间的结合力，有利于力的传导。

另外，在本发明的一方面所涉及的聚乳酸复合材料中，可选地，所述聚合物层包含第一类丙交酯单体的均聚物，或者第一类丙交酯与选自第二类丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种以上的单体的无规共聚物或嵌段共聚物；所述聚乳酸基体包含第二类丙交酯单体的均聚物，或者第二类丙交酯与选自第一类丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种以上的单体的无规共聚物或嵌段共聚物，并且所述第一类丙交酯与所述第二类丙交酯互为丙交酯的左右旋异构体。在这种情况下，聚合物层与聚乳酸基体可以分别形成聚乳酸的左右旋异构体，二者接触时，会产生相较于一般氢键更加稳定的特殊氢键作用，也即立构复合作用力，从而形成立构复合物。由此，能够保证聚乳酸复合材料的界面作用力和稳定性。

另外，在本发明的一方面所涉及的聚乳酸复合材料中，可选地，所述立构复合物的立构复合结晶率为1％～40％。在这种情况下，可以有效提高聚乳酸复合材料的力学性能。

本发明的另一方面提供了一种可吸收的生物医用聚乳酸复合材料的制备方法，其步骤包括：准备包含钙磷化合物的基底颗粒；将所述基底颗粒与第一反应单体充分混合，得到混合溶液；在所述混合溶液中加入催化剂，并在惰性气体的条件下，加热至80℃至180℃，反应2小时至48小时，以使由所述第一反应单体构成的中间层包覆于所述基底颗粒；加入第二反应单体，维持加热，并继续反应2小时至48小时，在所述中间层之上形成聚合物层，从而获得核壳结构体；并且将所述核壳结构体与聚乳酸基体按规定比例共混，以获得所述核壳结构体与所述聚乳酸基体形成的立构复合物。在这种情况下，可以形成包含核壳结构体和聚乳酸基体的聚乳酸复合材料，该复合材料的力学强度和韧性都能得到提高，这在骨科医疗器械应用中有着重要意义。

另外，在本发明的另一方面所涉及的聚乳酸复合材料的制备方法中，可选地，所述聚合物层包含第一类丙交酯单体的均聚物，或者第一类丙交酯与选自第二类丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种以上的单体的无规共聚物或嵌段共聚物；所述聚乳酸基体包含第二类丙交酯单体的均聚物，或者第二类丙交酯与选自第一类丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种以上的单体的无规共聚物或嵌段共聚物，并且所述第一类丙交酯与所述第二类丙交酯互为丙交酯的左右旋异构体。在这种情况下，聚合物层和聚乳酸基体可以分别形成聚乳酸的左右旋异构体，二者接触时，会产生相较于一般氢键更加稳定的特殊氢键作用，也即立构复合作用力，从而形成立构复合物。由此，能够保证聚乳酸复合材料的界面作用力和稳定性。

另外，在本发明的另一方面所涉及的聚乳酸复合材料的制备方法中，可选地，所述中间层由聚合物材料构成，并且所述基底颗粒与所述中间层之间以共价键结合。在这种情况下，能够确保基底颗粒与中间层之间形成良好的结合力，有利于力的传导。

根据本发明，能够提供一种力学强度高且韧性好的可吸收的生物医用聚乳酸复合材料及其制备方法。

附图说明

图1是示出了本发明的实施方式所涉及的可吸收的生物医用聚乳酸复合材料的结构示意图。

图2是示出了本实施方式所涉及的聚乳酸复合材料的核壳结构体的截面示意图。

图3示出了可吸收的生物医用聚乳酸复合材料的制备步骤示意图。

符号说明：

1…聚乳酸复合材料，10…核壳结构体，11…基底颗粒，12…中间层，13…聚合物层，20…聚乳酸基体。

具体实施方式

以下，参考附图，详细地说明本发明的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。

在下面的说明中，为了方便说明使用了小标题的方式进行描述，但是这些小标题仅起到提示作用，并不是为了将小标题下所描述的内容限制于小标题的主题中。

(聚乳酸复合材料)

图1是示出了本发明的实施方式所涉及的可吸收的生物医用聚乳酸复合材料的结构示意图。

如图1所示，本实施方式所涉及的聚乳酸复合材料1可以包括核壳结构体10和聚乳酸基体20。其中，在一些示例中，核壳结构体10可以分布在聚乳酸基体20之中。另外，聚乳酸基体20可以与核壳结构体10形成立构复合物，也即，聚乳酸基体20与核壳结构体10之间可以通过立构复合作用力而结合，由此能够有效地确保聚乳酸复合材料1的界面作用力和稳定性。

