CN114672145A - 一种可显影聚合物基复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子材料与医药技术领域，具体涉及一种可显影聚合物基复合材料及其制备方法与应用。本发明将含碘显影剂和聚合物共混，并将聚乙烯吡咯烷酮作为增容剂以调节可显影聚合物基复合材料各组分的相容性及材料的力学性能。本发明公开的制备过程简单，安全性好，适合产业化生产和临床使用。本发明公开的可显影聚合物基复合材料在可植入医疗器械领域具有重要的应用价值。

Description

一种可显影聚合物基复合材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于高分子材料与医药技术领域，具体涉及一种可显影聚合物基复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

当前，部分市售植入器械是由不可降解的金属材料制成，在X射线下具有良好的可视性，方便手术过程中的定位以及术后的观察随访。然而，虽然这些不可降解金属材料具有很好的生物相容性，但这些材料会在人体内永久留存，存在不可控的远期风险。因此，可降解的植入器械就成了更好的选择。

考虑到更好的生物相容性，多种由可降解聚合物制备得到的可降解植入器械已实现临床应用。但可降解聚合物多是由低原子序数的C、H、O元素构成，因此，X射线的衰减系数低，无法在X射线下有效显影，不方便手术操作和术后跟踪随访。

解决上述问题的有效途径之一是在可降解植入物中嵌入金属显影点以局部增强显影性。然而嵌入的金属显影点不可降解，会永久留存在人体内并且存在脱落的风险。因此，制备一种生物相容性好、可显影的可降解聚合物代替现有的显影点，从而实现局部甚至整体植入物的显影具有重要的意义。此外，除了对可降解的聚合物实现显影外，对传统的不可降解聚合物植入物也能实现显影，从而便于后期更好的跟踪随访，具有很重要的意义。

制备可显影聚合物的方法主要分为化学接枝法和物理共混法。化学接枝法为在聚合物支链上加入含碘基团，该方法会产生新的聚合物，安全性未知，临床使用前景还不明朗；物理共混法为将显影剂和聚合物直接物理共混，安全性良好，较易于投入临床使用。当前，临床上使用的显影剂主要分为含钡显影剂和含碘显影剂。其中，含碘显影剂可以用于血管、泌尿系统、脊髓、淋巴系统等部位的造影，安全性好，应用范围广泛。将含碘显影剂和聚合物基体共混来制备聚合物基显影材料是一种简单有效的方法。然而，目前临床上使用的含碘显影剂与聚合物基体相容性差。这导致两者在共混时会出现共混不均匀、产物的力学性能差等问题，极大地限制了共混物的产业化及实际应用。因此，如何通过简单可行的方法来调控显影剂和聚合物基体的相容性成为关键技术。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种共混更加均匀、组分间相容性更加良好的可显影聚合物基复合材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可显影聚合物基复合材料，包括聚合物基体、含碘显影剂和增容剂，所述增容剂为聚乙烯吡咯烷酮。

值得说明的是，直接将含碘显影剂和聚合物共混得到的共混物力学性能差，均一性不好，靠增容剂去改善共混物的力学性能是解决上述问题的策略之一。现有技术中加入的增容剂多是安全性未知的增容剂，较难实现真正的临床应用。本发明使用的增容剂为美国食品药品监督管理局批准的、在临床上广泛使用的聚乙烯吡咯烷酮，安全性良好。因此，相较于加入其他增容剂进行调节共混物力学性能的技术，该方法得到的共混物制得的可显影医疗植入物安全风险小，临床应用前景良好。

进一步的，所述聚合物基体为连续相，所述含碘显影剂为固体颗粒状分散相，并且，所述含碘显影剂通过包覆于固体表面的增容剂与聚合物基体共混。

值得说明的是，本发明利用聚乙烯吡咯烷酮作为增容剂，通过包裹在含碘显影剂颗粒的周围，形成“核-壳”结构，以实现含碘显影剂和聚合物基体相容性的调节。其中聚乙烯吡咯烷酮具有两亲性，不仅可以和亲水的含碘显影剂相互作用，还可以和聚合物基体产生链缠结，从而增强了含碘显影剂和聚合物基体之间的相互作用；同时还能减小含碘显影剂的团聚，使其分散更加均匀。

