專利名稱：一種可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可降解吸收的復(fù)合內(nèi)固定器件的制備方法，更具體地，涉及混合注塑一體化的加工成型方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的內(nèi)固定器件通常是金屬材料，但金屬材料存在著一些不足之處(1)金屬材料與骨組織的力學(xué)相容性差，容易引起應(yīng)力遮擋而導(dǎo)致二次骨折；( 在痊愈后需要二次手術(shù)將不可降解的金屬材料取出，給患者帶來手術(shù)的痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)；C3)金屬材料的組織相容性不理想，在體內(nèi)容易引起感染、炎癥等不良反應(yīng)和組織壞死。因此，一種生物相容性好的可降解材料在各種內(nèi)固定器械的應(yīng)用中引起了很大的關(guān)注。以聚乳酸為代表的聚酯類高分子具有生物相容性好、術(shù)后無需二次手術(shù)、骨缺損愈合后材料在體內(nèi)自然降解吸收的特點(diǎn)。但是，聚乳酸強(qiáng)度低、骨結(jié)合能力較差，且降解產(chǎn)物呈酸性，易引起無菌性炎癥反應(yīng)。羥基磷灰石、磷酸三鈣等無機(jī)顆粒具有良好的生物活性和骨傳導(dǎo)性，但其機(jī)械性能不佳，易脆，對負(fù)荷承載性差，不能完全適應(yīng)于骨組織工程的要求。納米級無機(jī)顆粒具有高的比表面積，高的表面自由能，與聚合物的界面粘度高等優(yōu)點(diǎn)。通過納米無機(jī)顆粒與聚乳酸等聚合物的復(fù)合，可以提高材料的韌性，滿足內(nèi)固定材料的力學(xué)性能要求，而且聚乳酸的酸性降解產(chǎn)物可被堿性的磷酸鹽顆粒中和，同時無機(jī)顆粒的骨引導(dǎo)性可提供良好的骨細(xì)胞粘附生長環(huán)境。因此復(fù)合內(nèi)固定器件是加工可吸收內(nèi)固定器械的研究熱點(diǎn)。可吸收內(nèi)固定器件目前主要有以下幾種加工方法注塑成型、擠出成型結(jié)合機(jī)加工、熱壓成型、成纖模壓增強(qiáng)以及自增強(qiáng)工藝。例如，熊成東等(CN13M020A)采用注塑方法將DL聚乳酸制成可吸收的內(nèi)固定棒。鄭隆泗等(CN101293116A)采用納米beta-磷酸三鈣與聚乳酸復(fù)合材料在注塑機(jī)中成型骨界面螺釘。盡管注塑成型方法簡單，但聚乳酸原料容易發(fā)生部分熱降解，造成分子量損傷，致使產(chǎn)品初始強(qiáng)度下降較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡易的可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件的制備方法及由該方法制備的可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件。本發(fā)明的第一方面，提供一種可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件的制備方法，采用混合和注塑一體化工藝，將可降解高分子與無機(jī)顆?；旌虾笾苯舆M(jìn)行注塑制備成所述可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件。根據(jù)本發(fā)明，以可降解高分子與無機(jī)顆粒的總重量計，所述可降解高分子占60 99wt %，所述無機(jī)顆粒占1 40wt %。根據(jù)本發(fā)明，所述可降解高分子為聚左旋乳酸、聚消旋乳酸、聚乙醇酸、聚二噁烷酮，聚碳酸酯，聚己內(nèi)酯中的一種或它們的共聚物或者混合物。根據(jù)本發(fā)明，所述無機(jī)顆粒為納米無機(jī)顆粒，選自羥基磷灰石、磷酸三鈣、硫酸鈣、磷酸鈣、硫酸鎂中的一種或它們的混合物。根據(jù)本發(fā)明，所述混合和注塑一體化工藝包括以下步驟(a)將所述可降解高分子、無機(jī)顆粒送入到混合裝置進(jìn)行攪拌，混合均勻后得到復(fù)合材料；(b)將所述復(fù)合材料擠壓到料筒中，擠壓時間彡3min ；(c)將所述料筒移入到注塑機(jī)中；(d)所述復(fù)合材料在模具中經(jīng)氣壓注塑成型得到所述可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件。根據(jù)本發(fā)明，所述步驟(a)中所述攪拌速度為50-100r/min;混合的溫度為 1700C -250"C。