本实施方式所涉及的可吸收的生物医用聚乳酸复合材料1特别适用于骨科治疗领域，例如，本实施方式所涉及的聚乳酸复合材料1可以作为骨科植入材料对人体的骨骼进行修复。本实施方式所涉及的聚乳酸复合材料1，一方面其具有优良的生物活性，能够促进骨组织生长修复，另一方面其材料能够被人体吸收，随人体代谢消化，因此备受骨科临床应用领域的青睐。

(核壳结构体)

图2是示出了本实施方式所涉及的聚乳酸复合材料的核壳结构体的截面示意图。

如图2所示，在本实施方式中，核壳结构体10可以包括基底颗粒11、中间层12和聚合物层13。具体而言，在核壳结构体10中，在基底颗粒11外表面覆盖有中间层12，并在中间层12的外表面形成聚合物层13。在一些示例中，核壳结构体10可以均匀分散于聚乳酸基体20中。在这种情况下，提供了经过表面修饰的基底颗粒11，将核壳结构体10加入到聚乳酸基体20中，可以增强基底颗粒11与聚乳酸基体20的界面作用力，提高基底颗粒11在聚乳酸基体20中的分散，从而同时提高聚乳酸复合材料1的力学强度和韧性。

(基底颗粒)

在本实施方式中，基底颗粒11可以包含钙磷化合物。优选地，基底颗粒11可以包含选自羟基磷灰石、聚磷酸钙和磷酸三钙当中的一种以上。在这种情况下，有助于提高聚乳酸复合材料1的生物活性，促进其对人体骨骼组织的修复作用。

众所周知，人体骨骼组织的无机组成成分中，以钙磷的化合物为主。将本实施方式所涉及的聚乳酸复合材料1作为骨科修复材料植入到体内后，中间层12和聚合物层13(稍后描述)会被人体吸收，因此基底颗粒11所包含的钙、磷等元素会被身体组织吸收，形成新的骨骼组织，因此有助于骨骼的生长与修复。

另外，基底颗粒11也不限于上述的羟基磷灰石、聚磷酸钙、磷酸三钙等。在本实施方式中，基底颗粒11只要包含与人体骨骼组织的成分相近的物质，也能够提高聚乳酸复合材料1对人体骨骼组织的修复作用。

另外，在本实施方式中，优选地，基底颗粒11为刚性颗粒。在一些示例中，基底颗粒11可以为杨氏模量大于2×10¹¹Pa的刚性颗粒。在这种情况下，能够有效提高聚乳酸复合材料1的力学强度。

另外，在本实施方式中，基底颗粒11的形状并没有特别限制。例如，在一些示例中，基底颗粒11可以是球体状。但本实施方式不限于此，在另一些示例中，基底颗粒11可以是椭球状、不规则立体状等。

在本实施方式中，基底颗粒11的质量百分数(wt％)没有特别限制。出于聚乳酸复合材料1的力学强度和韧性的考虑，基底颗粒11的质量百分数优选为1wt％～30wt％，例如基底颗粒11的质量百分数可以取1wt％、3wt％、5wt％、8wt％、15wt％、20wt％、25wt％或30％。具体而言，在聚乳酸复合材料1中，基底颗粒11起到提高聚乳酸复合材料的力学强度的作用，一般而言，基底颗粒11的含量越多，聚乳酸复合材料1的力学强度越高；当基底颗粒11的含量较少时，聚乳酸复合材料1的力学强度不足，而当基底颗粒11的含量过多时，则会影响聚乳酸复合材料1的韧性等性能特点，因此，将基底颗粒11的质量百分数取为1wt％～30wt％的，既能提高聚乳酸复合材料1的力学强度，又对聚乳酸复合材料1的韧性等其他性能特点不产生影响或影响较小。

在本实施方式中，基底颗粒11的平均粒径没有特别限制。出于聚乳酸复合材料1的力学强度和韧性的考虑，基底颗粒11的平均粒径优选为5nm～200μm，例如，基底颗粒11的平均粒径可以取5nm、10nm、30nm、50nm、1μm、2μm、5μm、10μm、20μm、30μm、50μm、80μm、100μm、130μm、150μm、180μm或200μm。具体而言，通常基底颗粒11的粒径越小，其刚性越强，因此选用粒径较小的基底颗粒时，能充分发挥基底颗粒11对聚乳酸复合材料1的力学强度增强的作用；随着基底颗粒11粒径的增大，其表面能减小，可以在一定程度上抑制团聚，但当基底颗粒11的粒径过大则会影响其分散的均匀性，从而影响聚乳酸复合材料1的力学强度。因此，将基底颗粒11的粒径限定在上述范围内，既能起到增强聚乳酸复合材料1力学强度的作用，又能保持基底颗粒11的分散足够均匀。

(中间层)

