CN1988922A - 基于uhmwpe细丝的细长的手术用修补产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括核鞘结构细长构件的细长的手术用修补产品，所述核包括多条高强度的超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)细丝，并且，其中，所述细长构件具有基本上无孔的UHMWPE鞘。所述产品具有高拉伸强度、良好的柔韧性和有利的打结特征。本发明还涉及一种制备所述细长的手术用修补产品的方法，所述方法包括如下步骤，其中，将包含多条UHMWPE细丝的细长的前驱体构件进行热处理，同时将所述细丝保持在张力下。

Description

基于UHMWPE细丝的细长的手术用修补产品
本发明涉及一种包括核鞘结构细长构件的细长的手术用修补产品，所述核包括多条高强度的超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)细丝。
本发明还涉及制备上述细长的手术用修补产品的方法。
由EP 1293218 A1已知上述产品。该出版物公开了一种用作手术用缝合线或韧带的缝合线，该缝合线包括捻成线的多根超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)细丝的核，所述核被由UHMWPE细丝和一种或更多种长链合成聚合物(优选，聚酯)的细丝制成的复丝编织的鞘包围。缝合线通常包含60-67质量％的UHMWPE细丝。该缝合线可选被各种材料涂敷以改善加工性质。
在EP 0561108 A2中，公开了手术用修补产品，如，编织的、纺织的或针织的带，或中空的或螺旋形的编织物，这些产品全部或部分由UHMWPE细丝构成。该产品可以作为缝合线以修补软体组织，也可以作为带或窄条，用于将多个骨骼部分保持在一起。更具体地，描述了一种缝合线，该缝合线包括一种柔性细长构件，该细长构件包括未经捻合的UHMWPE细丝的核，所述核被由喷气交缠的聚酯纱线制成的编织鞘包围。
细长的手术用修补产品被理解为一种用作例如用于修补软体组织的手术用缝合线或用作用于修补或保持如骨骼的身体部分的缆线、带、带状物或窄条的制品；该细长产品的长度尺寸明显大于它的横截面尺寸(宽度、厚度)。修补产品包括至少一个细长构件，该细长构件通常是负载部件并由高强度细丝制成，并且该修补产品还可以包括例如锚或针、涂敷材料等。高强度细丝被定义为拉伸强度大于1.0GPa的细丝。
如缝合线的细长的手术用修补产品随着时代的发展由各种材料制成，包括亚麻、毛发、棉线、丝线、动物羊肠线和如聚酯、聚酰胺和聚烯烃(如聚乙烯或聚丙烯)的合成材料。所用的材料可以是可吸收的或不可吸收的。不可吸收产品在植入后不会被身体的自然作用溶解或降解。用在缝合线和其它修补产品中的相关的材料性质包括拉伸强度、柔韧性、弹性、润湿性和其它表面性质。用于制备不可吸收手术用修补产品的相对新型的材料是由超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)制成的复丝纱线。这种材料的主要优点包括，生物相容性，相对低的密度和尤其是非常高的拉伸强度或基于质量基础更高的强度(坚韧)。为了用在缝合线中，这种材料的打结性能已经被指出是不利的，即，它将不会提供理想的结系牢性和结稳定性或结滑动性的组合。
由EP 1293218 A1已知的包含UHMWPE和聚酯细丝的核鞘缝合线被指出提供了改善的结系牢性。然而，由低强度纤维制成的编织的鞘的存在降低了UHMWPE细丝的强度利用率。
在工业中存在对有效地利用UHMWPE细丝的高强度(坚韧性)并显示出改善打结特性的细长的手术用修补产品的持续需求。
因此，本发明的目的在于提供一种细长的手术用修补产品，该产品包括基于具有高拉伸强度、良好柔韧性和有利的打结特性的高强度UHMWPE细丝的细长构件。
根据本发明采用手术用修补产品实现上述目的，其中，所述细长构件具有基本上无孔的UHMWPE鞘。