根據(jù)本發(fā)明，所述注塑溫度為170°C _250°C，模具的溫度50°C _150°C，注射壓力 600bar-800bar，注射時間 2s_10s，保壓時間 50s_80s。根據(jù)本發(fā)明，所述可降解高分子、無機(jī)顆粒預(yù)熱前還進(jìn)行干燥，將所述可降解高分子、無機(jī)顆粒中的水含量降低至< 5wt%。本發(fā)明的第二方面，提供一種可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件，根據(jù)第一方面所述的制備方法制備。根據(jù)本發(fā)明，所述內(nèi)固定器件為內(nèi)固定加壓螺釘、界面螺釘或內(nèi)固定板。本發(fā)明提供的可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件，用于骨折治療、膝關(guān)節(jié)韌帶重建或顱腦及頌面外科固定夾板。本發(fā)明提供了一種快速、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效的可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件的制備方法。 采用混合注塑一體化的工藝，整個加工過程快速，能夠在短時間內(nèi)完成復(fù)合材料的混合及注塑，避免聚乳酸等高分子材料的降解，制得的各種內(nèi)固定器件具有很好的力學(xué)強(qiáng)度，生物相容性好，在體內(nèi)可降解吸收。
具體實施例方式本申請的發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入地研究，意外發(fā)現(xiàn)，將混合注塑一體化，能夠在短時間內(nèi)完成可降解高分子與無機(jī)顆粒復(fù)合材料的混合及注塑，避免高分子材料的降解，制得的各種內(nèi)固定器件具有很好的力學(xué)強(qiáng)度。在此基礎(chǔ)上，完成了本發(fā)明。制備方法本發(fā)明的可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件的制備方法，采用混合注塑一體化工藝，將可降解高分子與無機(jī)顆粒混合后直接進(jìn)行注塑制備成所述可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件。在本發(fā)明的一優(yōu)選例中，所述混合注塑一體化工藝包括以下步驟(a)將所述可降解高分子、無機(jī)顆粒送入到混合裝置進(jìn)行攪拌，混合均勻后得到復(fù)合材料；(b)將所述復(fù)合材料擠壓到料筒中，擠壓時間彡:3min ；(c)將所述料筒移入到注塑機(jī)中；(d)所述復(fù)合材料在模具中經(jīng)氣壓注塑成型得到所述可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件。所述可降解高分子為聚左旋乳酸、聚消旋乳酸、聚乙醇酸、聚二噁烷酮，聚碳酸酯， 聚己內(nèi)酯中的一種或它們的共聚物或者混合物。所述無機(jī)顆粒為納米無機(jī)顆粒，選自羥基磷灰石、磷酸三鈣、硫酸鈣、磷酸鈣、硫酸鎂中的一種或它們的混合物。所述納米無機(jī)顆粒的平均粒徑為10-800nm。以可降解高分子與無機(jī)顆粒的總重量計，所述可降解高分子占60 99wt%，所述無機(jī)顆粒占1 40wt%。所述步驟(a)中所述攪拌速度為50-100r/min ；混合的溫度為170°C _250°C。所述注塑溫度為170 V -250 °C，模具的溫度50 V -150 °C，注射壓力 600bar-800bar，注射時間 2s_10s，保壓時間 50s_80s。在另一優(yōu)選例中，所述可降解高分子、無機(jī)顆粒在預(yù)熱前還進(jìn)行干燥，將所述可降解高分子、無機(jī)顆粒中的水含量降低至< 5wt%。本發(fā)明使用的模具根據(jù)所制備的內(nèi)固定器件的形狀進(jìn)行設(shè)計。本發(fā)明提供了一種快速、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效的可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件的加工辦法。 本發(fā)明采用混合注塑一體化的工藝，通過優(yōu)化工藝將納米無機(jī)顆粒與可降解聚合物復(fù)合材料制備成各種內(nèi)固定器件?？山到飧叻肿硬牧显诟邷叵潞苋菀捉到?，分子鏈斷裂后導(dǎo)致力學(xué)衰減是其加工中的瓶頸問題。