更进一步的，所述聚合物基体的质量分数为30％～90％，含碘显影剂的质量分数为10％～70％，增容剂的质量分数为0％～50％。

更进一步的，所述增容剂是分子量为8kDa的聚乙烯吡咯烷酮，质量分数是1％。

值得说明的是，聚乙烯吡咯烷酮的分子量越大，则相同聚乙烯吡咯烷酮质量下所含的链数目越少。而在含碘显影剂的量一定的情况下，要达到最佳增容作用时所需的聚乙烯吡咯烷酮链数量不会有太大变化。因此，聚乙烯吡咯烷酮分子量越大，所需的聚乙烯吡咯烷酮质量就越多；反之，聚乙烯吡咯烷酮分子量越小，用量越少。分子量越低的聚合物在人体内越容易被代谢出去，因此在实际的应用当中，为了实现更好地实现人体代谢，本发明限定聚乙烯吡咯烷酮的分子量为8kDa，该分子量为市面上聚乙烯吡咯烷酮常用分子量中最低的分子量。质量分数为1％。

进一步的，所述聚合物基体包括可降解聚酯、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、硅橡胶、环氧树脂中的一种或多种聚合物基体的共混物。

更进一步的，所述可降解聚酯包括聚乳酸、聚氨酯、聚己内酯、聚乙交酯、聚对二氧环己酮、聚酸酐、聚磷酸酯、聚碳酸酯、聚羟基丁酸酯、聚对二氧环己酮、聚乙醇酸中的一种或多种共聚物。

进一步的，所述含碘显影剂包括碘海醇、碘他拉酸、碘他拉葡胺、泛影酸、泛影酸钠、泛影葡胺、碘化钠、碘佛醇、碘普罗胺、碘克沙醇中的一种或多种。

本发明的第二个目的在于，提供一种可显影聚合物基复合材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可显影聚合物基复合材料的制备方法，步骤包括将聚合物基体、含碘显影剂、增容剂加入有机溶剂中进行搅拌，同时将溶剂逐渐挥发，制成可显影聚合物基复合材料；

或者，所述步骤替换为将聚合物基体、含碘显影剂、增容剂进行熔融共混，制成可显影聚合物基复合材料。

值得说明的是，使用本发明制备的可显影聚合物基复合材料相比于传统的将显影剂和聚合物基体直接共混制得的显影材料而言，具有更好的力学性能及均一性，在实际的产业化应用中具有明显优势，解决了长期以来可显影共混物组分间相容性差、力学性能不稳定等重要难题。

本发明的第三个目的在于，提供一种如上所述可显影聚合物基复合材料的应用。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

所述可显影聚合物基复合材料在可植入医疗器械领域中的应用。

进一步的，所述可显影聚合物基复合材料在制备封堵器、心血管支架、人工血管、心脏瓣膜、消化道支架、3D打印骨修复与重建材料、骨板、骨钉、骨水泥、手术缝合线中的应用。

值得说明的是，本发明涉及的含碘显影剂、聚合物基体、增容剂均已实现临床应用，对人体无毒无害，具有良好的生物相容性。

与现有技术相比，本发明优点在于：

1、本发明提供了一种共混更加均匀、组分间相容性更加良好的可显影聚合物基复合材料，所述可显影聚合物基复合材料以聚乙烯吡咯烷酮为增容剂，实现了含碘显影剂和聚合物基体相容性的调节；

2、通过本发明制备得到的可显影聚合物基复合材料相比于传统的将显影剂和聚合物基体直接共混制得的显影材料而言，具有更好的力学性能及均一性，解决了长期以来可显影共混物组分间相容性差、力学性能不稳定等重要难题；

3、本发明通过简单的共混即可制备得可显影聚合物基复合材料，制备方法简单，适合产业化生产，在实际的产业化应用中具有明显经济优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图

图1为实施例1提供的可显影聚合物基复合材料横截面的SEM及EDS图。

图2为实验例1提供的不同分子量和质量比的聚乙烯吡咯烷酮加入对可显影聚合物基复合材料的拉伸强度的影响。

图3为实验例1提供的可显影聚合物基复合材料的力学性能，以不加聚乙烯吡咯烷酮的可显影聚合物基复合材料力学性能作为对照。

图4为实验例2提供的可显影聚合物基复合材料制备得到的可降解封堵器栓头在猪胸腔内的数字减影血管造影结果。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。