根据本发明细长的手术用修补产品具有高柔韧性，改善的结强度和结滑动性和基于质量更高的拉伸强度。根据本发明的手术用修补产品的另一个优点在于，它的表面比包含具有编织鞘的构件的产品的表面更光滑，这使得在植入期间或以后对组织的损伤较小。无孔鞘的另一个相关优点在于，它更不易于为传染性的物质(例如，在小空隙中繁殖的细菌)提供场所。该构件还具有很少的碎屑并具有改善的耐松散性。
由WO 86/00020 A1已知包括UHMWPE细丝核和鞘的手术用缝合线，该鞘是一种成膜的常规手术用缝合材料的涂层，但是在该出版物中未公开也未暗示UHMWPE鞘。另外，这种传统鞘层对缝合线的强度未起作用。
根据本发明的手术用修补产品包括含UHMWPE细丝和UHMWPE鞘的细长构件。核和鞘中的UHMWPE不需是同一聚合物级别的，但是在优选的实施方式中，它们基本上具有相同的组成和摩尔质量。在本申请的上下文中，超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)被理解为特性粘度(IV，根据PTC-179方法(Hercules Inc.Rev.Apr.29，1982)在135℃下在十氢化萘中测定，溶解时间为16小时，具有用量为2g/l溶液的抗氧剂DBPC，不同浓度下的粘度外推至零浓度的粘度)为5dl/g以上的聚乙烯。尤其对于细丝，特别合适的是具有约8-40dl/g，更优选10-30，或12-28或15-25dl/g的UHMWPE。这些范围表示聚合物加工性能和细丝性质的优化选择。特性粘度是摩尔质量(也被称为分子量)的量度，其可以比如Mn和Mw的实际摩尔质量参数更容易确定。在IV和Mw之间存在一些经验关系，但这个关系高度依赖于摩尔质量分布。基于方程Mw＝5.37×104[IV]1.37(见，EP 0504954 A1)，IV为8dl/g等于约930kg/mol的Mw。
优选地，UHMWPE是每100个碳原子具有一个以下支链或侧链，优选每300个碳原子具有一个以下侧链的线性聚乙烯，支链通常包含至少10个碳原子。线性聚乙烯还可以包含至多5mol％的一种或更多种共聚单体，例如，烯烃，如丙烯、丁烯、戊烯、4-甲基戊烯或辛烯。
在优选的实施方式中，UHMWPE包含少量相对较小的基团作为侧链，优选C1-C4烷基。由具有一定量这种基团的UHMWPE制成的细丝被发现具有降低的蠕变行为。然而，侧链过大或侧链量过高对细丝的加工行为，尤其对拉伸行为具有负面影响。因为这个原因，UHMWPE优选包含甲基或乙基侧链，更优选甲基侧链。侧链的量为每1000个碳原子优选至少0.3，0.5，更优选至少1，并且每1000个碳原子优选至多20，更优选至多10。
该UHMWPE可以是单一聚合物级别，还可以是两种或更多种不同级别(例如，IV或摩尔质量分布和/或侧链数不同)的混合物，。
该UHMWPE还可以包含常用量(通常小于5质量％)的常用添加剂，例如，抗氧化剂、热稳定剂、着色剂、成核剂、流动促进剂、催化剂残余物等，条件是，这些组分适于用在手术用产品中。细丝(或鞘)还可以包含其它聚合物，优选聚烯烃聚合物，如其它聚乙烯、聚丙烯或它们的共聚物，该共聚物包括橡胶共聚物，如EPDM、EPR等。这种其它聚合物的量总是小于细丝或鞘中UHMWPE的量，优选不超过UHMWPE的30％。
细长构件的核包含多条高强度的UHMWPE细丝。此处细丝被理解为长度不定或至少与细长构件具有几乎相同的长度。优选地，细丝的拉伸强度大于1.5，2.0或甚至大于3.0GPa。拉伸强度(也简称为强度)根据ASTM D885 M中的规定对复丝纱线进行测定，该测定方法使用500mm纤维的名义标定长度，50％/min的十字头速度，和型号为Fibre Grip D5618C的Instron 2714夹具。细丝的强度越高也使手术用产品的强度越高。