引起材料降解的主要原因是材料本身含水引起的水解以及經(jīng)過高溫成型過程的熱分解。在本發(fā)明中，干燥好的原料經(jīng)過預(yù)熱再注入料筒。為了避免可降解高分子在高溫下降解，本發(fā)明采取直接擠壓到注塑型腔，并且可以很方便地控制溫度和混合時間，因而也能盡可能避免材料在高溫下經(jīng)歷較長的時間所引起的材料降解。整個加工過程快速，能夠在短時間內(nèi)完成復(fù)合材料的混合及注塑，盡量避免高分子(如聚乳酸) 的降解。且在制備過程中，采用密閉性很好的設(shè)備，有效避免材料與氧氣直接接觸導(dǎo)致的氧化分解。由于生產(chǎn)內(nèi)固定的高分子原料價格昂貴，且熱穩(wěn)定很差，粘度很高，并且與無機(jī)顆粒復(fù)合更影響了它的流動性，而內(nèi)固定器件一般具有精密的螺紋以及內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)，因此用常規(guī)的加工方法很難得到外形復(fù)雜的內(nèi)固定器件。本發(fā)明中采用了混合注塑一體化的工藝，利用精密的模具，采用氣壓注塑及其方便的連動裝置可以得到精密的制件形狀，同時本發(fā)明可以采用小型投料裝置，可減少材料的浪費(fèi)，有效節(jié)省原料，適于加工昂貴的納米醫(yī)用復(fù)合材料。且本發(fā)明將混合好的原料在注塑機(jī)中壓實填滿，通過合理控制加工時型腔的溫度，模具的溫度，投料量，注塑壓力，注射時間及保壓時間可有效制備出符合要求的內(nèi)固定器件。除非另行定義，文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域熟練人員所熟悉的意義相同。此外，任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。文中所述的較佳實施方法與材料僅作示范之用。應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)中，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。說明書中所揭示的各個特征，可以任何提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代限于篇幅，在此不再一一累述。因此除有特別說明，所揭示的特征僅為均等或相似特征的一般性例子。下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。實施例1
內(nèi)固定器件的制備將聚左旋乳酸PLLA、平均粒徑為50nm的羥基磷灰石HAP分別干燥后進(jìn)行混合得到復(fù)合材料，PLLA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是SOwt %，納米羥基磷灰石HAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是20wt %。設(shè)定混合溫度170°C，混合攪拌轉(zhuǎn)速50r/min。將復(fù)合材料在:3min內(nèi)擠壓到微型注射機(jī)的料筒中，填滿壓實，排除氣泡。設(shè)定料筒溫度170°C，模具溫度100°C，注射壓力750bar，注射時間3s，保壓時間50s。保壓結(jié)束后， 模具被移出，新模具被輪換進(jìn)去。待冷卻到室溫將產(chǎn)品內(nèi)固定器件取出。經(jīng)測試，產(chǎn)品內(nèi)固定器件的抗拉強(qiáng)度是62. 14MPa，彈性模量是0. 49GPa。彎曲強(qiáng)度 128. 43MPa 彎曲模量 4. 18GPa。實施例2內(nèi)固定器件的制備將聚消旋乳酸PDLA、平均粒徑為IOOnm的羥基磷灰石HAP分別干燥后進(jìn)行混合得到復(fù)合材料，其中HAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是15wt%，聚消旋乳酸PDLA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是85wt%，混合溫度213°C，混合攪拌轉(zhuǎn)速70r/min。將復(fù)合材料在:3min內(nèi)擠壓到微型注射機(jī)的料筒中，填滿壓實，排除氣泡。設(shè)定料筒溫度2^°C，模具溫度50°C，注射壓力780bar，注射時間5s，保壓時間60s。保壓結(jié)束后， 模具被移出，新模具輪換進(jìn)去，待冷卻到室溫將產(chǎn)品內(nèi)固定器件取出。