CN112807152A

CN112807152A - 一种具有弹性恢复能力的多孔硅橡胶耳支架及其制备方法

Info

Publication number: CN112807152A
Application number: CN202110000867.7A
Authority: CN
Inventors: 张海军; 张淑欣; 袁坤山; 车超越; 侯文博; 鲁手涛; 尹玉霞
Original assignee: Shandong Branden Medical Devices Co Ltd
Current assignee: Shandong Branden Medical Devices Co Ltd
Priority date: 2021-01-04
Filing date: 2021-01-04
Publication date: 2021-05-18

Abstract

本发明公开了一种具有弹性恢复能力的多孔硅橡胶耳支架及其制备方法，该方法包括：将医用级液体硅橡胶生胶与可溶性固体颗粒、助剂形成混合料，在支架模腔内灌注混合料后铺贴镍钛合金编织网，之后在编织网表面继续灌注混合料，形成镍钛合金编织网与硅橡胶相复合的结构，室温下整体固化后充分溶析固体颗粒形成多孔硅橡胶耳支架。该耳支架以镍钛合金为增强芯材提供强度支撑，同时镍钛合金的超弹性使其在受压、撞击时可自动弹性恢复原有耳廓形态，效果逼真自然；硅橡胶的多孔结构使其柔软质地与周围组织相匹配，同时引导血管长入，避免出现滑移、外露等并发症。

Description

一种具有弹性恢复能力的多孔硅橡胶耳支架及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耳支架，具体涉及一种具有弹性恢复能力的多孔硅橡胶耳支架，属于生物医用材料领域。

背景技术

耳廓再造在整形外科中难度较大，除再造耳的覆盖组织外，耳支架也十分重要。

当前人工耳支架除常见的支架外露、软组织破溃等问题外，术后再造耳部分要进行充分的保护，避免撞击、揉搓和长时间挤压，甚至需要在睡觉时佩带能固定头部的耳罩以免植入材料变形，避免严重的皮肤组织坏死，给患者正常生活带来极大不便。

专利CN203183085 U超薄多孔硅橡胶耳支架提供了一种通过改变硅橡胶的厚度的方式，将硅橡胶制成超薄和多孔的形式，同时具备完整的耳轮、对耳轮、耳甲腔结构解决因受压出现皮肤坏死、支架外露的危险，但该专利超薄、多孔的结构会降低支架的支撑强度，强度过低会使其难以长期维持耳廓三维形态，影响植入效果。专利CN108888386A局部增强多孔耳支架及其制备方法提供了在耳支架本体的外轮廓均匀设置有多个小孔的方式引导患者组织生长，但小孔直径设计为0.8mm且相邻小孔之间的间距为1mm的方式与人体组织细胞直径20-30μm不能完全匹配，较大的尺寸则会引起组织细胞在微孔内过度生长形成纤维囊性结构。

形状记忆合金是一种在加热升温后能完全消除其在较低温度下发生的变形、恢复其变形前原始形状的合金材料。除形状记忆能力外镍钛合金还具有超弹性效应，表现为在外力作用下具有比一般金属大得多的变形恢复能力，即加载过程中产生的大应变会随着卸载而恢复。镍钛记忆合金的形状记忆功能和超弹性效应，使其在牙弓丝、心脏封堵器等植入领域广泛应用于临床。但目前利用形状记忆合金的超弹性解决耳支架的压迫变形问题尚未见报道。

发明内容

发明目的：本发明目的在于解决目前耳廓再造术后因撞击、长时间挤压带来的变形问题，使其在压迫变形时可自动弹性恢复到原有耳廓形态，再造效果更佳逼真自然；同时使耳支架就别足够的支撑强度、与人体组织相匹配的柔韧性，解决目前临床中出现支架外露、软组织破溃等并发症。

技术方案：一种具有弹性恢复能力的多孔耳支架及其制备方法，所述具有弹性恢复能力的多孔耳支架由中间芯层镍钛合金编织网与周围多孔硅橡胶作为基层材料共同复合而成。所述硅橡胶经致孔工艺内部形成微孔结构，且微孔由闭合孔以及彼此开放的连通孔共同构成，微孔占有材料空间比例在20-50%之间，连通孔所占全部微孔的比例为20%-40%，微孔孔径尺寸20-150μm，单层硅胶厚度0.5-2mm；所述镍钛合金编织网经模制和热处理步骤预成型耳支架轮廓，单根细丝直径0.2-0.8mm。所述耳支架整体厚度范围为3-15mm，邵氏A硬度5.0-15.0度，压缩永久变形率2-3%，形状恢复率大于95%，弹性模量550-800MPa。

