專利名稱：一種可吸收復合內固定器件的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種可降解吸收的復合內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：
傳統的內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相容性差，容易引起應力遮擋而導致二次骨折；( 在痊愈后需要二次手術將不可降解的金屬材料取出，給患者帶來手術的痛苦和經濟負擔；C3)金屬材料的組織相容性不理想，在體內容易引起感染、炎癥等不良反應和組織壞死。因此，一種生物相容性好的可降解材料在各種內固定器械的應用中引起了很大的關注。以聚乳酸為代表的聚酯類高分子具有生物相容性好、術后無需二次手術、骨缺損愈合后材料在體內自然降解吸收的特點。但是，聚乳酸強度低、骨結合能力較差，且降解產物呈酸性，易引起無菌性炎癥反應。羥基磷灰石、磷酸三鈣等無機顆粒具有良好的生物活性和骨傳導性，但其機械性能不佳，易脆，對負荷承載性差，不能完全適應于骨組織工程的要求。納米級無機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點。通過納米無機顆粒與聚乳酸等聚合物的復合，可以提高材料的韌性，滿足內固定材料的力學性能要求，而且聚乳酸的酸性降解產物可被堿性的磷酸鹽顆粒中和，同時無機顆粒的骨引導性可提供良好的骨細胞粘附生長環境。因此復合內固定器件是加工可吸收內固定器械的研究熱點。可吸收內固定器件目前主要有以下幾種加工方法注塑成型、擠出成型結合機加工、熱壓成型、成纖模壓增強以及自增強工藝。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固定棒。鄭隆泗等(CN101293116A)采用納米beta-磷酸三鈣與聚乳酸復合材料在注塑機中成型骨界面螺釘。盡管注塑成型方法簡單，但聚乳酸原料容易發生部分熱降解，造成分子量損傷，致使產品初始強度下降較大。

發明內容
本發明的目的在于提供一種工藝簡易的可吸收復合內固定器件的制備方法及由該方法制備的可吸收復合內固定器件。本發明的第一方面，提供一種可吸收復合內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顆粒混合后直接進行注塑制備成所述可吸收復合內固定器件。根據本發明，以可降解高分子與無機顆粒的總重量計，所述可降解高分子占60 99wt %，所述無機顆粒占1 40wt %。根據本發明，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，聚己內酯中的一種或它們的共聚物或者混合物。根據本發明，所述無機顆粒為納米無機顆粒，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。根據本發明，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、無機顆粒送入到混合裝置進行攪拌，混合均勻后得到復合材料；(b)將所述復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中；(d)所述復合材料在模具中經氣壓注塑成型得到所述可吸收復合內固定器件。根據本發明，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。根據本發明，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。根據本發明，所述可降解高分子、無機顆粒預熱前還進行干燥，將所述可降解高分子、無機顆粒中的水含量降低至< 5wt%。本發明的第二方面，提供一種可吸收復合內固定器件，根據第一方面所述的制備方法制備。根據本發明，所述內固定器件為內固定加壓螺釘、界面螺釘或內固定板。本發明提供的可吸收復合內固定器件，用于骨折治療、膝關節韌帶重建或顱腦及頌面外科固定夾板。本發明提供了一種快速、可靠、經濟、高效的可吸收復合內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，能夠在短時間內完成復合材料的混合及注塑，避免聚乳酸等高分子材料的降解，制得的各種內固定器件具有很好的力學強度，生物相容性好，在體內可降解吸收。
具體實施例方式本申請的發明人經過廣泛而深入地研究，意外發現，將混合注塑一體化，能夠在短時間內完成可降解高分子與無機顆粒復合材料的混合及注塑，避免高分子材料的降解，制得的各種內固定器件具有很好的力學強度。在此基礎上，完成了本發明。制備方法本發明的可吸收復合內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顆粒混合后直接進行注塑制備成所述可吸收復合內固定器件。在本發明的一優選例中，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、無機顆粒送入到混合裝置進行攪拌，混合均勻后得到復合材料；(b)將所述復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中；(d)所述復合材料在模具中經氣壓注塑成型得到所述可吸收復合內固定器件。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， 聚己內酯中的一種或它們的共聚物或者混合物。所述無機顆粒為納米無機顆粒，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。所述納米無機顆粒的平均粒徑為10-800nm。