CN1139365C - 生物可吸收聚合物的成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种生物可吸收聚合物的成型工艺及应用，是将生物可吸收聚合物先碾压成粉末，然后填入压模模具料槽，合模后在低于生物可吸收聚合物的熔点，4～6MPa的工艺条件下加热20～30分钟，冷却至常温，脱模得产品。该方法具有工艺条件温和，操作简单，产品收率高、性能好的优点。其产品可应用于各种形状的骨科内固定制品，避免了金属骨科内固定制品需要二次手术给患者带来的痛苦，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物可吸收聚合物的成型工艺及应用，尤其是外消旋聚乳酸(PDLLA)或聚乳酸-聚乙醇酸共聚物(PLGA)作为骨科内固定制品的成型工艺及应用，属于生物可吸收医疗用品的成型加工技术领域。
背景技术 骨内固定技术是骨科及颅脑外科、口腔科治疗骨折、骨缺损等病种的重要手段，目前在骨内固定手术中使用的内固定器，如夹板、螺钉、棒、针等多是由不锈钢或钛合金制成，使用这些金属内固定器存在的主要问题是，当骨折愈合后大多数患者还需二次手术将金属物取出，这无疑给患者带来二次痛苦和增加医疗费用以及其它相应的医学问题。
生物可吸收聚合物广泛用作药物缓释材料，也有用作外科手术单纤维缝合线的报导(CN1159456A)，它是否可代替金属材料制成具有足够强度的骨折内固定制品，便成为人们极感兴趣的新课题。八十年代后期，Leenslag等研制出具有足够的机械强度，高分子量的聚-L-乳酸(PLLA)，并以此材料制成骨内固定系统，在动物实验中获得成功，使该项研究显示出了广阔的应用前景[Leenslag JW，etal.Biomaterials 1987；8：70]。尔后，不少学者亦用P-L-LA制作骨内固定系统，进行颧骨，下颌骨、眶底等骨折的内固定动物实验，并逐渐应用于临床获得成功[BOS RRM，etal J.OralMaxillofac.Surg.1987；45：751]。Partio EK等用自增强PLLA螺钉来治疗踝关节骨折并在临床上进行了应用[Parito EK，etal J.OrthopTrauma.1992；6：209]。然而在上述的动物试验和临床应用中却暴露出不少问题，主要是P-L-LA需5～7年才能完全吸收，降解太慢，而3年以后将产生并发症；PGA加工性能差，价格高昂，残存催化剂不易去除，降解速度伕，副作用明显[BostmanOetal ActaOrthop Scard.1992；63：173]。且只能加工成棒材，从而大大地限制了它们在临床的推广应用。1971年，Kulkarni将可生物降解聚-DL-乳酸制成柱状固定装置，用于狗下颌骨骨折内固定的研究，结果表明，用该材料固定骨折其愈合率与不锈钢对照相同[KulKami PK，etal J.Biomed.Res.1971；5：169]。相继许多学者以P-DL-LA进行过类似的研究。
现有的加工方法是将PDLLA材料经料筒加入注塑模具，于150～230℃、40～50MPa的条件下加工10～20分钟，然后脱模得产品。采用该方法由于材料在高温、高压、高剪切力的工艺条件下进行，存在降解太快，PDLLA的分子量显著下降，机械强度差等问题，而未能在临床上推广应用，亦未见以PDLLA制作骨内固定系统的应用报导。
发明内容 本发明的目的是克服现有技术的缺陷，寻找一种合适的工艺方法，将生物可吸收聚合物制成高强度的骨折内固定制品。
本发明的技术方案是采用压模法将生物可吸收聚合物加工成骨折内固定制品，其具体方法是：将生物可吸收聚合物采用传统技术碾压成粉末状，填入压模模具料槽，合模后于100～150℃、4～6MPa的工艺条件下加工20～30分钟，冷却至常温，脱模即得产品。
上述方法所得产品还可再进行机械加工以获得各种所需的外型。
本发明所述生物可吸收聚合物是指外消旋聚乳酸
K，L-Polylactic acid(PDLLA)聚D，L-乳酸分子式：
或PLGA聚乳酸-聚乙醇酸共聚物的任意一种分子式：
本发明的工艺过程为：
本发明所述方法与传统的注塑方法相比，具有产品收率高(收率为80％以上)，产品性能优异(无气泡、强度高)等特点，对比情况见表一。
表一 压模法与注塑法的对比情况
| 加工方法 | 工艺条件 | 产品收率 | 产品平均分子量丢失 | 产品性能 |
| 注塑加工 | 高温、高压、高剪切力 | 30％ | 75％ | 出现气泡 |
| 压模法 | 低温低压 | ＞80％ | 5％ | 无气泡 |
采用本发明所述的方法可加工成各种形状(螺丝钉、接骨板、固定棒)的骨折内固定制品。
本发明所述方法加工的产品具有良好的内固定特性与组织相容性，植入人体后强度分别保持8～24周，随着骨折的愈合过程，固定物逐渐被吸收，12～18个月左右完全吸收。最终代谢物为二氧化碳和水，无任何全身毒副反应。
本发明所述方法加工的产品具有如下特点：
(1)对组织无刺激，不影响影像检查。