所述耳支架制备方法包括以下步骤：

步骤一：将流动性良好的医用级液体硅橡胶与不同粒径的可溶性固体颗粒充分拌和至均匀状态后，加入相应的助剂，继续搅拌均匀形成混合料；

步骤二：将混合料灌注入耳廓模腔形成硅橡胶层；

步骤三：在步骤二形成的硅橡胶层放置镍钛合金编织网，并轻轻压合使其贴合模腔形状、且表面充分浸润液体硅橡胶；

步骤四：在步骤三的基础上，可根据需要在材料表面继续重复1-2次步骤二和步骤三，形成镍钛合金编织网和硅橡胶交替分布且表层为硅橡胶的结构；

步骤五：硅橡胶层室温下充分固化交联后，充分溶析除去可溶性固体颗粒，干燥得到耳支架。

所述镍钛合金编织网中镍元素质量分数55-56%，镍离子是一种重金属离子，摄入过多的镍会引起中枢性循环和呼吸紊乱，使心肌、脑、肺、肾出现水肿、出血或变性，根据《国标GB24627-2016医疗器械和外科植入物用镍-钛形状记忆合金加工材》镍元素质量分数在54.5-57.0%。

所述镍钛合金材质的形变温度为34-35℃，该温度略低于人体正常体温，术后镍钛合金处于非稳定状态的奥氏体。奥氏体状态下镍钛合金弹性模量较高，具有足够的强度长期维持三维形态；当受到撞击或挤压外力时应力诱导镍钛合金至马氏体状态，马氏体状态下弹性较高即变形之后有较强的恢复到初始状态的能力，且不易被折断，期间微小形变可自动恢复，较大形变则可采用毛巾热敷等方式升温诱发形状记忆效应，恢复原有状态。

进一步的，所述镍钛合金在奥氏体状态下的弹性模量为70-110GPa，拉伸强度800-1500MPa，可恢复形变2-3%；

进一步的，所述镍钛合金在马氏体状态下弹性模量21-69GPa，拉伸强度103-1100MPa，可恢复形变8-10%。

所述硅橡胶为医用级室温硫化型液体硅橡胶，具体的为加成型乙烯基液体硅橡胶、单组分或双组分缩合型液体硅橡胶。

所述可溶性固体颗粒为氯化钠、氯化钾、氯化铵、碳酸铵、尿素、酒石酸钠、柠檬酸钠等水溶性无机盐或蔗糖、麦芽糖等糖粒子。可溶性固体颗粒填充到硅橡胶中，硫化后，用水洗涤，除去硫化胶中的可溶物，干燥后可得到具备泡孔结构的硅橡胶，这种方式获得的多孔硅橡胶的孔隙度和开孔率都由可溶性固体颗粒的形状和用量决定，工艺较易控制。

进一步的，硅胶层所掺加的颗粒为单一粒径分布颗粒或不同粒径的颗粒间进行混合级配或按照颗粒粒径大小在各硅胶层之间进行梯度化分布。

所述助剂包括硫化交联剂、催化剂和增强填料，进一步的，所述硫化交联剂根据硅橡胶的种类为乙酰氧基类硅氧烷、酮肟型、烷氧基硅烷类、硅酸酯或钛酸酯类；所述催化剂为有机锡类或铂化合物；所述增强填料为气相法白炭黑、沉淀法白炭黑或纳米活性碳酸钙。

所述可溶性固体颗粒的溶析工艺为超声溶析、高温蒸煮的方式，进一步的，溶析、烘干后固体颗粒残留质量分数低于1%。

有益效果：本发明提供一种具有弹性恢复能力的多孔硅橡胶耳支架及其制备方法，所制备的耳支架具有以下优点：

（1）本发明所述耳支架所用医用级硅橡胶材料生物相容性好、免疫原性低、体内炎症反应轻；

（2）本发明所述耳支架以质地柔软的多孔结构硅橡胶为基材、以镍钛合金作为增强芯材的结构使耳支架具有与周围组织匹配的弹性，防止软组织破溃和支架外露，同时具有足够的强度长期维持三维形态；

