CN110665068A - 一种含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料及其制备方法 - Google Patents

一种含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料及其制备方法，该含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料主要是由聚乳酸作为基体，并且在基体中分布有贯穿该基体的定向通孔。本发明通过在聚乳酸多孔骨修复材料内构筑定向通孔结构，不仅能提高材料的抗压强度，而且有利于细胞迁移，体液和营养物质等的传输，促进骨组织的修复。相对于现有技术，本发明制备方法具备制备工序少、制造周期短、成本低廉、适合规模生产等优势。最重要的是通过采用冰颗粒制备高连通性大孔，率先在骨修复材料基体上构筑定向孔既保证了骨修复材料的多孔特性，还使得骨修复材料具备定向通孔的特征。

Description

一种含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料及其制备方法，属于骨修复材料技术领域。
背景技术
聚乳酸材料生物相容性良好，体内环境中可降解成乳酸，经过酶促反应，生成CO2和H2O，再经人体呼吸系统和消化、内分泌系统排出。聚乳酸具备优良的降解性，这是由于聚合物分子链上酯键的水解，使聚合物大分子骨架结构断裂成小的链段，并最终断裂成稳定的小分子产物，完成生物降解过程。可降解聚乳酸目前应用很广，将其制备成骨修复材料用于骨修复已成为当前生物医用材料的热点，是当前研究较多的生物可降解高分子材料。
目前，聚乳酸多孔骨修复材料的制备方法有多种，包括气体发泡法、粒子沥滤法、冷冻干燥法等。然而，气体发泡法得到的多孔形状大小不规则，传统粒子沥滤法无法完全除去致孔剂的影响。在冷冻干燥条件下，采用可升华去除的材料制备致孔剂，制备过程中通过其升华留下的孔隙得到多孔材料，能避免传统工艺存在的致孔剂残留的不足。采用水和二氧六环的混合溶液经冷冻制备的致孔剂就具备这样的特点，应用这种工艺，能成功制备大块状聚乳酸多孔材料。
尽管得到孔隙规则，孔隙率高的多孔骨修复材料，但传统的聚乳酸多孔骨修复材料孔隙较小，用于较大骨缺损修复时，不利于营养物质运输及组织修复。
发明内容
发明目的：为了克服现有骨修复材料存在的不足，本发明的目的在于提供一种含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料及其制备方法。
技术方案：为达到上述发明目的，发明提供如下技术方案：
一种含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料，其主要是由聚乳酸作为基体，并且在基体中分布有贯穿该基体的定向通孔。
优选，所述定向通孔的孔径为2mm～5mm，其总截面积占多孔骨修复材料总截面积的4％～20％。
所述的含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制聚乳酸溶液，预冷，备用；配制水与二氧六环的混合溶液，制备冰颗粒，备用；
(2)在模具中预置相互平行的竖直不锈钢丝，将上述冰颗粒过筛，然后装入已预置不锈钢丝的模具中，震实；
(3)将预冷的聚乳酸溶液充入模具中，充型结束后，低温冷冻，然后取出不锈钢丝，脱模得到含定向通孔的预冻块；
(4)将预冻块冷冻干燥，得到含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料；
作为优选：
步骤(1)中所述聚乳酸溶液中，聚乳酸与溶剂的质量体积比例为1/10～1/6，溶剂由二氯甲烷与二氧六环按照体积比例为1/4～1/2组成；所述水与二氧六环的混合溶液中，水与二氧六环体积比为3/7～4/6。所述预冷是将溶液在-5℃预冷20分钟。
步骤(2)中所述不锈钢丝直径为2mm～5mm，其使用量以截面积比例计，不锈钢丝总截面积为多孔骨修复材料总截面面积4％～20％；所述过筛后的冰颗粒用作致孔剂，过筛后选择粒径为500～1000μm的冰颗粒。
步骤(3)中所述低温冷冻的条件为-60℃低温环境中冷冻3-5小时。
步骤(4)中所述冷冻干燥时间为24～28h。
本发明通过在聚乳酸多孔骨修复材料内构筑定向通孔结构，不仅能提高材料的抗压强度，而且有利于细胞迁移，体液和营养物质等的传输，促进骨组织的修复。