根据本发明产品的构件中的UHMWPE细丝可以具有在宽范围内变化的细丝线性密度或纤度。细丝的合适纤度为约0.2-20dtex每条细丝，优选为约0.3-10dtex或0.4-5dtex，这是因为，这使构件和产品的改善强度和高柔韧性有利地组合。
合适的UHMWPE细丝可以通过通常被称为凝胶纺丝的工艺来制备。UHMWPE的凝胶纺丝是本领域技术人员所公知的，并在如下各种出版物中有描述，包括，EP 0205960 A、EP 0213208 A1、US 4413110、GB2042414 A、EP 0200547 B1、EP 0472114 B1、WO 01/73173 A1和Advanced Fiber Spinning Technology，Ed.T.Nakajima，Woodhead Publ.Ltd(1994)，ISBN 1-855-73182-7和其中所引用的参考文献。凝胶纺丝被理解为包括至少如下步骤：从超高分子量聚乙烯的纺丝溶剂的溶液纺出至少一条细丝；将所得细丝冷却以形成凝胶细丝；将至少部分纺丝溶剂从凝胶细丝中除去；在除去纺丝溶剂以前、期间和/或以后的至少一个拉伸步骤中，拉伸该细丝。合适的纺丝溶剂包括例如石蜡、矿物油、煤油或十氢化萘。纺丝溶剂可以通过蒸发、萃取或蒸发和萃取途径的组合来除去。UHMWPE细丝优选包含小于800ppm残余量的纺丝溶剂，更优选小于500、250或甚至小于100ppm。
核中的细丝之间没有或仅仅具有很小的粘附力，即，大多数细丝彼此之间可以移动或移位，或彼此之间可以分离。这可以例如在如下测试中检测，其中，鞘或被除去(例如，用锋利的刀)或在切割后，构件在长度方向上是开口的。其优点在于，有利地保留了构件的柔韧性，而且对于具有基本上无孔的鞘的更大直径(或缝合线尺寸)的构件也是这样。
核除了UHMWPE细丝以外还可以包含其它细丝，但优选不超过细丝总量的40质量％，更优选不超过30，20或10质量％。考虑到构件的优化强度，核优选仅包含高强度的细丝，更优选，仅包含UHMWPE细丝。在最优选的实施方式中，构件(即，核和鞘)基本上由UHMWPE组成，仅仅存在少量如添加剂或涂料的其它组分。
根据本发明产品中的细长构件的UHMWPE鞘层基本上无孔被理解为，在构件的表面上不存在或几乎不存在，或例如采用显微镜至少看不到任何孔或空隙，这使得如细菌的微生物不易找到生长场所。因此，基本上无孔的鞘可以具有比微生物更小的孔或空隙。
考虑到进一步改善根据本发明的手术用产品的打结性能，细长构件优选具有大于1.0的横截面宽度和厚度比，这意味着细长构件具有扁平或扁圆形横截面。横截面可以具有各种形状，可以例如为椭圆形、(基本上的)矩形或更不规则的几何形状。
合适的扁圆形构件具有约1.5-25的横截面宽度和厚度比。实例包括具有核的细长构件，该核由带状或条状外观的纺织或(中空的)编织结构的UHMWPE细丝或复丝纱线制成。另一方面，核还可以包含经捻合的或未经捻合的UHMWPE纱线，然后，UHMWPE鞘层也起到稳定扁平结构的作用。构件的横截面宽度与厚度的比可以便利地利用显微镜测定。
优选地，横截面宽度与厚度的比为至少2，3，4或5，以减少结滑动。宽度/厚度比过高可以使加工和打结更困难，因此，该比值优选至多为20，15或至多为10。本领域技术人员通过一些常规实验可以找到对于一定大小或尺寸构件最适宜的横截面宽度与厚度比。
在优选的实施方式中，无孔鞘层是对纤维前驱体构件进行热处理的结果，在该处理期间，构件外侧的细丝在其表面部分熔融并粘在一起以形成基本上无孔的层。其优点包括，鞘层仍是取向的并对构件的强度起作用。在这种情况下，扁平横截面可以例如通过将复丝纱线在棒上引导以铺展该细丝，将其加热并且随后将其冷却而形成。
