CN1544096A - 具有形状记忆的生物降解医用体外固定材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型的生物降解高分子医用体外固定材料，该材料主要成分是聚乳酸，可以添加聚γ－己内酯、无机矿物质(如：碳酸钙、钛白粉、滑石粉、硫酸钡、蒙脱土)、硅烷偶联剂、着色剂等组分。加工方法之一采用混料、造粒、挤出压延、冲孔等塑料加工方法制成。加工方法之二是采用混料、造粒、挤出编织成网状结构制成。在使用时将板材放入55℃～70℃温水中，使其软化，将板材取出敷在人体需要固定或者矫形的地方进行位置固定、捆绑等塑型操作，随着温度的降低至室温板材将完全硬化。该板材或编织网固定用材料具有透气性好、耐水、强度高、形状记忆功能、可多次重复使用、对皮肤无刺激等优点。该产品降解产物对环境不造成任何污染，是一种绿色环保产品。

Description

具有形状记忆的生物降解医用体外固定材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有形状记忆的生物降解医用体外固定材料。

本发明还涉及上述材料的制备方法。

背景技术

目前医疗外科固定材料采用的是石膏、有机高分子材料等。有机高分子材料中有热固性泡沫材料以及热塑性材料如聚-己内酯等。通用的石膏固定材料的缺点有不能透过X-射线，密度大、不透气、易潮湿、易破损、不卫生、不透X光、不利于环保、操作繁琐、以及不能二次成型等，这些缺点使得如果患者在用石膏固定患处，需要进行射线检查时必须除掉石膏，如果塑性不好也不能进行修理，只能拆掉重做。

热固性泡沫材料虽然在密度、透气性、透过射线能力上要强于石膏，但是其成型工艺较为复杂，另外发泡时放热可能会灼伤需固定部位的皮肤。而通用热塑性聚酯的缺点是可塑性温度都在100℃以上，所以人体很难接受这个温度。

自20世纪60年代以来，聚γ-己内酯(PCL polycaprolacton)以其优越的可生物降解性，开始得到广泛关注。PCL是一种半结晶型聚合物，其熔点为59～64℃，玻璃化温度为-60℃。PCL具有很好的柔韧性和加工性，同时这种材料具有很好的生物相容性。这种结构特点，一方面使其具有了形状记忆性。形状记忆高分子材料就是在一定条件下被赋予一定的形状(起始态)，当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状并将其固定下来(变形态)，如果外部环境以特定的方式和规律再一次发生变化，形状记忆高分子材料便可逆地恢复到起始态。整个过程完成了一个循环：从记忆起始态→固定变形态→恢复起始态。另一方面，该材料本身或与淀粉等物质共混，可制得完全生物降解材料。目前，这两方面的特性已在很多领域得到应用，尤其是在医疗方面，如胶带、绷带、矫正器、缝合线、药物缓释剂等。形状记忆骨科外固定热塑夹板或网状绷带不但可以取代石膏绷带，应用于骨科外固定，取代高温塑料应用于康复矫形，更重要的是它可以对传统石膏绷带无法固定的部位进行固定。可以用于手指、腕、肘关节、肩关节、上肢、鼻骨、脚、踝、膝关节、下肢、头部、颈部、肋骨、脊柱、骨盆各种静态固定及开放性骨折等全固定或半固定，放射治疗模型等也可采用。特点是轻、薄透气性强、可塑性强，可反复塑型，并可重复使用以降低成本，100％X射线透射率，便于随时作放射检查及治疗。透气性强，克服了因石膏不透气导致皮肤红肿、搔痒等缺陷。在骨折固定时强度高于石膏绷带数倍，并具有极高的韧性，不会断裂。轻便，重量仅为普通石膏的八分之一左右，有利于病人肢体功能的恢复；厚度仅为3.0毫米左右。

国内市场上骨科外固定材料有氨纶弹性绷带、自粘绷带、网状绷带，这类材料价格昂贵，每吨价格40-80万元人民币。医用杜仲胶板的价格为20-40万元/吨。杜仲医用胶板性能相近的骨科外固定热塑PCL夹板价格为20～30万元/吨。