技术效果：相对于现有技术，本发明制备方法具备制备工序少、制造周期短、成本低廉、适合规模生产等优势。最重要的是通过采用冰颗粒制备高连通性大孔，率先在骨修复材料基体上构筑定向孔，既保证了骨修复材料的多孔特性，还使得骨修复材料具备定向孔的特征。
附图说明
图1为实施例4制备的定向通孔结构聚乳酸多孔骨修复材料数码照片。
具体实施方式
下面结合具体实例，进一步阐明本发明。
实施例1：
(1)按比例称取医用聚乳酸和溶剂二氯甲烷、二氧六环，混合搅拌均匀配成医用级聚乳酸溶液，-5℃预冷20分钟；医用级聚乳酸与溶剂的质量体积比例为1/6，二氯甲烷与二氧六环体积比例为1/2。
(2)按比例称取纯水、二氧六环，水与二氧六环体积比为3/7，混合搅拌均匀配成制冰用溶液，得致孔剂溶液；
(3)预置直径3mm的竖直不锈钢丝2根，制备截面直径为21mm的定向增强多孔骨修复材料，不锈钢丝占面积比例约为4％(2/49)，垂直放置在模具中，致孔剂溶液喷射到液氮中以制备球状冰颗粒，筛分得到孔径为500～600μm的冰颗粒用于致孔；
(4)将用于致孔的500～600μm冰颗粒填满模具，轻轻震实，在-60℃冰柜中完成聚乳酸溶液的浇注实验，冷冻4h，脱模拔出不锈钢丝得到含定向通孔的柱形预冻块；
(5)将预冻块移入冷冻干燥机，冷冻干燥24h，得到定向通孔结构聚乳酸多孔骨修复材料；
实施例2：
(1)按比例称取医用聚乳酸和溶剂二氯甲烷、二氧六环，混合搅拌均匀配成医用级聚乳酸溶液，-5℃预冷20分钟；医用级聚乳酸与溶剂的质量体积比例为1/8，二氯甲烷与二氧六环体积比例为1/3。
(2)按比例称取纯水、二氧六环，水与二氧六环体积比为4/7，混合搅拌均匀配成制冰用溶液，得致孔剂溶液；
(3)预置直径5mm的竖直不锈钢丝5根，制备截面直径为25mm的定向增强多孔骨修复材料，不锈钢丝占面积比例为20％，垂直放置在模具中。致孔剂溶液喷射到液氮中以制备球状冰颗粒，筛分得到孔径为800～1000μm的冰颗粒用于致孔；
(4)将用于致孔的800～1000μm冰颗粒填满模具，轻轻震实，在-60℃冰柜中完成聚乳酸溶液的浇注实验，冷冻8h，脱模拔出不锈钢丝得到含定向通孔的柱形预冻块；
(5)将预冻块移入冷冻干燥机，冷冻干燥28h，得到定向通孔结构聚乳酸多孔骨修复材料；
实施例3：
(1)按比例称取医用聚乳酸和溶剂二氯甲烷、二氧六环，混合搅拌均匀配成医用级聚乳酸溶液，-5℃预冷20分钟；医用级聚乳酸与溶剂的质量体积比例为1/10，二氯甲烷与二氧六环体积比例为1/4。
(2)按比例称取纯水、二氧六环，水与二氧六环体积比为4/6，混合搅拌均匀配成制冰用溶液，得致孔剂溶液；
(3)预置直径4mm的竖直不锈钢丝5根，制备截面直径为25mm的定向增强多孔骨修复材料，不锈钢丝占面积比例为12.8％，垂直放置在模具中，致孔剂溶液喷射到液氮中以制备球状冰颗粒，筛分得到孔径为800～1000μm的冰颗粒用于致孔；
(4)将用于致孔的800～1000μm冰颗粒填满模具，轻轻震实，在-60℃冰柜中完成聚乳酸溶液的浇注实验，冷冻8h，脱模拔出不锈钢丝得到含定向通孔的柱形预冻块；
(5)将预冻块移入冷冻干燥机，冷冻干燥26h，得到定向通孔结构聚乳酸多孔骨修复材料；
实施例4：
(1)按比例称取医用聚乳酸和溶剂二氯甲烷、二氧六环，混合搅拌均匀配成医用级聚乳酸溶液，-5℃预冷20分钟；医用级聚乳酸与溶剂的质量体积比例为1/10，二氯甲烷与二氧六环体积比例为1/4。
(2)按比例称取纯水、二氧六环，水与二氧六环体积比为4/6，混合搅拌均匀配成制冰用溶液，得致孔剂溶液；
(3)预置直径2mm的竖直不锈钢丝8根，制备截面直径为25mm的定向增强多孔骨修复材料，不锈钢丝占面积比例为5.12％，垂直放置在模具中，致孔剂溶液喷射到液氮中以制备球状冰颗粒，筛分得到孔径为800～1000μm的冰颗粒用于致孔；
(4)将用于致孔的800～1000μm冰颗粒填满模具，轻轻震实，在-60℃冰柜中完成聚乳酸溶液的浇注实验，冷冻8h，脱模拔出不锈钢丝，得到含定向通孔的柱形预冻块；
(5)将预冻块移入冷冻干燥机，冷冻干燥28h，得到定向通孔结构聚乳酸多孔骨修复材料；
根据实施例4制备的样品如图1所示，在聚乳酸多孔材料基体中平行分布着8个直径2mm且贯穿基体的定向通孔。
实施例4的样品的抗压强度由CMT4503电子万能试验机测量得到。样品的直径为25mm，高度为16.7mm，长径比为1:1.5，仪器的加载速度为1mm/min，变形到样品高度的50％结束测试。应力-应变曲线最高点对应的强度为样品的抗压强度，达到0.75MPa。