在本实施方式中，中间层12可以包覆于基底颗粒11的表面。也即，中间层12覆盖在基底颗粒11的表面。另外，中间层12可以具有第一玻璃态转化温度T1。在一些示例中，第一玻璃态转化温度T1可以不高于人体正常体温。一般而言，对于物质的玻璃态转化温度而言，在外界温度高于聚合物的玻璃态转化温度时，物质将呈弹性态或橡胶态；在外界温度小于或等于聚合物的玻璃态转化温度时，物质将呈玻璃态。

当将本实施方式所涉及的聚乳酸复合材料1应用于人体时，由于该中间层12的第一玻璃态转化温度T1不高于人体正常体温(例如37℃)，因此，中间层12能够保持为橡胶态。在这种情况下，呈橡胶态的中间层12可以释放(例如原位释放)由基底颗粒11引起的应力集中并缓解由此引起的微裂纹，由此能够改善聚乳酸复合材料1的韧性。另外，该基底颗粒11也可以抑制(例如原位抑制)呈橡胶态的中间层12在一定应力下的剧烈形变，由此能够抑制聚乳酸复合材料1力学强度的下降。

在本实施方式中，中间层12可以包含选自丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种单体的均聚物。另外，中间层12也可以选自丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的二元以上的无规共聚物或嵌段共聚物。在这种情况下，中间层12可以形成可吸收的聚合物材料，有利于聚乳酸复合材料1在骨科领域，尤其是可吸收骨科材料领域的应用。

如上所述，在本实施方式中，中间层12具有的第一玻璃态转化温度T1可以不高于人体正常体温。另外，该第一玻璃态转化温度T1的具体数值范围没有特别限制，优选地，该第一玻璃态转化温度T1满足-37℃≤T1≤36℃，更优选地，满足-10℃≤T1≤36℃。

另外，在本实施方式中，中间层12的玻璃态转化温度T1的大小可以根据实际需要进行调控。对于均聚物而言，可以通过调控其单体的种类或质量得到不同的玻璃态转化温度T1；对于共聚物而言，可以通过调控混合单体中各单体的比例等来实现玻璃态转化温度T1的改变。

在本实施方式中，中间层12可以由聚合物材料构成。在这种情况下，基底颗粒11与中间层12之间可以以共价键结合，由此在基底颗粒11与中间层12之间形成强界面作用力，从而有效提高二者之间的结合力，有利于力的传导。另外，基底颗粒11与中间层12之间还可以以诸如离子键等强界面作用力结合。

在人体骨科修复的临床应用中，当呈橡胶态的中间层12与基底颗粒11之间存在强作用力时，能够有助于中间层12与基底颗粒11之间力的传导并促进二者的联动效应。具体而言，一方面，呈橡胶态的中间层12可以释放(例如原位释放)由基底颗粒11引发的应力集中并且缓解微裂纹，从而改善聚乳酸复合材料1的韧性；另一方面，基底颗粒11可以抑制(例如原位抑制)橡胶态的中间层12在一定应力下的剧烈形变，从而有效抑制由于橡胶态的中间层12的加入而引起的聚乳酸复合材料1力学强度的下降。因此，能够同时提高聚乳酸复合材料1的强度与韧性，这对于本实施方式所涉及的聚乳酸复合材料1在骨科医疗器械应用中有着重要意义。

另外，在本实施方式中，中间层12的成型方式没有特别限制。在一些示例中，可以通过在基底颗粒11外表面引发原位聚合而形成。另外，在另一些示例中，也可以通过对基底颗粒11表面改性的方式形成。

(聚合物层)

在本实施方式中，在中间层12的外表面形成聚合物层13。在聚合物层13与聚乳酸基体20(稍后描述)之间可以形成立构复合物。一般而言，立构复合物具有比一般氢键更加稳定的特殊氢键作用，即立构复合作用，因此所形成的立构复合物也具有更高的熔点和更优异的机械性能。

在本实施方式中，在聚合物层13与聚乳酸基体20之间所形成的立构复合物中，聚合物层13与聚乳酸基体20之间所具有的立构复合作用力有助于聚乳酸基体20与橡胶态的中间层12之间的力传导，因此能够提高聚乳酸复合材料1的力学强度。另外，该立构复合作用力还能够提高核壳结构体10在聚乳酸基体20中的分散，从而使聚乳酸复合材料1的力学强度和韧性均得到提高。

另外，在本实施方式中，聚合物层13的成型方式没有特别限制，优选地，可以通过在中间层12的外表面引发原位聚合而形成。

在本实施方式中，聚合物层13可以包含第一类丙交酯单体的均聚物。另外，聚合物层13也可以包含第一类丙交酯与选自第二类丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种以上的单体的无规共聚物或嵌段共聚物。由此，聚合物层13可以形成左旋或右旋聚乳酸，或具有左旋或右旋聚乳酸的共聚物，以便与聚乳酸基体20之间形成立构复合物，产生立构复合作用。