实施例1

一种可显影聚合物基复合材料及其制备方法与应用，具体步骤包括：

步骤一，按40％的质量比例称取1.2g碘海醇，1％的质量比例称取0.03g聚乙烯吡咯烷酮(分子量为8kDa)加入含有40ml二氯甲烷的150ml烧杯中，磁力搅拌10min；

步骤二，按59％的质量比例称取1.77g分子量为250kDa的左旋聚乳酸，加入烧杯中，并在烧杯口盖上一层扎有少许针眼的保鲜膜，边搅拌边挥发24h以上；

步骤三，等到溶液变粘稠至难以搅拌时，停止搅拌，让其继续挥发；

步骤四，将挥发得到的共混物固体放于真空干燥箱中，30℃下真空干燥48h。将干燥后的可显影聚合物基复合材料取出，激光雕刻成可显影可降解的心血管支架，用于心血管植入。显影聚合物基复合材料横截面的SEM及EDS图如图1所示。

实施例2

一种可显影聚合物基复合材料及其制备方法与应用，具体步骤与实施例1相同，不同之处在于碘海醇的质量含量为10％；聚乙烯吡咯烷酮分子量为360kDa，质量含量为10％；聚乳酸的质量含量为80％。

可显影聚合物基复合材料被3D打印成可显影可降解的多孔支架，用于骨修复。

实施例3

一种可显影聚合物基复合材料及其制备方法与应用，具体步骤与实施例1相同，不同之处在于显影剂为碘化钠，质量含量为50％；聚乳酸的质量含量为49％；溶剂为氯仿。

实施例4

一种可显影聚合物基复合材料及其制备方法与应用，具体步骤与实施例1相同，不同之处在于聚合物基体为聚碳酸酯，质量含量为25％；显影剂为碘克沙醇，质量含量为70％；聚乙烯吡咯烷酮分子量为40kDa，质量含量为5％。

可显影聚合物基复合材料被加工用于膝关节置换手术。

实施例5

一种可显影聚合物基复合材料及其制备方法与应用，具体步骤与实施例1相同，不同之处在于聚合物基体为聚己内酯，质量含量为39％；显影剂为碘帕醇，质量含量为60％。

可显影聚合物基复合材料被热压加工成可显影骨板。

实施例6

一种可显影聚合物基复合材料及其制备方法与应用，具体步骤与实施例1相同，不同之处在于显影剂为碘克沙醇，质量含量为20％；聚乙烯吡咯烷酮分子量为8kDa，质量含量为30％；聚乳酸的质量含量为50％。

可显影聚合物基复合材料被加工加工成可显影骨钉。

实施例7

一种可显影聚合物基复合材料及其制备方法与应用，具体步骤包括：

步骤一，按质量比30％称取聚醚醚酮，质量比30％称取碘克沙醇，质量比40％称取聚乙烯吡咯烷酮(分子量为40kDa)加入双螺杆挤出机中；

步骤二，设置温度为350℃，均匀挤出聚合物共混物，制成粒料；

步骤三，将可显影聚合物基复合材料加工成可显影人工关节。

实施例8

一种可显影聚合物基复合材料及其制备方法与应用，具体步骤与实施例7相同，不同之处在于按质量比30％称取聚醚醚酮，质量比60％称取碘克沙醇，质量比10％称取聚乙烯吡咯烷酮(分子量为8kDa)加入双螺杆挤出机中。

为了进一步证明本发明的有益效果以更好地理解本发明，通过以下测试实验进一步阐明本发明所述的可显影聚合物基复合材料具有的性质及应用性能，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的其他测定实验得到的产品性质及根据上述性质进行的应用，也视为落在本发明的保护范围内。

实验例1

按实施例1的制备方法制备一系列配比不同的可显影共混物，其中聚乙烯吡咯烷酮分子量从市面上常见的几种分子量中选取具有代表性的三种，各组分的配比如下表所示：

将按上述比例得到的可显影聚合物基复合材料用平板硫化仪在190℃下热压成哑铃型样条，用电子万能试验机对复合材料的力学性能进行表征。在固定的拉伸速率(10mm/min)下，对可显影聚合物基复合材料制得的哑铃型样条进行拉伸测试，每种材料测试8个样条，计算其拉伸强度并进行比较。如图2所示，分子量越高的聚乙烯吡咯烷酮，达到最佳增容改性效果所需要的聚乙烯吡咯烷酮质量比也越高。当聚乙烯吡咯烷酮分子量为360kDa时，加入5％的聚乙烯吡咯烷酮能够最大程度地提高拉伸强度，此时拉伸强度从加入前的16.7MPa提高到加入后的32.3MPa。聚乙烯吡咯烷酮分子量更小，含量更低，更容易被代谢出体内。因此后续实验选用1％聚乙烯吡咯烷酮(分子量为8kDa)作为可显影共混物最优配比，进行进一步分析。