随着人们生活水平的提高，人们对高档新型医用材料的需求量将稳步提高，杜仲胶板完全可能成为传统医用石膏的替代产品：医疗制度改革和人们收入的水准使进口医用高分子材料的市场空间在短期内难以再度扩大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有形状记忆的生物降解医用体外固定材料。

本发明的另一目的在于提供上述材料的制备方法。

本发明提供的材料在55～70℃温水中即有可塑性，该材料具有透气性好，密度小，对身体无任何毒性，手术时操作简单、可重复使用、安全、方便、清洁、舒适等特点，而且降解产物对环境不造成任何污染。透X-射线性能好等特点。是绿色环保材料，材料被理入地下，自然条件下10到20个月可以自行降解。

为实现上述目的，本发明提供的具有形状记忆的生物降解医用体外固定材料主要成份是聚乳酸，另外，可以添加聚γ-己内酯、无机矿物质填料(碳酸钙、钛白粉、滑石粉、硫酸钡、蒙托土)、硅烷偶联剂、白油、着色剂等组分。

其组成配比(重量百分比)为：聚乳酸，数均分子量为5000-200000，聚乳酸的左旋含量为50-99％；40-100％，聚己内酯0-30％，无机填料为碳酸钙、钛白粉、滑石粉、硫酸钡或蒙脱土0-60％，硅烷偶联剂0-1.5％，着色剂0-1.5％。

本产品的价格低，价格为5～7万/吨，与其它产品相比具有明显的市场竞争优势。以前臂骨折治疗为例，对石膏绷带和本高分子材料进行比较：一例前臂骨折术后固定，用石膏绷带需两卷，材料费用在32元-60元之间(不考虑返工所用材料)，且石膏绷带使用后即成为垃圾；用高分子材料固定，需用200克左右，若用进口材料费用为120-150元，若用杜仲胶板费用为30-60元，而用本发明提供的产品仅用10～15元，并且可重复使用。

本发明用于制备上述材料的方法，是采用原料共混、热塑性板材制造、多孔板制造、多孔板处理和固定板形状处理的方法制成。或者采用原料共混、挤出成丝、编织成网状绷带。在使用时将固定材料放在温水中，使其软化；将固定材料取出敷于需要固定或矫形或定位的身体部位，进行塑型操作，随着温度的降低，材料将完全硬化。该固定材料具有记忆功能，即将已经塑型的固定材料升温的时候，它将自动恢复到原来的形状。该固定材料具有透气耐水、强度高、韧性好、对皮肤不会产生过敏现象、可多次塑型、操作方便及可生物降解等优点。

本发明提供的制备方法，其主要步骤如下：

·将聚乳酸、聚γ-己内酯、矿物质填料(碳酸钙、钛白粉、滑石粉、硫酸钡、蒙脱土)、硅烷偶联剂(γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲基硅烷(KH-560)，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570))、着色剂(各类有机颜料)等预混，双螺杆挤出机混合挤出、造粒；其中矿物质填料可以选择填料中的一种或多种。