另外，在本实施方式中，聚合物层13的分子量没有特别限制，例如可以为较小分子量从而形成短链聚合物层13，也可以为较大分子量从而形成长链聚合物层13。

另外，在本实施方式中，聚合物层13的玻璃态转化温度没有特别限制，可选地，其玻璃态转化温度可以与中间层12的玻璃态转化温度相同，也可以高于或低于中间层12的玻璃态转化温度。

(聚乳酸基体)

在本实施方式中，聚乳酸基体20可以与核壳结构体10的聚合物层13形成立构复合物。如上所述，该立构复合物具有比一般氢键更加稳定的特殊氢键作用，即立构复合作用，因此具有更高的熔点和更优异的机械性能。另外，该立构复合物具有的立构复合作用力也十分有利于聚乳酸基体20和呈橡胶态的中间层12之间的力传导，并且能够提高核壳结构体10在聚乳酸基体20中的分散，从而使聚乳酸复合材料1的力学强度和韧性均得到提高。

在本实施方式中，聚乳酸基体20内可以包含多个核壳结构体10，多个核壳结构体10可以分散于聚乳酸基体20内。另外，多个核壳结构体10的大小没有特别限制，在一些示例中，多个核壳结构体10的大小可以相同，在另一些示例中，多个核壳结构体10的大小也可以不同。

在本实施方式中，聚乳酸基体20可以具有第二玻璃态转化温度T2。另外，第二玻璃态转化温度T2可以高于核壳结构体10的中间层12具有的第一玻璃态转化温度T1，即T2＞T1。由此，在同样的温度条件下，聚乳酸基体20能够保持比核壳结构体10更好的力学强度，从而增强聚乳酸复合材料1的力学性能。

另外，在本实施方式中，聚乳酸基体20所具有的第二玻璃态转化温度T2可以高于人体正常体温。由此，在将本实施方式所涉及的聚乳酸复合材料1应用于人体时，其可以保持为玻璃态，可以进一步确保聚乳酸复合材料1的力学强度足够高。

在本实施方式中，聚乳酸基体20可以包含第二类丙交酯单体的均聚物。另外，聚乳酸基体20可以包含第二类丙交酯与选自第一类丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种以上的单体的无规共聚物或嵌段共聚物。在一些示例中，第一类丙交酯可以与第二类丙交酯互为丙交酯的左右旋异构体。

在这种情况下，聚乳酸基体20与核壳结构体10的聚合物层13可以分别形成聚乳酸的左右旋异构体。当聚乳酸基体20与核壳结构体10的聚合物层13接触时，会产生相较于一般氢键更加稳定的特殊氢键作用(立构复合作用力)，从而形成立构复合物。由于该立构复合物比单独的左旋聚乳酸或右旋聚乳酸具有更高的熔点及更好的机械性能，因此能进一步提高聚乳酸复合材料1的力学性能。

如上所述，在本实施方式中，核壳结构体10的聚合物层13可以与聚乳酸基体20之间形成立构复合物。在该立构复合物中，立构复合结晶率没有特别限制，在一些示例中，出于力学性能的考虑，其立构复合结晶率优选为1％～40％，例如该立构复合结晶率可以为1％、5％、10％、20％、30％或40％。一般地，立构复合结晶率越大，表明复合材料中形成的立构复合物越多，相应的立构复合作用力越强，也即复合材料的力学性能越强。

图3示出了可吸收的生物医用聚乳酸复合材料的制备方法的示意图。

以下，参考图3，详细地描述本实施方式所涉及的可吸收的生物医用聚乳酸复合材料的制备方法。

如图3所示，本实施方式中所涉及的制备可吸收的生物医用聚乳酸复合材料的方法可以包括如下步骤：准备包含钙磷化合物的基底颗粒11(步骤S1)；将基底颗粒11与第一反应单体充分混合，得到混合溶液(步骤S2)；在混合溶液中加入催化剂，并在惰性气体的条件下，加热至80℃～180℃，反应2小时至48小时，以使由第一反应单体构成的中间层12包覆于基底颗粒11(步骤S3)；加入第二反应单体，维持加热，并继续反应2小时至48小时，在中间层之上形成聚合物层13，从而获得核壳结构体10(步骤S4)；并且将核壳结构体10与聚乳酸基体20按规定比例共混，以获得核壳结构体10与聚乳酸基体20形成的立构复合物，从而得到聚乳酸复合材料1(步骤S5)。