(2)其弹性模重与骨相似，局部产生微小活动，利于骨折愈合。
(3)随着植入物的降解应力逐渐转移至愈合的骨组织上，有利于骨密度的增加，防止骨质疏松。
(4)固定物在体内48小时内产生自身膨胀现象，可使固定更牢固。
(5)避免了二次手术造成的痛苦和经济负担以及可能产生的感染。
(6)与传统骨科器械适配，操作简便。
本发明所述方法加工的产品可适应于人和动物各个部位的松质骨和皮质骨骨折的内固定术、截骨术、关节融合术；如颌面部骨折、肱骨髁上骨折、肱骨小头骨折、尺骨鹰嘴骨折、桡骨远端骨折、桡骨头骨折、碗骨、掌骨、指骨骨折、胫骨结节骨折、胫骨髁骨折、胫骨平台骨折、内踝、外踝骨折、下胫腓关节分离，跟骨骨折、跖骨骨折、儿童骺部骨折、肱骨骨折、尺骨骨折、桡骨骨折、腓骨骨折、骶髂关节融合术以及颅骨骨折等。
具体实施方式 对照例：
将粘均分子量为90万的PDLLA材料2009加入注塑模具，在温度200℃，压力45MPa的条件下保持15分钟，脱模得夹板状产品，测得产品收率19％，粘均分子量为19.5万，弯曲强度45MPa，抗弯模量2.2GPa。
实施例1：
将粘均分子量为90万的PDLLA200g加入碾压机中碾压成粉末，然后填入压模模具料槽(槽形为螺钉状)，合模，于温度110℃，压力6MPa的条件下保持28分钟，冷却至常温，脱模得螺钉状产品，测得产品收率78％，粘均分子量为87万，弯曲强度为135.5MPa，抗弯模量5.7GPa。
采用本发明的方法制备出不同规格的螺钉，其螺丝外径2～6.5mm，螺丝内径1～6.0mm，长度12～90mm不等，应用情况如下：
手术方法
我们采用的螺钉在外形尺寸设计方面与现有的骨科常规器械相匹配，其手术器械均为金属内固定器所用的常规器械。全部病例均作解剖复位，术中先准确掌握钻孔方向，钻出导向孔，再用丝锥攻出二侧皮质螺纹，最后小心拧入螺钉直接固定。术后全部加以有效外固定4～6周。
结果
23例患者中男性13例，女性10例，平均41.2岁(3～58岁)根据不同骨折使用可吸收PDLLA螺钉，共用26枚，具体病例见表二。
表二 23例使用PDLLA情况、部位及观察时间
| 部位 | 例数 | 材料(螺钉、枚) | 观察时间(周) |
| 胫骨平台踝关节髋臼骨折掌骨骨折肱骨中段尺骨鹰嘴股骨骨折骶髂关节 | 122133213122 | 122133213224 | 301391312(开放性骨折1例)7127121299 |
23例病人均获随访，踝关节功能参考Olerad和Molander积分，结合术后4、6、8、12、24周影像学检查综合判断，其它均以局部功能恢复和手术后影像学检查综合判断，结果全部达标(包括踝关节放性骨折一例)，其中胫骨平台骨折一例现已完全恢复正常。其它病人经随访资料显示骨折及骨瓣元移位，为正常恢复期。部分病人反映术后4周左右有酸胀感觉，不需任何处理，1～2周后症状消失，全部病例无伤口感染及其它并发症，关节功能良好。
实施例2：
将分子量为92万的PDLLA 400g加入碾压机中碾压成粉末，然后填入压模模具料槽(槽形为棒状)，合模，于温度145℃，压力4MPa的条件下保持20分钟，冷却至常温，脱模得棒状产品，测得产品收率82％，粘均分子量为85万，抗弯模量5GPa，弯曲强度135MPa，配合接骨板应用于尺骨骨干骨折、桡骨骨干骨折的内固定治疗，已观察2月，临床观察无移位、无感染，恢复良好。
实施例3：
将粘均分子量为88万的PDLLA 400g加入碾压机中碾压成粉末，然后填入压模模具料槽(槽形为板状)，合模，于温度120℃，压力5MPa的条件下保持25分钟，冷却至常温，脱模得板状产品，测得产品收率85％，粘均分子量为80.9万，其机械性能与PLLA及钢板机械性能比较见表三。
表三 几种内固定装置的机械性能比较
| 弯曲强度 | 抗弯模量 | |
| PLLA钢板PDLLA皮质骨 | 75MPa1300N140MPa80～150MPa | 5GPa5～7GPa5～6GPa6～20GPa |
实施例4：
将粘均分子量为80万的PLGA 200g加入碾压机中碾压成粉末，然后填入压模模具料槽(槽形为长方形板状)合模，于温度140℃，压力5MPa的条件下保持25分钟，冷却至常温，脱模得板状产品，测得产品收率76％，粘均分子量为83万，抗弯模量4GPa，弯曲强度120MPa。
Claims (3)
1、一种生物可吸收聚合物的成型工艺，其特征在于将生物可吸收聚合物先碾压成粉末，然后填入压模模具料槽，合模后在加工温度100-150℃，4-6Mpa的工艺条件下加热20-30分钟，冷却至常温，脱模后即得产品，上述生物可吸收聚合物为外消旋聚乳酸PDLLA或聚乳酸一聚乙醇酸共聚物PLGA。
2、根据权利要求1所述的生物可吸收聚合物的成型工艺，其特征在于所述产品进一步机械加工以获得各种所需的外型。
3、根据权利要求1所述的生物可吸收聚合物的成型工艺，其特征在于所述产品用作各种形状的骨科内固定制品。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20040225 |