經(jīng)測試，產(chǎn)品內(nèi)固定器件的抗拉強(qiáng)度是61. 76MPa，彈性模量是0. 48GPa。彎曲強(qiáng)度 97. 45MPa,彎曲模量是 3. 4GPa。實施例3內(nèi)固定器件的制備將聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物PLGA、平均粒徑為200nm的羥基磷灰石HAP分別干燥后進(jìn)行混合得到復(fù)合材料，其中HAP的含量是30wt%，PLGA的含量是70wt%，混合溫度 220°C，混合攪拌轉(zhuǎn)速100r/min。將復(fù)合材料;3min內(nèi)擠壓到微型注射機(jī)的料筒中，填滿壓實，排除氣泡。設(shè)定料筒溫度220°C，模具溫度100°C，注射壓力780bar，注射時間7s，保壓時間70s。保壓結(jié)束后，將模具取出，新模具被輪換進(jìn)去，待冷卻到室溫將產(chǎn)品內(nèi)固定器件取出。經(jīng)測試，產(chǎn)品內(nèi)固定器件的抗拉強(qiáng)度是66. 44MPa，彈性模量是0. 39GPa。彎曲強(qiáng)度 101. 07MPa,彎曲模量是 4. 2IGPa0實施例4內(nèi)固定器件的制備將聚乙醇酸(PGA)、平均粒徑為IOnm的羥基磷灰石HAP分別干燥后進(jìn)行混合得到復(fù)合材料，其中HAP含量40wt %，聚乙醇酸(PGA)的含量為60wt %，混合溫度為230°C，混合攪拌轉(zhuǎn)速為lOOr/min。將復(fù)合材料;3min內(nèi)擠壓到微型注射機(jī)的料筒中，填滿壓實，排除氣泡。設(shè)定料筒溫度230°C，模具溫度100°C，注射壓力600bar，注射時間3s，保壓時間80s。保壓結(jié)束后，模具被移出，新模具被輪換進(jìn)去，待冷卻到室溫將產(chǎn)品內(nèi)固定器件取出。經(jīng)測試，產(chǎn)品內(nèi)固定器件的抗拉強(qiáng)度是64. 97MPa，彈性模量是0. 53MPa。彎曲強(qiáng)度 108. 76MPa,彎曲模量 3. 3GPa。
實施例5內(nèi)固定器件的制備將聚乙醇酸(PGA)、平均粒徑為SOOnm的磷酸三鈣(TCP)分別干燥后進(jìn)行混合得到復(fù)合材料，其中聚乙醇酸的含量是85wt%，磷酸三鈣(TCP)的含量是15wt%，混合溫度 225°C，混合攪拌轉(zhuǎn)速100r/min。將復(fù)合材料;3min內(nèi)擠壓到微型注射機(jī)的料筒中，填滿壓實，排除氣泡。設(shè)定料筒溫度225°C，模具溫度100°C，注射壓力800bar，注射時間10s，保壓時間60s。保壓結(jié)束后， 模具被移出，新模具被輪換進(jìn)去。待冷卻到室溫將產(chǎn)品內(nèi)固定器件取出。經(jīng)測試，產(chǎn)品內(nèi)固定器件的抗拉強(qiáng)度是57. 49MPa，彈性模量是0. 44MPa。彎曲強(qiáng)度 105. 06MPa,彎曲模量 3. 48GPa。實施例6內(nèi)固定器件的制備將PLLA、平均粒徑為300nm的磷酸三鈣(TCP)分別干燥后進(jìn)行混合得到復(fù)合材料， 其中PLLA的含量80wt %，磷酸三鈣的含量20wt %，混合溫度250°C，混合攪拌轉(zhuǎn)速IOOr/
mirio將復(fù)合材料;3min內(nèi)擠壓到微型注射機(jī)的型腔中，填滿壓實，排除氣泡。設(shè)定料筒溫度250°C，模具溫度150°C，注射壓力780bar，注射時間是k，保壓時間是60s。保壓結(jié)束后，模具被移出，新模具被輪換進(jìn)去。待冷卻到室溫將產(chǎn)品內(nèi)固定器件取出。經(jīng)測試，產(chǎn)品內(nèi)固定器件的抗拉強(qiáng)度63. 39MPa,彈性模量0. 57MPa。彎曲強(qiáng)度 119. 09MPa，彎曲模量 3. 6IGPa0實施例7內(nèi)固定器件的制備將聚碳酸酯、平均粒徑為600nm的磷酸三鈣(TCP)分別干燥后進(jìn)行混合得到復(fù)合材料，其中聚碳酸酯的含量90wt%，磷酸三鈣的含量10wt%，混合溫度235°C，混合攪拌轉(zhuǎn)速 100r/mino將復(fù)合材料;3min內(nèi)擠壓到微型注射機(jī)的型腔中，填滿壓實，排除氣泡。設(shè)定料筒溫度235°C，模具溫度150°C，注射壓力800bar，注射時間k，保壓時間70s。保壓結(jié)束后，模具被移出，新模具被輪換進(jìn)去。待冷卻到室溫將產(chǎn)品內(nèi)固定器件取出。