·  将造好粒的原料在挤板机上挤出压延、注塑、压塑等常规的塑料加工方法制成平板；

·  制成多孔板：将制成的板材在打孔装置上打出规则均匀分布的、形状一致的圆孔。

·  多孔板的热处理：将制成的多孔板浸入温度55-70℃的温水中，在空气中慢慢冷却至室温；

·  多孔板的表面处理：将多孔板的表面均匀的涂上一层医用硅胶：

·  多孔板的形状处理：按照所需固定部位的形状，将板材剪成相应的形状和几何尺寸即可。

或者

·  将造好粒的原料在制网挤出机挤出成网后，按压延、注塑、压塑等常规的塑料加工方法制成网；

·  网的热处理：将制成的网浸入温度55-70℃的温水中，在空气中慢慢冷却至室温；

·  网的表面处理：在网表面均匀涂上一层医用硅胶：

·  按所需宽度裁剪和切割，收卷成卷状。

·  网的形状处理：按照所需固定部位的宽度、形状，将板材剪成相应的形状和几何尺寸即可。

或者

·  将造好粒的原料挤出成丝、编织成网状绷带；

·  将制成的网状绷带浸入55-70℃的温水中，在空气中冷却至室温；

·  在网状通用带表面均匀涂上一层医用硅胶；

·  裁剪、包装成产品。

本发明的材料使用方法是：将所需形状确定的固定材料放入55-70℃温水中，待固定材料变软后取出，放在所需固定的部位塑性；固定前可在患处缠纱布，也可直接与皮肤接触。拆除时只需用电吹风加热固定材料即可拆除。

本发明的材料具有以下特点：

1、透气耐水性好：本发明的材料是多孔板材或多孔网状材料，孔所占面积占板材面积的1/3-4/5，所以透气性好；

2、力学性能好：在使用时不会发生折断、拉断、破损等，产品韧性好；

3、X-射线透过能力强：使用本发明的材料进行X-射线检查，不需拆除固定材料；

4、堆密度小：本产品体积密度0.9-1.3g/mm³；

5、可无水加热使用：当产品固定成型后可以对所需改动的地方加热，如电吹风即可进行二次塑型固定。

6、方便医生操作：将本发明的材料放在温水中可长期保存，操作简便，在使用时一个人即可完成操作；

7、能够进行重复使用：由于本发明的材料具有记忆性，二次加热至塑性温度即可恢复到原来形状；

8、废弃后可生物降解：聚乳酸是公认的完全生物降解材料，废弃物可完全降解，对环境不会造成污染。

具体实施方式

实施例1

原料配比(重量百分比)：聚乳酸(数均分子量55000，左旋含量为88％)60％，800目碳酸钙37％，γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550硅烷偶联剂)1％，着色剂透明黄3G 0.5％，白油1.5％，预混；在双螺杆挤出机中完成混合造粒。然后将造好粒子在沸腾床内干燥，在挤板机上完成挤出、压延成板；再将平板进行热处理，在冲床上完成打孔，剪裁成不同规格，包装成产品。同样，在制网挤出机挤出成网后，经压延、压塑、保温、冷却等常规的塑料加工方法制成网，再经过剪裁、卷取、包装成产品。

该两种产品的软化温度为60℃。使用时，将固定板材浸在60℃温水中，2～5分钟后即可取出在患处完成形状固定处理或捆绑固定处理，待温度低于45℃后即可完成塑性，即整个操作完成。