在本实施方式中，在步骤S1中，首先准备包含钙磷化合物的基底颗粒11。在一些示例中，基底颗粒11可以选自羟基磷灰石、聚磷酸钙和磷酸三钙当中的一种以上。众所周知，人体骨骼组织的无机组成成分中，以钙磷的化合物为主。将本实施方式所涉及的聚乳酸复合材料1作为骨科修复材料植入到体内后，中间层12和聚合物层13(稍后描述)会被人体吸收，因此基底颗粒11所包含的钙、磷等元素会被身体组织吸收，形成新的骨骼组织，因此有助于骨骼的生长与修复。

另外，基底颗粒11也不限于上述的羟基磷灰石、聚磷酸钙、磷酸三钙等。在本实施方式中，基底颗粒11只要包含与人体骨骼组织的成分相近的物质，也能够提高聚乳酸复合材料1对人体骨骼组织的修复作用。

在本实施方式中，在步骤S2中，将步骤S1中的基底颗粒11与第一反应单体充分混合，得到混合溶液。在一些示例中，在步骤S2中，可以先将基底颗粒11溶于有机溶剂中，再加入第一反应单体与之充分混合，形成混合有机溶液。

在本实施方式中，在步骤S3中，将催化剂加入到在步骤S2中所得到的混合溶液中，并在惰性气体的条件下，加热至80℃～180℃，反应2小时至48小时，得到包覆在基底颗粒11表面的中间层12。

其中，第一反应单体可以选自丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种。另外，第一反应单体也可以选自丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的二种以上。在这种情况下，所得到的中间层12为包含选自丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种单体的均聚物，或者选自丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的二元以上的无规共聚物或嵌段共聚物。由此，中间层12可以形成可吸收的聚合物材料，有利于聚乳酸复合材料1在骨科领域尤其是可吸收骨科材料领域的应用。

在本实施方式中，中间层12可以由聚合物材料构成，并且基底颗粒11与中间层12之间以共价键结合。在人体骨科修复的临床应用时，呈橡胶态的中间层12与基底颗粒11之间存在强作用力，此有利于力的传导并促进了二者的联动效应。具体而言，一方面，呈橡胶态的中间层12可以原位释放缓解由基底颗粒11引发的应力集中和微裂纹，从而改善聚乳酸复合材料1的韧性；另一方面，基底颗粒11可以原位抑制橡胶态的中间层12材料在一定应力下的剧烈形变，从而有效避免橡胶态的中间层12材料的加入引起的聚乳酸复合材料1力学强度的下降。总而言之，中间层12与基底颗粒11的共价键结合，能够带来优良的力传导和联动效应，使聚乳酸复合材料1的力学强度与韧性均能得到提高，这在骨科医疗器械应用中有着重要意义。

另外，在步骤S3中，催化剂优选为辛酸亚锡。由此，可以引发单体的原位聚合，形成诸如共价键的强界面作用力。

另外，在本实施方式中，惰性气体可以为氮气或氩气。由此，可以保证反应的顺利发生，有效避免其他杂质的生成。

在本实施方式中，在步骤S4中，在步骤S3的反应体系中，加入第二反应单体，维持加热，并继续反应2小时至48小时，在中间层12之上形成聚合物层13，从而获得核壳结构体10。

其中，第二反应单体可以为第一类丙交酯或第一类丙交酯与选自第二类丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种以上。在这种情况下，所得到的聚合物层13为包含第一类丙交酯单体的均聚物，或者第一类丙交酯与选自第二类丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种以上的单体的无规共聚物或嵌段共聚物。

另外，在本实施方式中，将步骤S3和步骤S4两个阶段的产物分别溶于有机物溶剂。优选地，该有机物溶剂为氯仿。接着，经过离心处理，分离去除掉未嫁接至基底颗粒11的自由分子链，分别得到基底颗粒11与中间层12的组合物(基底颗粒11-中间层12)和核壳结构体10。其中，分离去除掉的自由分子链，即中间层12和中间层12与聚合物层13的组合物(中间层12-聚合物层13)，通过DSC测试以检测材料的玻璃态转化温度。

在本实施方式中，在步骤S5中，将步骤S4制备得到的核壳结构体10与聚乳酸基体20按规定比例共混，以获得核壳结构体10与聚乳酸基体20形成的立构复合物，从而得到聚乳酸复合材料1。

其中，聚乳酸基体20可以包含第二类丙交酯单体的均聚物。另外，聚乳酸基体20也可以包含第二类丙交酯与选自第一类丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种以上的单体的无规共聚物或嵌段共聚物，并且第一类丙交酯与第二类丙交酯互为丙交酯的左右旋异构体。在这种情况下，聚合物层13和聚乳酸基体20可以分别形成聚乳酸的左右旋异构体，二者接触时，会产生相较于一般氢键更加稳定的特殊氢键作用，从而形成立构复合物。该立构复合物比单独的左旋聚乳酸或右旋聚乳酸具有更高的熔点及更好的机械性能，因此能进一步提高聚乳酸复合材料的力学性能。