根据本发明产品的细长构件的基本上无孔的UHMWPE鞘的相对厚度可以在宽范围内变化。已经发现，如果鞘层相对于包括UHMWPE细丝的核过厚，则构件的柔韧性变得非常低，但这通常依赖于构件的大小或尺寸；薄的构件本身较柔软，因而可允许较厚的鞘层。为了显示所希望的效果，鞘层优选具有某一最小厚度。对于鞘合适的最小厚度被发现为约20微米，优选至少25微米，但鞘层可以更厚。如果考虑到缝合线基本上是圆的(USP 10-0-6-0)，那么较细的缝合线通常具有20-70微米的直径，然而，较粗的手术用缝合线或整型外科用缆线可以具有至多1或2mm或甚至更高的直径。因此，鞘形成构件的至少约5质量％，优选至少10，15，20，25或30质量％。另一方面，鞘形成优选至多95质量％的构件，更优选至多90，80，70，60或为了高柔韧性形成至多50质量％。尽管对于低直径构件(例如，直径(或厚度)小于150微米)，非孔鞘可以构成构件的几乎100％，但是相对高含量的UHMWPE细丝对于最优化产品的强度和打结强度是有利的。
根据本发明的手术用修补产品具有高拉伸强度或坚韧性，优选具有至少10cN/dtex，更优选至少15，20，25或至少大于28或30cN/dtex的坚韧性。
在本发明的优选实施方式中，手术用修补产品是手术用缝合线，更优选是USP(United States Pharmacopeia)码为1-10-0的缝合线。这种缝合线具有高于已知缝合线的强度并具有有利的打结性质。
本发明还涉及了包括细长构件的手术用缝合线，该细长构件具有基本上无孔的UHMWPE外表面和至少20cN/dtex，更优选至少25或甚至至少28cN/dtex的拉伸强度。在优选的实施方式中，这种缝合线具有相对低的直径(例如，USP码为4-0-11-0)并且特别适用于显微外科中。这种缝合构件的横截面可以具有如上所述的核鞘结构，也可以是无核的基本上无孔构件，该无孔构件是例如所有细丝前驱体进行热熔融的结果。
在另一实施方式中，该产品是非常适用于将例如多个骨骼部分保持在一起的整型外科用缆线。
本发明还具体涉及在各种实施方式中如上所定义和描述的细长构件用于制备细长的手术用修补产品的用途，该细长的手术用修补产品具有高拉伸强度、良好打结性能和高结强度保持性的组合。
本发明还涉及制备根据本发明的细长的手术用修补产品的方法，所述方法包括如下步骤：其中，将包含多条高强度超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)细丝的细长前驱体构件进行热处理，同时将该细丝保持在张力下以形成围绕在UHMWPE细丝核周围的基本上无孔的UHMWPE鞘。
在WO 86/00020 A1中，包括UHMWPE细丝核和鞘的手术用缝合线通过将核用聚合物溶液或聚合物熔融物涂敷来制备，该聚合物是成膜的常规手术用缝合材料。在这篇文献中，未公开或暗示由UHMWPE制备鞘。
用在根据本发明的方法中的前驱体构件的结构不是特别重要的。UHMWPE细丝的合适结构包括，经捻合的复丝纱线，或编织、纺织或针织结构或混合结构。优选地，使用编织前驱体，因为该结构具有更高的初始粘合性，显示出更好的熔融行为。合适的编织前驱体包括圆形或管形编织物，还可以使用螺旋形编织物或扁平编织物结构。一般而言，对于制备相当薄的修补产品，优选的是简单的前驱体结构，然而，对于较厚的产品，可以使用更复杂的结构，如Kern-mantle(经捻合的细丝核-编织鞘)缆线或编织物叠编织物(也被称为双编织物)缆线。
选择在根据本发明的方法中如温度、保留时间和张力水平的条件使得细丝变软或甚至主要在其外表面上开始熔融，而没有使细丝分子的取向松弛。这使细丝至少在前驱体构件的表面上合并并且粘合在一起，并形成基本上无孔的鞘。可用于表面合并或熔融工艺的条件包括温度或一系列在细丝UHMWPE聚合物的熔点范围内的烘箱温度，该温度使得在暴露期间形成鞘和核结构。实施该工艺的温度优选对于凝胶纺成UHMWPE细丝为约150℃到至多约157℃，该细丝具有138℃-约162℃的松弛熔融范围(通过DSC在20℃/分钟的扫描速率下测量)。前驱体暴露于烘箱温度的保留时间为例如约6秒-约150秒。在本发明的具体实施方式中，通过将细丝在热暴露期间优选采用约1.1-2.5的拉伸比进行拉伸将其保持在张力下。为了避免前驱体暴露在过量热量下，所应用的温度特性曲线可以例如通过应用较低的初始温度(例如，在135-150℃下)进行调整。所形成的鞘的厚度可以通过增加或降低温度和/或延长或缩短保留时间来进行控制。本领域技术人员可以通过一些常规实验找到有利的设置。具有较低直径的前驱体构件也可以形成如下构件，其中，基本上所有的细丝熔融在一起而没有将每条细丝完全熔融。前驱体构件和所得构件的典型实施方式和优选方式与对于手术用修补产品的以上描述类似。