实施例2

聚乳酸的数均分子量55000，左旋含量为92％，原料组成和制备操作同实施例1相同，产品的软化温度为65℃。

实施例3

聚乳酸的数均分子量55000，左旋含量为85％，原料组成和制备操作同实施例1相同，制品的软化温度为56℃。

实施例4

聚乳酸的数均分子量96000，左旋含量为88％，原料组成和其它制备操作同实施例1相同，产品的软化温度为61℃。

实施例5

聚乳酸的数均分子量153000，左旋含量为88％，原料组成和其它制备操作同实施例1相同，产品的软化温度为62℃。

实施例6

实施例1中的碳酸钙用钛白粉替换，原料组成和其它制备操作同实施例1相同，产品的软化温度为60℃。

实施例7

实施例1中的碳酸钙用滑石粉替换，原料组成和其它制备操作同实施例1相同，产品的软化温度为61℃。

实施例8

实施例1中的碳酸钙用硫酸钡替换，原料组成和其它制备操作同实施例1相同，产品的软化温度为62℃。该产品不能透过X射线，因此不能用于需要X射线检测的固定应用。

实施例9

实施例1中的碳酸钙用蒙脱土替换，原料组成和其它制备操作同实施例1相同，产品的软化温度为60℃。

实施例10

实施例1中的KH-550硅烷偶联剂用KH-560硅烷偶联剂替换，原料组成和其它制备操作同实施例1相同，产品的软化温度为61℃。

实施例11

实施例1中的KH-550硅烷偶联剂用KH-570硅烷偶联剂替换，原料组成和其它制备操作同实施例1相同，产品的软化温度为61℃。

实施例12

实施例1中的聚乳酸用量40％，聚γ-己内酯20％(数均分子量为85000)，原料组成和其它制备操作同实施例1相同，产品的软化温度为58℃。

实施例13

实施例1中的原料配比(重量百分比)：聚乳酸60％，聚己内酯30％(数均分子量为85000)，白油1.5％，KH-550硅烷偶联剂1.5％，着色剂1％，蒙脱土6％；制备操作同实施例1相同。产品的软化点为59℃。

用KH-560硅烷偶联剂或KH-570硅烷偶联剂替代KH-550硅烷偶联剂，产品的软化温度变化不大。

实施例14

实施例1中的聚乳酸用量100％，补加其它添加剂或填料，产品制备操作同实施例1相同，产品的软化温度为61℃。

实施例15

实施例1中的原料配比(重量百分比)：聚乳酸60％，蒙脱土40％；制备操作同实施例1相同。产品的软化点为62℃。

用钛白粉、滑石粉、硫酸钡、蒙托土替代实施例15中的碳酸钙，其产品的软化温度基本变化不大。

实施例16

实施例1中的原料配比(重量百分比)：聚乳酸99％，γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550硅烷偶联剂)1％；制备操作同实施例1相同。产品的软化点为63℃。用钛白粉、滑石粉、硫酸钡、蒙托土替代实施例13中的碳酸钙，其产品的软化温度基本变化不大。用KH-560硅烷偶联剂或KH-570硅烷偶联剂替代KH-550硅烷偶联剂，产品的软化温度基本相同。

实施例17

实施例1中的原料配比(重量百分比)：聚乳酸99.5％，着色剂透明黄3G 0.5％；制备操作同实施例1相同。产品的软化点为61℃。

Claims (5)

1、一种具有形状记忆的生物降解医用体外固定材料，组成配比按重量百分比为：聚乳酸40-100％，聚己内酯0-30％，无机填料0-60％，硅烷偶联剂0-1.5％，着色剂0-1.5％；

所述无机填料为碳酸钙、钛白粉、滑石粉、硫酸钡和蒙脱土中和一种或两种以的混合物；

所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。

所述着色剂为有机油溶性染料，着色剂的种类有几百种，根据具体颜色需要，可以用不同着色剂调节。

2、如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述聚乳酸的数均分子量为5000～200000，聚乳酸的左旋含量为50～99％。

3、一种制备权利要求1所述材料的方法，其主要步骤如下：

·将聚乳酸、聚γ-己内酯、无机填料、硅烷偶联剂、着色剂进行预混，双螺杆挤出机混合挤出、造粒；

·将造好粒的原料在挤板机上挤出压延、注塑、压塑制成平板；

·将制成的板材在打孔装置上打出规则均匀分布、形状一致的圆孔；

·将制成的多孔板浸入温度50-70℃的温水中，在空气中冷却至室温；

·在多孔板表面均匀涂上一层医用硅胶：

· 按照所需固定部位的形状，将板材剪成相应的形状和几何尺寸。

4、一种制备权利要求1所述材料的方法，其主要步骤如下：

·将造好粒的原料在制网挤出机挤出成网后，按压延、注塑、压塑方法制成网；

·将制成的网浸入50-70℃的温水中，在空气中冷却至室温；

· 在网表面均匀涂上一层医用硅胶；

·裁剪、切割，收卷成卷状。

5、一种制备权利要求1所述材料的方法，其主要步骤如下：

·将造好粒的原料挤出成丝、编织成网状绷带；

·将制成的网状绷带浸入50-70℃的温水中，在空气中冷却至室温；

·在网状通用带表面均匀涂上一层医用硅胶；

·裁剪、包装成产品。