專利名稱：一種以pbc為增韌劑的pla可吸收骨釘及其制備方法
技術領域：
本發明屬生物醫用材料的應用領域，特別是涉及一種以PBC為增韌劑的PLA可吸收骨釘及其制備方法。
背景技術：
全球人口正在快速老齡化。據聯合國人口基金預測，未來5年，65歲及以上人數將在人類歷史上首次超過5歲以下兒童人數，發展中國家的人口變化將尤其顯著。世界衛生組織提供的數字顯示，自1980年以來，60歲及以上人口數量已經翻倍；到2050年，80歲及以上人口數量將近是現在的4倍，達到3. 95億人。中國預計將在2026年至2027年進入“老齡社會”。中國老齡人數占世界首位。當世界“變老” 一2012年世界衛生日關 注“老齡化與健康”呂諾新華社2012-04-07，而伴隨著人口老齡化社會的來臨，骨質疏松癥等由于年老體衰帶來的骨折問題將急劇增加。據新華社電，我國骨質疏松疾病防治形勢嚴峻，骨質疏松在60歲以上人群中發病率為56%，而由骨質疏松導致的骨折問題更是成為了困擾老年人身心健康的一大病癥。比如我國髖骨骨折后一年之內，患者死于各種合并癥的多達20%，存活者中約50%致殘，生活不能自理60歲以上老人五成六骨質疏松廣州日報2011-10-17。傳統骨折治療方法是在骨折處釘入起固定作用的骨釘，因此骨釘是常見的醫學骨修復機械工具。目前，市場上常見的骨釘分為傳統骨釘以及新型可降解骨釘兩大類。傳統的骨釘采用金屬材料(不銹鋼、鈦及鈦合金)或陶瓷制成，這些材料具有強度高、機械性能好、韌性好的優點；其缺點是由于骨和金屬剛性差別導致愈合緩慢，易引起局部發炎，待患處愈合后還需對病人進行第二次手術，將骨內的金屬釘取出，而二次手術后留下的空洞難以愈合，成為患者造成二次骨折的潛在危險因素張小農等.生物體內可吸收的Mg-Zn-Fe三元鎂合金材料何國等.纖維燒結多孔鈦骨釘的制備方法(200910045071)。由于金屬骨釘的上述缺陷，生物相容性好且可降解金屬骨釘的發明深受歡迎，它克服了傳統骨釘不可降解、需二次取出的缺點。但可降解金屬材料中不可避免含有重金屬物質，降解過程中很可能造成患者重金屬中毒，或給患者腎臟造成一定的壓力高家誠等.一種高強度可降解生物醫用鎂合金及其制備方法(20091010815)任伊賓等.生物醫用可控降解吸收高分子金屬復合植入材料及其應用(200520047093)張二林等.醫用可吸收Mg-Si鎂合金(200810012778)。新型的以可降解高分子材料為基體材料的骨釘逐漸進入了骨固定領域。近年來常見并被廣泛使用的骨釘材料有PLA、PGA等，此類材料除了能克服傳統骨釘不降解、需二次手術取出的缺點外，同時具備了良好的生物相容性和人體可吸收性Po-ChunChang，Bu-Yuan Liu，Cheng Meei Liuj Hsin-Hua Chou，Ming-Hua Ho,Hwa-ChangLiu，Da-Ming Wang, Lein-Tuan Houj iiBone tissue engineering with novel rhBMP2_PLLAcomposite scaffolds”Biomedical Materials Research Part A，4，771-780(2007)。PLA的生產原料乳酸是從玉米淀粉中制得的，是生物體(包括人體)中常見的天然化合物，通過乳酸環化二聚物的化學聚合或乳酸的直接聚合可以得到高分子量的聚乳酸。以聚乳酸為原料得到的制品，具有良好的生物相容性、生物可吸收性以及很好的生物降解性和較好的抗熱性。