經(jīng)測試，產(chǎn)品內(nèi)固定器件的抗拉強(qiáng)度65. 45MPa,彈性模量0. 53MPa。彎曲強(qiáng)度 110. 65MPa，彎曲模量 4. 78GPa。實施例8內(nèi)固定器件的制備將聚己內(nèi)酯、平均粒徑為500nm的磷酸鈣分別干燥后進(jìn)行混合得到復(fù)合材料，其中聚己內(nèi)酯的含量為95wt%，磷酸鈣的含量為5wt%，混合溫度為220°C，混合攪拌轉(zhuǎn)速為 100r/mino將復(fù)合材料;3min內(nèi)擠壓到微型注射機(jī)的型腔中，填滿壓實，排除氣泡。設(shè)定料筒溫度220°C，模具溫度150°C，注射壓力800bar，注射時間k，保壓時間70s。保壓結(jié)束后，模具被移出，新模具被輪換進(jìn)去。待冷卻到室溫將產(chǎn)品內(nèi)固定器件取出。經(jīng)測試，產(chǎn)品內(nèi)固定器件的抗拉強(qiáng)度66. 78MPa,彈性模量0. 67MPa。彎曲強(qiáng)度116. 89MPa，彎曲模量 5. 67GPa。 在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件的制備方法，其特征在于，采用混合注塑一體化工藝，將可降解高分子與無機(jī)顆?；旌虾笾苯舆M(jìn)行注塑制備成所述可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，以可降解高分子與無機(jī)顆粒的總重量計，所述可降解高分子占60 99wt %，所述無機(jī)顆粒占1 40wt %。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述可降解高分子為聚左旋乳酸、聚消旋乳酸、聚乙醇酸、聚二噁烷酮，聚碳酸酯，聚己內(nèi)酯中的一種或它們的共聚物或者混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述無機(jī)顆粒為納米無機(jī)顆粒，選自羥基磷灰石、磷酸三鈣、硫酸鈣、磷酸鈣、硫酸鎂中的一種或它們的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述混合注塑一體化工藝包括以下步驟(a)將所述可降解高分子、無機(jī)顆粒送入到混合裝置進(jìn)行攪拌，混合均勻后得到復(fù)合材料；(b)將所述復(fù)合材料擠壓到料筒中，擠壓時間<:3min ；(c)將所述料筒移入到注塑機(jī)中；(d)所述復(fù)合材料在模具中經(jīng)氣壓注塑成型得到所述可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(a)中所述攪拌速度為 50-100r/min ；混合的溫度為 170°C _250°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述注塑溫度為170°C-250°C，模具的溫度50°C _150°C，注射壓力600bar-800bar，注射時間2s_10s，保壓時間50s_80s。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述可降解高分子、無機(jī)顆粒預(yù)熱前還進(jìn)行干燥，將所述可降解高分子、無機(jī)顆粒中的水含量降低至< 5wt%。
9.一種可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一種所述的制備方法制備。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可吸收復(fù)合內(nèi)固定器件，其特征在于，所述內(nèi)固定器件為內(nèi)固定加壓螺釘、界面螺釘或內(nèi)固定板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可降解復(fù)合內(nèi)固定器件的制備方法。該方法將可降解高分子與具有生物活性的無機(jī)顆粒經(jīng)過混合注塑一體化的工藝，制備成體內(nèi)可降解吸收的復(fù)合內(nèi)固定器件。采用本發(fā)明方法制得的各種內(nèi)固定器件具有很好的力學(xué)強(qiáng)度，生物相容性好，在體內(nèi)可降解吸收。
文檔編號A61L31/06GK102490308SQ20111044388
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者劉昌勝, 李明月, 王靖 申請人:華東理工大學(xué)