以可降解高分子與無機顆粒的總重量計，所述可降解高分子占60 99wt%，所述無機顆粒占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。在另一優選例中，所述可降解高分子、無機顆粒在預熱前還進行干燥，將所述可降解高分子、無機顆粒中的水含量降低至< 5wt%。本發明使用的模具根據所制備的內固定器件的形狀進行設計。本發明提供了一種快速、可靠、經濟、高效的可吸收復合內固定器件的加工辦法。 本發明采用混合注塑一體化的工藝，通過優化工藝將納米無機顆粒與可降解聚合物復合材料制備成各種內固定器件。可降解高分子材料在高溫下很容易降解，分子鏈斷裂后導致力學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過高溫成型過程的熱分解。在本發明中，干燥好的原料經過預熱再注入料筒。為了避免可降解高分子在高溫下降解，本發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，能夠在短時間內完成復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備，有效避免材料與氧氣直接接觸導致的氧化分解。由于生產內固定的高分子原料價格昂貴，且熱穩定很差，粘度很高，并且與無機顆粒復合更影響了它的流動性，而內固定器件一般具有精密的螺紋以及內部中空結構，因此用常規的加工方法很難得到外形復雜的內固定器件。本發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，同時本發明可以采用小型投料裝置，可減少材料的浪費，有效節省原料，適于加工昂貴的納米醫用復合材料。且本發明將混合好的原料在注塑機中壓實填滿，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固定器件。除非另行定義，文中所使用的所有專業與科學用語與本領域熟練人員所熟悉的意義相同。此外，任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用于本發明方法中。文中所述的較佳實施方法與材料僅作示范之用。應理解，在本發明范圍內中，本發明的上述各技術特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術特征之間都可以互相組合，從而構成新的或優選的技術方案。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。下面結合具體實施例，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。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件或按照制造廠商所建議的條件。實施例1
內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分別干燥后進行混合得到復合材料，PLLA的質量分數是SOwt %，納米羥基磷灰石HAP的質量分數是20wt %。設定混合溫度170°C，混合攪拌轉速50r/min。將復合材料在:3min內擠壓到微型注射機的料筒中，填滿壓實，排除氣泡。設定料筒溫度170°C，模具溫度100°C，注射壓力750bar，注射時間3s，保壓時間50s。保壓結束后， 模具被移出，新模具被輪換進去。待冷卻到室溫將產品內固定器件取出。經測試，產品內固定器件的抗拉強度是62. 14MPa，彈性模量是0. 49GPa。彎曲強度 128. 43MPa 彎曲模量 4. 18GPa。實施例2內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分別干燥后進行混合得到復合材料，其中HAP的質量分數是15wt%，聚消旋乳酸PDLA的質量分數是85wt%，混合溫度213°C，混合攪拌轉速70r/min。將復合材料在:3min內擠壓到微型注射機的料筒中，填滿壓實，排除氣泡。設定料筒溫度2^°C，模具溫度50°C，注射壓力780bar，注射時間5s，保壓時間60s。保壓結束后， 模具被移出，新模具輪換進去，待冷卻到室溫將產品內固定器件取出。經測試，產品內固定器件的抗拉強度是61. 76MPa，彈性模量是0. 48GPa。彎曲強度 97. 45MPa,彎曲模量是 3. 4GPa。實施例3內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分別干燥后進行混合得到復合材料，其中HAP的含量是30wt%，PLGA的含量是70wt%，混合溫度 220°C，混合攪拌轉速100r/min。將復合材料;3min內擠壓到微型注射機的料筒中，填滿壓實，排除氣泡。設定料筒溫度220°C，模具溫度100°C，注射壓力780bar，注射時間7s，保壓時間70s。保壓結束后，將模具取出，新模具被輪換進去，待冷卻到室溫將產品內固定器件取出。經測試，產品內固定器件的抗拉強度是66. 44MPa，彈性模量是0. 39GPa。彎曲強度 101. 07MPa,彎曲模量是 4. 2IGPa0實施例4內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分別干燥后進行混合得到復合材料，其中HAP含量40wt %，聚乙醇酸(PGA)的含量為60wt %，混合溫度為230°C，混合攪拌轉速為lOOr/min。將復合材料;3min內擠壓到微型注射機的料筒中，填滿壓實，排除氣泡。設定料筒溫度230°C，模具溫度100°C，注射壓力600bar，注射時間3s，保壓時間80s。保壓結束后，模具被移出，新模具被輪換進去，待冷卻到室溫將產品內固定器件取出。經測試，產品內固定器件的抗拉強度是64. 97MPa，彈性模量是0. 53MPa。彎曲強度 108. 76MPa,彎曲模量 3. 3GPa。