PLA是一種新型的可完全生物降解的合成材料，其制品廢棄后在土壤或海水中經微生物作用可分解為二氧化碳和水，燃燒時不會散發毒氣，不會造成污染，所以說這是一種對環境非常友好的聚合物。PLA有一個特點，即在自然條件下降解速率較慢，有人用PLA增韌陶瓷基材料制備骨內置材料Charlene M. Flahiff，Angela S. Blackwell, J.Marcus, and Dale S.Feldman, “Analysis of a biodegradable composite for bonehealing” 0021-9304/96/030419-06，在改善了力學性能和生物相容性的同時也改變了降解性能。但PLA材料也有一個致命弱點，就是脆性太大，也就是韌性欠佳，這個缺點使得PLA不太適合于制備可降解骨釘，必須要加以改性以改善其韌性。李乃祥等人(李乃祥等，聚乳酸增韌改性的方法，200610097261. 5)采用熔點在125 200°C之間的共聚酯作為聚乳酸增韌共混改性劑，這些共聚酯是采用間苯二甲酸、己二胺、I，4-丁二醇等作為第三單體對PET進行改性而獲得的，本改性方法工藝路線較長，先后需進行共聚和共混，所以質量的穩定性控制是一個難題。俞臻陽等人(俞臻陽等，增韌增強聚乳酸納米復合材料及其制備方法，200710039958. I)制備了一種二次功能化有機改性蒙脫土(TFC)，并用其增韌增強生物可降解聚乳酸納米復合材料，據稱該新型雙官能團有機改性蒙脫土能增大蒙脫土層間與聚合物 分子的粘接力，該法先要對蒙脫土進行改性，然后共混增韌，工藝路線同樣比較長。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種以生物可降解高聚物聚碳酸丁二酯(PBC)為增韌劑的聚乳酸(PLA)可吸收骨釘及其制備，該生物可降解骨釘具有優良的機械性能以及良好的生物相容性，所添加的羥基磷灰石具有醫用修復作用，骨釘的可降解性能徹底免除了常規金屬骨釘取出時所需進行的二次手術及對患者造成的再次傷害。本產品降解周期可以適當調整，降解產物無毒無害，且制備方法簡單，適合于工業化生產。本發明的一種以生物可降解高聚物聚碳酸丁二酯(PBC)為增韌劑的聚乳酸(PLA)可吸收骨釘，該骨釘為復合材料制備而成的螺釘，所述的復合材料為基體材料PLA、增韌劑PBC和添加劑羥基磷灰石(HAP)的共混物。其中PLA占主要地位，為骨釘的基體材料；作為增韌劑的PBC和作為添加劑的HAP通過共混均勻分散在PLA基體中起到增韌和醫用修復作用。其中PLA在所述骨釘中的重量百分比為70、8%，PBC在骨釘中的重量百分比為I. 5 25%，HAP在骨釘中的重量百分比為0. 5 5%。所述的可吸收骨釘是通過熔融共混注塑、拉伸和切削加工制備而成的，所述的可吸收骨釘的作用段直徑范圍為Γ8_。本發明的一種以生物可降解高聚物PBC為增韌劑的PLA可吸收骨釘的制備方法，包括(I)將PBC、PLA和HAP分別烘干去除水分；(2 )將烘干后的PBC、PLA和HAP按配比進行加熱共混，然后注塑成圓柱形PBC/PLA/HAP復合樣條；(3)將復合樣條在熱空氣中進行拉伸以提高混合物的力學性能，獲得拉伸樣條；(4)對拉伸樣條進行切削加工，制成螺釘即得所述的以PBC為增韌劑的PLA可吸收骨釘。所述步驟(I)中的烘干溫度、時間分別為對于PBC，4(T50°C，8 10小時；對于PLA，90 10(TC，8 10小時；對于HAP，10(Tl2(TC，8 10小時。所述步驟(2)中加熱共混的溫度范圍為17(Tl90°C，所注塑的圓柱形PBC/PLA/HAP復合樣條直徑范圍為I. 5 12mm。