Claims (7)

1.一种含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料，其特征在于，其主要是由聚乳酸作为基体，并且在基体中分布有贯穿该基体的定向通孔。
2.根据权利要求1所述的含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料，其特征在于，所述定向通孔的孔径为2mm～5mm，其总截面积占多孔骨修复材料总截面积的4％～20％。
3.权利要求1或2所述的含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制聚乳酸溶液，预冷，备用；配制水与二氧六环的混合溶液，制备冰颗粒，备用；
(2)在模具中预置相互平行的竖直的不锈钢丝，将上述冰颗粒过筛，然后装入已预置不锈钢丝的模具中，震实；
(3)将预冷的聚乳酸溶液充入模具中，充型结束后，低温冷冻，然后取出不锈钢丝，脱模得到含定向通孔的预冻块；
(4)将预冻块冷冻干燥，得到含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料。
4.根据权利要求3所述的含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述聚乳酸溶液中，聚乳酸与溶剂的质量体积比例为1/10～1/6，溶剂由二氯甲烷与二氧六环按照体积比例为1/4～1/2组成；所述水与二氧六环的混合溶液中，水与二氧六环体积比为3/7～4/6。
5.根据权利要求3所述的含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述不锈钢丝直径为2mm～5mm，其使用量以截面积比例计，不锈钢丝总截面积为多孔骨修复材料总截面面积4％～20％；所述过筛后的冰颗粒用作致孔剂，过筛后选择粒径为500～1000μm的冰颗粒。
6.根据权利要求3所述的含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述低温冷冻的条件为-60℃低温环境中冷冻3-5小时。
7.根据权利要求3所述的含定向通孔结构的聚乳酸多孔骨修复材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述冷冻干燥时间为24～28h。
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