（3）本发明所述耳支架的镍钛合金编织网经模制和热处理预定型为耳廓形态，镍钛合金形变温度略低于人体体温，术后正常状态下为非稳定状态的奥氏体，奥氏体状态下具有足够的强度长期维持三维形态；当受到撞击或挤压外力时应力诱导至马氏体状态，马氏体状态下弹性较高即变形之后有较强的恢复到初始状态的能力，且不易被折断，期间微小形变可自动恢复，较大形变，可用热毛巾等热敷，恢复原有状态；

（4）本发明所述耳支架具有开放且相互交通的孔结构可使周围组织发生一定程度的血管化，引导组织在内适当生长，起到固定、防止因外力产生位移，以适应临床需要；

（5）本发明所述耳支架制备工艺简单可行，实际操作性强，超声或高温蒸煮的方式可溶析发部分氯化钠，基材与芯材结合牢固可靠。

附图说明：

示意图1：耳支架结构示意图。

示意图2：实施例1所述耳支架横断面示意图。

示意图3：实施例5所述耳支架横断面示意图。

示意图4：形状恢复率测试方法示意图。

具体实施方案：为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将进一步描述本发明的示例性实施例的技术方案。

各组实施例和对比例的柔软度以邵氏硬度值表征，弹性恢复能力以压缩永久变形率和形状恢复率表征，镍钛合金的支撑强度以弹性模量保证，硅橡胶成孔程度以孔隙率及开孔率表征。

各个表征参数所采用的测试标准：

邵氏硬度：GB/T531.2-2009硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法；

压缩永久变形率：GB/T10635-2001高聚物多孔弹性材料压缩永久变形的测定；

弹性模量：GB/T528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定；

开孔率：GB/T 10799-2008 硬质泡沫塑料开孔和闭孔体积百分率的测定标准；

形状恢复率测试及计算方法：将试样夹持后放置在0-5℃冰水混合物中冷却至完全马氏体相，将马氏体状态下的试样沿标准芯棒（芯棒直径应是试样厚度的39~49倍，相当于试样弯曲外部产生2.0~2.5%的拉伸变形）进行变形，测量变形后的角度θ₁，将变形后的试样放入恒温水浴槽中（温度超过样品相变温度）至完全奥氏体相，测量试样恢复后的角度θ₂。根据形状恢复率公式计算形状恢复率即为产品的形状恢复率C

C = (1-θ₂/θ₁)×100%

孔隙率计算方法：准确测量实心硅橡胶构建材料和多孔硅橡胶构建材料的质量和体积，有公式计算得到密度。根据基本配方相同的实心构建材料和多孔硅橡胶构建材料的密度，由该公式计算得到多孔硅橡胶构建材料的孔隙率：

A=(Pa-Pf)/ Pa×100%

式中A为构建材料孔隙率，%；Pa为多孔硅橡胶的密度，mg/m³；Pf为实心硅胶的密度，mg/m³；

细胞毒性试验：GB/T16886.5-2017医疗器械生物学评价第5部分：体外细胞毒性试验；

迟发型超敏反应与皮内刺激试验：GB/T16886.10-2017医疗器械生物学评价第10部分：刺激与迟发型超敏反应试验。

实施例1：

（1）在50g医用级双组分硫化硅橡胶生胶中加入粒径大小为50μm的氯化钠25g，使用高速搅拌机在2000r/min的速度下充分拌和均匀，注意搅拌时不引入气泡；氯化钠和液体硅橡胶混合均匀后，依次加入气相白炭黑填料2.5g和交联剂硅酸酯1g，继续充分搅拌均匀；在体系内加入催化剂二丁基二月桂酸锡0.25g并在10min内充分搅拌形成均匀混合料；

（2）将混合料灌注入耳廓模腔形成最底层硅橡胶层，使用工具使其在模腔内充分填充，避免边角处贴合不严或出现气泡，硅橡胶层厚度为1.5mm；

（3）在步骤（2）形成的硅橡胶层放置镍钛合金编织网，并轻轻压合使其贴合模腔形状、且表面充分浸润液体硅橡胶，所用镍钛合金材质的相变温度为35℃，奥氏体状态下的弹性模量为80GPa，拉伸强度1000MPa，可恢复形变3%；马氏体状态下弹性模量20GPa，拉伸强度800MPa，可恢复形变9%；

（4）在镍钛合金编织网表面继续灌注混合料，同样使其在模腔内充分填充，厚度为1.5mm，并放置在室温环境中静置硅橡胶进行充分交联硫化；

（5）将基材与芯材所成复合材料从模腔内脱模后，放入超声清洗机中，超声40h，期间每隔4h更新一次纯化水，之后烘箱处理烘干除去水分得到耳支架。

实施例2：各步骤等同于实施例1，但不同的是，所述镍钛合金的相变温度为34℃，奥氏体状态下弹性模量为70GPa，拉伸强度800MPa，可恢复形变2%；马氏体状态下弹性模量40GPa，拉伸强度900MPa，可恢复形变10%。