所述步驟(3)中熱空氣溫度范圍為25 120°C，拉伸倍數為I飛倍。所述加熱共混采用雙螺桿共混機。本發明采用聚碳酸丁二酯(PBC)為增韌劑與PLA共混以改善PLA的韌性。PBC是一種新穎的生物可降解材料，具有良好的生物相容性及生物可降解性，尤其是PBC具備很好的韌性，因此本發明采用了 PBC與PLA共混以改善PLA的韌性。羥基磷灰石(HAP)是一種較為理想的骨修復材料，具有良好的骨傳導性和生物相容性，對骨質的恢復具有重要作用，可提高空洞愈合速率，本發明加入HAP以提高可降解骨釘的骨修復能力。有益效果(I)本發明的可降解骨釘采用PBC對PLA進行增韌改性，PBC是一種新穎的生物可降解材料，具有良好的生物相容性及生物可降解性，其降解產物為二元醇及二氧化碳，對人體沒有任何副作用。尤其是PBC具備很好的韌性，與PLA材料共混能改善其韌性，使其適于用作骨釘材料。(2) PBC的共混參入可以縮短、調整PLA的降解周期，適于制備應用于不同部位的骨釘。(3)本發明骨釘的降解是一個過程，隨著可降解材料的逐漸降解被吸收，所添加的羥基磷灰石起到了骨修復藥用作用，對打孔所造成的骨損傷有愈合功效。而傳統金屬類不降解骨釘經二次手術取出后，會留下明顯孔洞，為患者留下潛在的脆弱隱患。(4)本發明產品的制備方法簡單，流程較短、制造成本低，對環境友好，經濟效益高，可以用作傳統金屬骨釘及單純PLA骨釘的升級換代產品。
附圖是本發明的一種以PBC為增韌劑的PLA可吸收骨釘的示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發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利要求書所限定的范圍。實施例I(1)取一定量的？8(、？1^、撤 ，在一定溫度、時間下烘干去除水分。其中PLA的重量比為95%，干燥溫度為100°C，干燥時間8小時；PBC的重量比為4. 5%，干燥溫度為50°C，干燥時間8小時；HAP的重量比為O. 5%，干燥溫度為120°C，干燥時間8小時。·
(2)將烘干后的PBC、PLA、HAP在雙螺桿共混機中進行共混，共混溫度為190°C，然后注入到模具中注塑成直徑為I. 8mm的圓柱形PBC/PLA/HAP復合樣條。(3)將復合樣條置放于材料拉伸機中進行拉伸，加熱空氣溫度為120°C，拉伸倍數為2. 5倍。(4)對拉伸樣條進行切削加工，制成直徑為Imm的螺釘即得所需可降解骨釘。實施例2(1)取一定量的？8(、？1^、撤 ，在一定溫度、時間下烘干去除水分。其中PLA的重量比為90%,干燥溫度為100°C,干燥時間8小時；PBC的重量比為9%,干燥溫度為50°C,干燥時間8小時；HAP的重量比為1%,干燥溫度為120°C,干燥時間8小時。(2)將烘干后的PBC、PLA、HAP在雙螺桿共混機中進行共混，共混溫度為180°C，然后注入到模具中注塑成直徑為2. 8mm的圓柱形PBC/PLA/HAP復合樣條。(3)將復合樣條置放于材料拉伸機中進行拉伸，加熱空氣溫度為100°C，拉伸倍數為5倍。 (4)對拉伸樣條進行切削加工，制成直徑為I. 2mm的螺釘即得所需可降解骨釘。實施例3(1)取一定量的？8(、？1^、撤 ，在一定溫度、時間下烘干去除水分。其中PLA的重量比為85%,干燥溫度為10CTC,干燥時間8小時；PBC的重量比為12%,干燥溫度為50°C,干燥時間8小時；HAP的重量比為3%，干燥溫度為120°C，干燥時間8小時。(2)將烘干后的PBC、PLA、HAP在雙螺桿共混機中進行共混，共混溫度為170°C，然后注入到模具中注塑成直徑為12mm的圓柱形PBC/PLA/HAP復合樣條。(3)將復合樣條置放于材料拉伸機中進行拉伸，加熱空氣溫度為60°C，拉伸倍數為