實施例5內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)分別干燥后進行混合得到復合材料，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，混合攪拌轉速100r/min。將復合材料;3min內擠壓到微型注射機的料筒中，填滿壓實，排除氣泡。設定料筒溫度225°C，模具溫度100°C，注射壓力800bar，注射時間10s，保壓時間60s。保壓結束后， 模具被移出，新模具被輪換進去。待冷卻到室溫將產品內固定器件取出。經測試，產品內固定器件的抗拉強度是57. 49MPa，彈性模量是0. 44MPa。彎曲強度 105. 06MPa,彎曲模量 3. 48GPa。實施例6內固定器件的制備將PLLA、平均粒徑為300nm的磷酸三鈣(TCP)分別干燥后進行混合得到復合材料， 其中PLLA的含量80wt %，磷酸三鈣的含量20wt %，混合溫度250°C，混合攪拌轉速IOOr/
mirio將復合材料;3min內擠壓到微型注射機的型腔中，填滿壓實，排除氣泡。設定料筒溫度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。保壓結束后，模具被移出，新模具被輪換進去。待冷卻到室溫將產品內固定器件取出。經測試，產品內固定器件的抗拉強度63. 39MPa,彈性模量0. 57MPa。彎曲強度 119. 09MPa，彎曲模量 3. 6IGPa0實施例7內固定器件的制備將聚碳酸酯、平均粒徑為600nm的磷酸三鈣(TCP)分別干燥后進行混合得到復合材料，其中聚碳酸酯的含量90wt%，磷酸三鈣的含量10wt%，混合溫度235°C，混合攪拌轉速 100r/mino將復合材料;3min內擠壓到微型注射機的型腔中，填滿壓實，排除氣泡。設定料筒溫度235°C，模具溫度150°C，注射壓力800bar，注射時間k，保壓時間70s。保壓結束后，模具被移出，新模具被輪換進去。待冷卻到室溫將產品內固定器件取出。經測試，產品內固定器件的抗拉強度65. 45MPa,彈性模量0. 53MPa。彎曲強度 110. 65MPa，彎曲模量 4. 78GPa。實施例8內固定器件的制備將聚己內酯、平均粒徑為500nm的磷酸鈣分別干燥后進行混合得到復合材料，其中聚己內酯的含量為95wt%，磷酸鈣的含量為5wt%，混合溫度為220°C，混合攪拌轉速為 100r/mino將復合材料;3min內擠壓到微型注射機的型腔中，填滿壓實，排除氣泡。設定料筒溫度220°C，模具溫度150°C，注射壓力800bar，注射時間k，保壓時間70s。保壓結束后，模具被移出，新模具被輪換進去。待冷卻到室溫將產品內固定器件取出。經測試，產品內固定器件的抗拉強度66. 78MPa,彈性模量0. 67MPa。彎曲強度116. 89MPa，彎曲模量 5. 67GPa。 在本發明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發明的上述講授內容之后，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。
權利要求
1.一種可吸收復合內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顆粒混合后直接進行注塑制備成所述可吸收復合內固定器件。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，以可降解高分子與無機顆粒的總重量計，所述可降解高分子占60 99wt %，所述無機顆粒占1 40wt %。
3.根據權利要求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，聚己內酯中的一種或它們的共聚物或者混合物。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述無機顆粒為納米無機顆粒，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.根據權利要求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、無機顆粒送入到混合裝置進行攪拌，混合均勻后得到復合材料；(b)將所述復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中；(d)所述復合材料在模具中經氣壓注塑成型得到所述可吸收復合內固定器件。
6.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述可降解高分子、無機顆粒預熱前還進行干燥，將所述可降解高分子、無機顆粒中的水含量降低至< 5wt%。
9.一種可吸收復合內固定器件，其特征在于，根據權利要求1 8中任一種所述的制備方法制備。
10.根據權利要求9所述的可吸收復合內固定器件，其特征在于，所述內固定器件為內固定加壓螺釘、界面螺釘或內固定板。
全文摘要
本發明涉及一種可降解復合內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顆粒經過混合注塑一體化的工藝，制備成體內可降解吸收的復合內固定器件。采用本發明方法制得的各種內固定器件具有很好的力學強度，生物相容性好，在體內可降解吸收。
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 優先權日2011年12月26日
發明者劉昌勝, 李明月, 王靖 申請人:華東理工大學