实施例3：各步骤等同于实施例1，但不同的是，所用氯化钠粒径由50μm调整为125μm。

实施例4：各步骤等同于实施例1，但不同的是，所用氯化钠的掺量由25g调整为50g。

实施例5：

（1）50g医用级双组分室温硫化硅橡胶生胶中加入粒径大小为75μm的氯化钠颗粒25g，使用高速搅拌机在2000r/min的速度下充分拌和均匀形成混合料A；A组氯化钠和液体硅橡胶混合均匀后，依次加入气相白炭黑填料2.5g和交联剂硅酸酯1g，继续充分搅拌均匀；之后在体系内加入催化剂二丁基二月桂酸锡0.25g，充分搅拌形成均匀混合料；

（2）将混合料灌注入耳廓模腔形成最底层硅橡胶层，并使其在模腔内充分填充，避免边角处贴合不严或出现气泡，硅橡胶层厚度为1mm；

（4）取50g医用级双组分室温硫化硅橡胶生胶中加入粒径大小为50μm的氯化钠颗粒25g，使用高速搅拌机在2000r/min的速度下充分拌和均匀，同样加入铂金硫化剂氯铂酸/烯烃硅氧络合物1g、气相白炭黑填料2.5g，充分搅拌形成均匀混合料B；

（5）在步骤（3）所放置的镍钛合金表层灌注步骤（4）所形成的混合料B，使其在模腔内充分填充，厚度为1 mm；

（6）继续在步骤（5）形成的硅橡胶层放置步骤（3）所述镍钛合金编织网，并轻轻压合使其贴合模腔形状、且表面充分浸润液体硅橡胶；

（7）在步骤（6）所放置的镍钛合金表层灌注步骤（1）所形成的混合料A，使其在模腔内充分填充，厚度为1 mm，并放置在室温环境中静置硅橡胶进行充分交联硫化；

（8）将基材与芯材所成复合材料从模腔内脱模后，60℃温水蒸煮40h，期间每隔4h更新一次纯化水，之后烘箱处理烘干除去水分得到耳支架。

实施例6：各步骤等同于实施例5，但不同的是，混合料A粒径大小为150μm和75μm的氯化钠各12.5g混合而成，混合料B由75μm和50μm的氯化钠各7.5g混合而成。

对比例1：各步骤等同于实施例1，但不同的是，所用液体硅橡胶中不加入任何可溶性固体颗粒，固化脱模即得最终产品。

对比例2：各步骤等同于实施例1，但不同的是，所用镍钛合金编织网的相变温度为40℃。

对比例3：各步骤等同于实施例1，但不同的是，所用镍钛合金编织网的相变温度为30℃。

表1 实施例及对比例力学性能对比

上表是各组实施例和对比例的实验数据。

与实施例1相比，实施例2所用镍钛合金编织网的相变温度为34℃，实施例2的弹性恢复率和弹性模量略高于实施例1，原因是相变温度越低于使用温度时，镍钛合金的奥氏体状态越稳定，表现为材料的刚度更高；由于耳支架表层的柔软程度主要由硅橡胶的孔隙率决定，两组的邵氏硬度和压缩永久变形率相差不大。与实施例1相比，实施例3的可溶性固体颗粒的掺量未变，但粒径由50μm调整为125μm，实施例3的孔隙率略有升高，相应的耳支架硬度和压缩永久变形率略有降低。与实施例1相比，实施例4的可溶性固体颗粒掺量由25g增加到50g，导致其孔隙率明显提高，材料的表观更柔软、邵氏硬度和永久变形率下降明显。

结合示意图3可知实施例5硅橡胶层的可溶性固体颗粒粒径有单一尺寸，改为从75μm向50μm的梯度分布，分别添加两层镍钛合金编织网；实施例6在实施例5的基础上，各硅胶层的粒径由75μm或50μm，变为150μm和75μm、75μm和50μm进行级配分布，从测试结果看，实施例5和实施例6在最终孔隙率方面与实施例1无差别，说明梯度分布或级配的方式不会影响其溶析效果，孔隙度及开孔率都由可溶性固体颗粒的用量、掺加方式决定，便于设计配方、工艺较易控制，从而通过控制孔结构对血管、组织的长入方式及程度进行引导和微调。相较于实施例1、实施例2和实施例3，2层镍钛合金编织网使实施例5和实施例6耳支架的形状恢复率和弹性模量有很大提高。