因此，包含该聚合物层13的核壳结构体10与聚乳酸基体20之间形成立构复合作用力，其对聚乳酸基体20和核壳结构体10的中间层12之间的力传导十分有利，并且能够帮助核壳结构体10的基底颗粒11在聚乳酸基体20中的分散，该材料结构设计能够为聚乳酸复合材料1带来优良的力传导和联动效应，使聚乳酸复合材料1的力学强度与韧性均能得到提高，这在骨科医疗器械应用中有着重要意义。

另外，如上所述，在步骤S5中，核壳结构体10与聚乳酸基体20共混的有机溶剂(第一有机溶剂)可以为氯仿。另外，在步骤S5中，将反应后的体系进行沉淀而得到聚乳酸复合材料1的有机溶剂(第二有机溶剂)可以为甲醇。另外，在本实施方式中，第一有机溶剂与第二有机溶剂不同。

另外，在本实施方式中，将步骤S5得到的聚乳酸复合材料1经注塑成型，再经测试得到其力学性能分析结果。

在本实施方式中，通过步骤S1至步骤S5所制备的可吸收的生物医用聚乳酸复合材料1包括了核壳结构体10、以及与核壳结构体10形成立构复合作用力的聚乳酸基体20。该立构复合作用力不仅有利于聚乳酸基体20与核壳结构体10之间的力传导，而且还能够有助于核壳结构体10在聚乳酸基体20中的分散。

另外，在核壳结构体10中，基底颗粒11与聚合物层13之间还设置有中间层12。如上所述，中间层12的玻璃态转化温度不高于人体正常体温，因此，将本实施方式所涉及的聚乳酸复合材料1应用于骨科临床治疗时，该核壳结构体10的中间层12在人体内能够保持为橡胶态，该呈橡胶态的中间层12可以缓解由基底颗粒11引起的应力集中和微裂纹，改善聚乳酸复合材料1的韧性。同时，该基底颗粒11也可以抑制呈橡胶态的中间层12在一定应力下的剧烈形变，因此也能够抑制聚乳酸复合材料1力学强度的下降。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的可吸收的生物医用聚乳酸复合材料及其制备方法进行详细描述，并结合对比例对本发明实现的有益效果进行充分说明。

(实施例1)

将2g颗粒直径为5nm的羟基磷灰石分散在100ml甲苯中，然后加入9g己内酯单体，6g左旋丙交酯单体以及160ul辛酸亚锡，在惰性气体保护下，搅拌加热至80摄氏度，反应2小时。然后加入5g右旋丙交酯，继续反应2小时。

将以上两个阶段的产物分别用氯仿溶解，离心分离去除掉未嫁接至羟基磷灰石的自由分子链，分别得到羟基磷灰石与橡胶态层聚合物(羟基磷灰石-橡胶态层)和羟基磷灰石与橡胶态层及聚右旋乳酸组成的核壳结构体。去除掉的自由分子链，即橡胶态分子链和橡胶态与聚右旋乳酸的聚合物分子链，用于DSC测试以检测材料的玻璃态转化温度，结果见表1。

表1

最后将核壳结构体与聚左旋乳酸(Mn＝120000，玻璃态转化温度为55℃)在氯仿中共混，并在甲醇中沉淀得到聚乳酸复合材料。该复合材料经过注塑成型后进行力学测试，结果见表2。

聚乳酸复合材料通过TGA测试得到羟基磷灰石的质量百分比为1％，通过DSC测试测得聚乳酸复合材料中立构复合结晶率为1％。

表2

样品	杨氏模量(GPa)	抗拉强度(MPa)	断裂伸长率(％)
				实施例1	3.8	44.1	12.9
实施例2	4.6	52.2	26.1
				实施例3	4.5	50.1	21.2
对比例1	3.4	42.2	8.4
				对比例2	4.0	46.2	2.4
对比例3	3.2	38.2	4.2

(实施例2)

将2g颗粒直径为200um的聚磷酸钙分散在8g对二氧环己酮单体中，加入160ul辛酸亚锡，在惰性气体保护下，搅拌加热至180摄氏度，反应48小时。然后加入5g右旋丙交酯和1g己内酯，继续反应48小时。

将以上两个阶段的产物分别用氯仿溶解，离心分离去除掉未嫁接至聚磷酸钙的自由分子链，分别得到聚磷酸钙与橡胶态层聚合物(聚磷酸钙-橡胶态)和聚磷酸钙与橡胶态层及聚右旋乳酸己内酯无规共聚物组成的核壳结构体。去除掉的自由分子链，即橡胶态分子链和橡胶态与聚右旋乳酸己内酯无规共聚物的聚合物分子链，用于DSC测试以检测材料的玻璃态转化温度，结果见表1。