实验例2

取实施例1中的可显影聚合物基复合材料用平板硫化仪在190℃下热压成哑铃型样条，用电子万能试验机对复合材料的力学性能进行表征。在固定的拉伸速率(10mm/min)下，对可显影聚合物基复合材料制得的哑铃型样条进行拉伸测试，并以不加聚乙烯吡咯烷酮的材料作为对照，每种材料测试8个样条，绘制应力-应变曲线并计算拉伸强度的平均值。如图3所示，应力-应变曲线证明聚乙烯吡咯烷酮的加入明显提高了复合材料的力学稳定性及力学性能，对拉伸强度的比较可以发现，仅仅加入1％的聚乙烯吡咯烷酮(分子量为8kDa)就可以使得材料的拉伸强度从16.7MPa提高到25.7MPa，两者具有显著性差异(p＝0.007)。

实验例3

将实施例1得到的可显影聚合物基复合材料按照可降解房间隔缺损封堵器的栓头尺寸加工成直径为2mm，厚度为1mm的圆柱。将可显影栓头放于猪的胸腔内，并对可显影聚合物基复合材料制成的栓头在数字减影血管造影下进行成像，由图4可以看到，该可显影栓头清晰可见。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种可显影聚合物基复合材料，其特征在于，包括聚合物基体、含碘显影剂和增容剂，所述增容剂为聚乙烯吡咯烷酮。

2.根据权利要求1所述的一种可显影聚合物基复合材料，其特征在于，所述聚合物基体为连续相，所述含碘显影剂为固体颗粒状分散相，并且，所述含碘显影剂通过包覆于固体表面的增容剂与聚合物基体共混。

3.根据权利要求2所述的一种可显影聚合物基复合材料，其特征在于，所述聚合物基体的质量分数为30％～90％，含碘显影剂的质量分数为10％～70％，增容剂的质量分数为0％～50％。

4.根据权利要求3所述的一种可显影聚合物基复合材料，其特征在于，所述增容剂是分子量为8kDa的聚乙烯吡咯烷酮，质量分数是1％。

5.根据权利要求1所述的一种可显影聚合物基复合材料，其特征在于，所述聚合物基体包括可降解聚酯、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、硅橡胶、环氧树脂中的一种或多种聚合物基体的共混物。

6.根据权利要求4所述的一种可显影聚合物基复合材料，其特征在于，所述可降解聚酯包括聚乳酸、聚氨酯、聚己内酯、聚乙交酯、聚对二氧环己酮、聚酸酐、聚磷酸酯、聚碳酸酯、聚羟基丁酸酯、聚对二氧环己酮、聚乙醇酸中的一种或多种共聚物。

7.根据权利要求1所述的一种可显影聚合物基复合材料，其特征在于，所述含碘显影剂包括碘海醇、碘他拉酸、碘他拉葡胺、泛影酸、泛影酸钠、泛影葡胺、碘化钠、碘佛醇、碘普罗胺、碘克沙醇中的一种或多种。

8.一种可显影聚合物基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤包括将聚合物基体、含碘显影剂、增容剂加入有机溶剂中进行搅拌，同时将溶剂逐渐挥发，制成可显影聚合物基复合材料；或，

所述步骤替换为将聚合物基体、含碘显影剂、增容剂进行熔融共混，制成可显影聚合物基复合材料。

9.一种如权利要求1～7任一所述的可显影聚合物基复合材料的应用，其特征在于，所述可显影聚合物基复合材料在可植入医疗器械领域中的应用。

10.根据权利要求9所述的一种可显影聚合物基复合材料的应用，其特征在于，所述可显影聚合物基复合材料在制备封堵器、心血管支架、人工血管、心脏瓣膜、消化道支架、3D打印骨修复与重建材料、骨板、骨钉、骨水泥、手术缝合线中的应用。

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