对比例1中所用液体硅橡胶中不加入任何可溶性固体颗粒，固化脱模即得最终产品，故其孔隙率为0，耳支架的硬度极高，与耳软骨周围组织力学性能不匹配，也是导致术后外露的主要原因。

对比例2中所用镍钛合金编织网的相变温度为40℃，马氏体状态的镍钛合金在一定范围内应力不随应变的增大而增大，表现为刚度降低、十分柔软的状态，易于弯曲变形因此形状恢复率较低

对比例3中所用镍钛合金编织网的相变温度为30℃，处于稳定奥氏体状态的镍钛合金刚度较高，过硬的材质使其与自体组织不匹配，临床上也容易引起外露。

下表2为实施例1-6和对比例1-3安全性试验结果。

表2. 实施例1-6和对比例1-3安全性试验结果。

通过表2所示生物学评价结果可知，从体外细胞毒性、迟发型超敏反应和皮内反应试验结果均符合生物安全性要求，说明本发明具备良好的生物相容性。

Claims

1.一种具有弹性恢复能力的多孔硅橡胶耳支架及其制备方法，其特征在于，所述耳支架由镍钛合金编织网与多孔硅橡胶复合而成，所述硅橡胶内部包含彼此开放的连通孔，微孔占有材料空间比例在20-50%之间，连通孔所占全部微孔的比例为20%-40%，微孔孔径尺寸20-150μm，单层硅胶厚度0.5-2mm；所述镍钛合金编织网经模制和热处理步骤预成型耳支架轮廓，单根细丝直径0.2-0.8mm；所述耳支架整体厚度范围为3-15mm，邵氏A硬度5.0-15.0度，压缩永久变形率2-3%，形状恢复率大于95%，弹性模量550-800MPa，

所述耳支架制备方法包括以下步骤：

步骤二：将混合料灌注入耳廓模腔形成硅橡胶层；

步骤四：可在步骤三的基础上重复1-2次步骤二和步骤三，形成镍钛合金编织网和硅橡胶交替分布且表层为硅橡胶的结构；

2.根据权利要求1所述的一种具有弹性恢复能力的多孔硅橡胶耳支架及其制备方法，其特征在于，所述镍钛合金编织网中镍元素含量55%-56%，形变温度为34-35℃，奥氏体状态下弹性模量为70-110GPa，拉伸强度800-1500MPa，可恢复形变2-3%；马氏体状态下弹性模量21-69GPa，拉伸强度103-1100MPa，可恢复形变8-10%。

3.根据权利要求1所述的一种具有弹性恢复能力的多孔硅橡胶耳支架及其制备方法，其特征在于，所述医用级室温硫化液体硅橡胶为加成型乙烯基液体硅橡胶、单组分或双组分缩合型液体硅橡胶。

4.根据权利要求1所述的一种具有弹性恢复能力的多孔硅橡胶耳支架及其制备方法，其特征在于，步骤一中所述可溶性固体颗粒为氯化钠、氯化钾、氯化铵、碳酸铵、尿素、酒石酸钠、柠檬酸钠等水溶性无机盐或蔗糖、麦芽糖等糖粒子。

5.根据权利要求1和权利要求3所述的一种具有弹性恢复能力的多孔硅橡胶耳支架及其制备方法，其特征在于步骤一所添加的助剂包括硫化交联剂、催化剂和增强填料，所述硫化交联剂根据硅橡胶种类为乙酰氧基类硅氧烷、酮肟型、烷氧基硅烷类、硅酸酯或钛酸酯类，所述催化剂为有机锡类或铂化合物，所述增强填料为气相法白炭黑、沉淀法白炭黑或纳米活性碳酸钙。

6.根据权利要求1和权利要求4所述的一种具有弹性恢复能力的多孔硅橡胶耳支架及其制备方法，其特征在于，所述可溶性固体颗粒为单一粒径分布颗粒或不同粒径的颗粒间进行混合级配或按照颗粒粒径大小在各硅胶层之间进行梯度化分布。

7.根据权利要求1所述的一种具有弹性恢复能力的多孔硅橡胶耳支架及其制备方法，步骤五所述溶析工艺为超声溶析、高温蒸煮的方式，烘干后固体颗粒残留质量分数低于1%。