3.5 倍。(4)對拉伸樣條進行切削加工，制成直徑為6mm的螺釘即得所需可降解骨釘。
權利要求
1.一種以PBC為增韌劑的PLA可吸收骨釘，其特征是所述的以PBC為增韌劑的PLA可吸收骨釘為復合材料制備而成的螺釘，所述的復合材料為基體材料PLA、增韌劑PBC和添加劑HAP的共混物； 其中PLA在所述骨釘中的重量百分比為70、8%，PBC在所述骨釘中的重量百分比為I.5 25%，HAP在所述骨釘中的重量百分比為O. 5 5%。
2.根據權利要求I所述的一種以PBC為增韌劑的PLA可吸收骨釘，其特征在于所述的可吸收骨釘是通過熔融共混注塑、拉伸和切削加工制備而成的，所述的可吸收骨釘的作用段直徑范圍為llmm。
3.如權利要求I所述的一種以PBC為增韌劑的PLA可吸收骨釘的制備方法，其特征是包括 (1)將PBC、PLA和HAP分別烘干去除水分； (2)將烘干后的PBC、PLA和HAP按配比進行加熱共混，然后注塑成圓柱形PBC/PLA/HAP復合樣條； (3)將復合樣條在熱空氣中進行拉伸，獲得拉伸樣條； (4)對拉伸樣條進行切削加工，制成螺釘即得所述的以PBC為增韌劑的PLA可吸收骨釘。
4.根據權利要求3所述的一種以PBC為增韌劑的PLA可吸收骨釘的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中的烘干溫度和時間分別為對于PBC，4(T50°C，8 10小時；對于PLA，90 100。。，8 10 小時；對于 HAP，10(Tl2(rC，8 10 小時。
5.根據權利要求3所述的一種以PBC為增韌劑的PLA可吸收骨釘的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中加熱共混的溫度范圍為17(Tl90°C，所注塑的圓柱形PBC/PLA/HAP復合樣條直徑范圍為I. 5 12mm。
6.根據權利要求3所述的一種以PBC為增韌劑的PLA可吸收骨釘的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中熱空氣溫度范圍為25 120°C，拉伸倍數為I飛倍。
7.根據權利要求3所述的一種以PBC為增韌劑的PLA可吸收骨釘的制備方法，其特征在于，所述加熱共混采用雙螺桿共混機。
全文摘要
本發明涉及一種以PBC為增韌劑的PLA可吸收骨釘及其制備方法，該骨釘為復合材料制備而成的螺釘，所述復合材料為基體材料PLA、增韌劑PBC和添加劑HAP的共混物；制備方法包括(1)將PBC、PLA和HAP分別烘干去除水分；(2)將烘干后的PBC、PLA和HAP按配比進行加熱共混，然后注塑成圓柱形PBC/PLA/HAP復合樣條；(3)將復合樣條在熱空氣中進行拉伸；(4)對拉伸樣條進行切削加工，制成螺釘即得所述的以PBC為增韌劑的PLA可吸收骨釘。本發明的骨釘具有優良的機械性能以及良好的生物相容性，免除了二次手術對患者的再次傷害。本產品的降解產物無毒無害，且制備方法簡單，適合于工業化生產。
文檔編號A61L31/06GK102935248SQ20121040226
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月19日 優先權日2012年10月19日
發明者楊慶, 劉馨洋, 郯志清, 沈新元, 吳文華, 吉亞麗 申請人:東華大學