聚乳酸基体材料由以下方法制得：25mg乙二醇，160ul辛酸亚锡，45g左旋丙交酯以及5g己内酯被搅拌加热至180摄氏度，反应48小时，然后通过氯仿-甲醇体系进行纯化，得到的聚乳酸基体材料为聚左旋乳酸己内酯无规共聚物(Mn＝110000，玻璃态转化温度为50℃)。

将核壳结构体与聚乳酸基体材料在氯仿中共混并在甲醇中沉淀得到聚乳酸复合材料。该复合材料经过注塑成型后进行力学测试，结果见表2。

聚乳酸复合材料通过TGA测试得到羟基磷灰石的质量百分比为30％，通过DSC测试测得聚乳酸复合材料中立构复合结晶率为40％。

(实施例3)

将2g颗粒直径为200nm的磷酸三钙分散在100ml甲苯中，然后加入6g己内酯单体以及160ul辛酸亚锡，在惰性气体保护下，搅拌加热至150摄氏度，反应12小时，然后加入6g乙交酯单体，反应12小时，然后加入3g己内酯单体反应6小时，由此得到磷酸三钙与橡胶态层聚合物(磷酸三钙-橡胶态)。

接着在反应体系中加入5g右旋丙交酯，反应3小时，然后加入2g乙交酯反应2小时，然后加入3g右旋丙交酯反应4小时，得到磷酸三钙与橡胶态层及聚右旋乳酸乙交酯嵌段共聚物组成的核壳结构体。

将以上两个阶段的产物分别用氯仿溶解，离心分离去除掉未嫁接至磷酸三钙的自由分子链，分别得到磷酸三钙与橡胶态层聚合物(磷酸三钙-橡胶态)和核壳结构体。去除掉的自由分子链，即橡胶态分子链和橡胶态与聚右旋乳酸乙交酯嵌段共聚物的聚合物分子链(橡胶态-聚右旋乳酸乙交酯嵌段共聚物)，用于DSC测试以检测材料的玻璃态转化温度，结果见表1。

聚乳酸基体材料由以下方法制得：25mg乙二醇，160ul辛酸亚锡和45g左旋丙交酯被搅拌加热至180摄氏度，反应36小时，然后加入5g己内酯继续反应12小时，然后通过氯仿-甲醇体系进行纯化，得到的聚乳酸基体材料为聚左旋乳酸己内酯嵌段共聚物(数均分子量Mn＝105000，玻璃态转化温度为50℃)。

最后将核壳结构体与聚乳酸基体材料在氯仿中共混并在甲醇中沉淀得到聚乳酸复合材料。该复合材料经过注塑成型后进行力学测试，结果见表2。

聚乳酸复合材料通过TGA测试得到羟基磷灰石的质量百分比为15％，通过DSC测试测得聚乳酸复合材料中立构复合结晶率为20％。

(对比例1)

将2g颗粒直径为5nm的羟基磷灰石分散在100ml甲苯中，然后加入9g己内酯单体，6g左旋丙交酯单体以及160ul辛酸亚锡，在惰性气体保护下，搅拌加热至80摄氏度，反应2小时。然后加入5g左旋丙交酯，继续反应2小时。

将以上两个阶段的产物分别用氯仿溶解，离心分离去除掉未嫁接至羟基磷灰石的自由分子链，分别得到羟基磷灰石与橡胶态层聚合物(羟基磷灰石-橡胶态)和羟基磷灰石与橡胶态层及聚左旋乳酸组成的核壳结构体。去除掉的自由分子链，即橡胶态分子链和橡胶态与聚左旋乳酸的聚合物分子链，用于DSC测试以检测材料的玻璃态转化温度，结果见表1。

最后将核壳结构体与聚左旋乳酸(Mn＝120000，玻璃态转化温度为55℃)在氯仿中共混并在甲醇中沉淀得到聚乳酸复合材料。该复合材料经过注塑成型后进行力学测试，结果见表2。

聚乳酸复合材料通过TGA测试得到羟基磷灰石的质量百分比为1％。

(对比例2)

将2g颗粒直径为5nm的羟基磷灰石分散在100ml甲苯中，然后加入5g右旋丙交酯以及160ul辛酸亚锡，在惰性气体保护下，搅拌加热至80摄氏度，反应2小时。

将以上产物用氯仿溶解，离心分离去除掉未嫁接至羟基磷灰石的自由分子链，得到羟基磷灰石与聚右旋乳酸聚合物(羟基磷灰石-聚右旋乳酸)。去除掉的自由分子链，即聚右旋乳酸分子链，用于DSC(差示扫描量热法)测试以检测材料的玻璃态转化温度，结果见表1。