在根据本发明的方法的具体实施方式中，另外将UHMWPE的溶剂在热处理前或期间应用到前驱体的表面上，以改善制备鞘和核结构的工艺。这种溶剂可以包括矿物油(例如，具有250-700g/mol平均分子量的传热级矿物油)、石蜡油、植物油(例如，椰子油)或聚乙烯的任意其它溶剂，例如十氢化萘或甲苯。前驱体和溶剂之间的接触可以在室温条件下(例如，20℃-25℃)或在升高的温度条件下(例如，至多约100-150℃或更高)进行。该溶剂被认为起到增塑剂的用作并且提高鞘制备工艺的效率，该溶剂使得用于制备鞘和核构件的工艺可以在更低的温度下实施。在形成鞘结构后，可以将该构件在更低温度下进行其它的处理，该处理的目的在于将残余的加工添加剂(包括用于纺丝的溶剂)和所应用的溶剂基本上完全除去或将其浓度至少降低到手术应用所允许的最高浓度。如果是挥发组分，该处理可以是热处理；或该处理可以是萃取处理。优选地，所得到的构件包含小于800ppm的溶剂，更优选小于500，250或甚至小于100ppm。
本发明还涉及一种用于制备细长的手术用修补产品的方法，其中，所述方法还包括将如药物的生物活性化合物混入构件中的步骤。混入化合物的步骤可以通过将例如药物加入纺丝溶剂中来进行，其中，在经由将UHMWPE溶液凝胶纺丝成细丝的制备过程期间，将UHMWPE溶解。另一种将药物混入构件中的方法是，在热处理步骤以前，将药物加入溶剂中，也可以有其它途径。

Claims (13)

1.一种细长的手术用修补产品，包括具有核鞘结构的细长构件，所述核包括多条高强度的超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)细丝，其特征在于，所述细长构件具有基本上无孔的UHMWPE鞘。
2.如权利要求1所述的产品，其中，所述构件基本上由UHMWPE组成。
3.如权利要求1-2中任意一项所述的产品，其中，所述构件具有大于1.0的横截面宽度与厚度比。
4.如权利要求3所述的产品，其中，所述宽度与厚度比为约1.5-25。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的产品，其中，所述鞘层具有至少20微米的厚度。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的产品，其中，所述UHMWPE鞘形成所述构件的约10-90质量％。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的产品，所述产品是手术用缝合线。
8.如权利要求1-6中任意一项所述的产品，所述产品是整形外科用缆线。
9.一种制备权利要求1-6中任意一项所述的细长的手术用修补产品的方法，所述方法包括如下步骤：将包含多条UHMWPE细丝的细长的前驱体构件进行热处理，同时将所述细丝保持在张力下，以形成包围UHMWPE细丝核的基本上无孔的UHMWPE鞘层。
10.如权利要求9所述的方法，其中，将所述前驱体中的所述细丝通过采用约1.1-2.5的拉伸比进行拉伸保持在张力下。
11.如权利要求10或11所述的方法，其中，所述UHMWPE具有约8-40dl/g的IV。
12.如权利要求10-12中任意一项所述的方法，其中，所述UHMWPE细丝具有大于2.0 GPa的拉伸强度。
13.如权利要求10-13中任意一项所述的方法，其中，所述细丝具有约0.3-约10 dtex每条细丝的线密度。
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