最后将羟基磷灰石与聚右旋乳酸聚合物(羟基磷灰石-聚右旋乳酸)和聚左旋乳酸(Mn＝120000，玻璃态转化温度为55℃)在氯仿中共混并在甲醇中沉淀得到聚乳酸复合材料。该复合材料经过注塑成型后进行力学测试，结果见表2。

聚乳酸复合材料通过TGA(热重分析)测试得到羟基磷灰石的质量百分比为1％。

(对比例3)

将聚左旋乳酸(Mn＝120000，玻璃态转化温度为55℃)进行注塑成型，拉伸力学性能测试结果见表2。

如表1和表2所示，从实施例1和对比例3的比较可以看出，本发明的界面设计方法能够同时有效提高聚乳酸复合材料的力学强度(由杨氏模量和抗拉强度表示)和韧性(由断裂伸长率表示)。

从实施例1和对比例2的比较可以看出，橡胶态层在基底颗粒与聚乳酸基体材料之间形成的缓冲作用对聚乳酸复合材料的韧性提高很有帮助。

对比例1中核壳结构体与聚乳酸基体之间缺乏强有力的立构复合界面作用力，故实施例1和对比例1的比较可以看出，本发明中可吸收聚乳酸复合材料中的立构复合作用力对于提高材料的力学性能有着重要的作用。

虽然以上结合附图和实施方式对本发明进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本发明。本领域技术人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本发明进行变形和变化，这些变形和变化均落入本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种可吸收的生物医用聚乳酸复合材料，其特征在于：

包括：

核壳结构体，其具备：包含钙磷化合物的基底颗粒、包覆于所述基底颗粒的表面的中间层、以及形成在所述中间层的外表面的聚合物层；以及

聚乳酸基体，其与所述核壳结构体的所述聚合物层形成立构复合物，并具有第二玻璃态转化温度，

所述中间层具有第一玻璃态转化温度，且所述第一玻璃态转化温度不高于人体正常体温，并且

所述第二玻璃态转化温度高于所述第一玻璃态转化温度。

2.如权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于：

所述基底颗粒包含选自羟基磷灰石、聚磷酸钙和磷酸三钙当中的一种以上。

3.如权利要求1或2所述的聚乳酸复合材料，其特征在于：

所述基底颗粒的质量百分数为1wt％～30wt％，且平均粒径为5nm～200um。

4.如权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于：

所述中间层包含选自丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种单体的均聚物，或者选自丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的二元以上的无规共聚物或嵌段共聚物。

5.如权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于：

所述中间层由聚合物材料构成，并且所述基底颗粒与所述中间层之间以共价键结合。

6.如权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于：

所述聚合物层包含第一类丙交酯单体的均聚物，或者第一类丙交酯与选自第二类丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种以上的单体的无规共聚物或嵌段共聚物，

所述聚乳酸基体包含第二类丙交酯单体的均聚物，或者第二类丙交酯与选自第一类丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种以上的单体的无规共聚物或嵌段共聚物，并且

所述第一类丙交酯与所述第二类丙交酯互为丙交酯的左右旋异构体。

7.如权利要求1所述的聚乳酸复合材料，其特征在于：

所述立构复合物的立构复合结晶率为1％～40％。

8.一种可吸收的生物医用聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：

包括：

准备包含钙磷化合物的基底颗粒；

将所述基底颗粒与第一反应单体充分混合，得到混合溶液；

在所述混合溶液中加入催化剂，并在惰性气体的条件下，加热至80℃至180℃，反应2小时至48小时，以使由所述第一反应单体构成的中间层包覆于所述基底颗粒；

加入第二反应单体，维持加热，并继续反应2小时至48小时，在所述中间层之上形成聚合物层，从而获得核壳结构体；并且

将所述核壳结构体与聚乳酸基体按规定比例共混，以获得所述核壳结构体与所述聚乳酸基体形成的立构复合物，

其中，所述中间层具有第一玻璃态转化温度，且所述第一玻璃态转化温度不高于人体正常体温，所述聚乳酸基体具有第二玻璃态转化温度，并且所述第二玻璃态转化温度高于所述第一玻璃态转化温度。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于：

所述聚合物层包含第一类丙交酯单体的均聚物，或者第一类丙交酯与选自第二类丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种以上的单体的无规共聚物或嵌段共聚物，

所述聚乳酸基体包含第二类丙交酯单体的均聚物，或者第二类丙交酯与选自第一类丙交酯、己内酯、对二氧环己酮和乙交酯当中的一种以上的单体的无规共聚物或嵌段共聚物，并且

所述第一类丙交酯与所述第二类丙交酯互为丙交酯的左右旋异构体。

10.如权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于：

所述中间层由聚合物材料构成，并且所述基底颗粒与所述中间层之间以共价键结合。