具有形狀記憶的生物降解醫用體外固定材料及製備方法
2023-10-30 18:55:42
專利名稱：具有形狀記憶的生物降解醫用體外固定材料及製備方法
技術領域：
本發明涉及一種具有形狀記憶的生物降解醫用體外固定材料。
本發明還涉及上述材料的製備方法。
背景技術：
目前醫療外科固定材料採用的是石膏、有機高分子材料等。有機高分子材料中有熱固性泡沫材料以及熱塑性材料如聚-己內酯等。通用的石膏固定材料的缺點有不能透過X-射線，密度大、不透氣、易潮溼、易破損、不衛生、不透X光、不利於環保、操作繁瑣、以及不能二次成型等，這些缺點使得如果患者在用石膏固定患處，需要進行射線檢查時必須除掉石膏，如果塑性不好也不能進行修理，只能拆掉重做。
熱固性泡沫材料雖然在密度、透氣性、透過射線能力上要強於石膏，但是其成型工藝較為複雜，另外發泡時放熱可能會灼傷需固定部位的皮膚。而通用熱塑性聚酯的缺點是可塑性溫度都在100℃以上，所以人體很難接受這個溫度。
自20世紀60年代以來，聚γ-己內酯(PCL polycaprolacton)以其優越的可生物降解性，開始得到廣泛關注。PCL是一種半結晶型聚合物，其熔點為59～64℃，玻璃化溫度為-60℃。PCL具有很好的柔韌性和加工性，同時這種材料具有很好的生物相容性。這種結構特點，一方面使其具有了形狀記憶性。形狀記憶高分子材料就是在一定條件下被賦予一定的形狀(起始態)，當外部條件發生變化時，它可相應地改變形狀並將其固定下來(變形態)，如果外部環境以特定的方式和規律再一次發生變化，形狀記憶高分子材料便可逆地恢復到起始態。整個過程完成了一個循環從記憶起始態→固定變形態→恢復起始態。另一方面，該材料本身或與澱粉等物質共混，可製得完全生物降解材料。目前，這兩方面的特性已在很多領域得到應用，尤其是在醫療方面，如膠帶、繃帶、矯正器、縫合線、藥物緩釋劑等。形狀記憶骨科外固定熱塑夾板或網狀繃帶不但可以取代石膏繃帶，應用於骨科外固定，取代高溫塑料應用於康復矯形，更重要的是它可以對傳統石膏繃帶無法固定的部位進行固定。可以用於手指、腕、肘關節、肩關節、上肢、鼻骨、腳、踝、膝關節、下肢、頭部、頸部、肋骨、脊柱、骨盆各種靜態固定及開放性骨折等全固定或半固定，放射治療模型等也可採用。特點是輕、薄透氣性強、可塑性強，可反覆塑型，並可重複使用以降低成本，100％X射線透射率，便於隨時作放射檢查及治療。透氣性強，克服了因石膏不透氣導致皮膚紅腫、搔癢等缺陷。在骨折固定時強度高於石膏繃帶數倍，並具有極高的韌性，不會斷裂。輕便，重量僅為普通石膏的八分之一左右，有利於病人肢體功能的恢復；厚度僅為3.0毫米左右。
國內市場上骨科外固定材料有氨綸彈性繃帶、自粘繃帶、網狀繃帶，這類材料價格昂貴，每噸價格40-80萬元人民幣。醫用杜仲膠板的價格為20-40萬元/噸。杜仲醫用膠板性能相近的骨科外固定熱塑PCL夾板價格為20～30萬元/噸。
隨著人們生活水平的提高，人們對高檔新型醫用材料的需求量將穩步提高，杜仲膠板完全可能成為傳統醫用石膏的替代產品醫療制度改革和人們收入的水準使進口醫用高分子材料的市場空間在短期內難以再度擴大。
發明內容
本發明的目的在於提供一種具有形狀記憶的生物降解醫用體外固定材料。
本發明的另一目的在於提供上述材料的製備方法。
本發明提供的材料在55～70℃溫水中即有可塑性，該材料具有透氣性好，密度小，對身體無任何毒性，手術時操作簡單、可重複使用、安全、方便、清潔、舒適等特點，而且降解產物對環境不造成任何汙染。透X-射線性能好等特點。是綠色環保材料，材料被理入地下，自然條件下10到20個月可以自行降解。
為實現上述目的，本發明提供的具有形狀記憶的生物降解醫用體外固定材料主要成份是聚乳酸，另外，可以添加聚γ-己內酯、無機礦物質填料(碳酸鈣、鈦白粉、滑石粉、硫酸鋇、蒙託土)、矽烷偶聯劑、白油、著色劑等組分。
其組成配比(重量百分比)為聚乳酸，數均分子量為5000-200000，聚乳酸的左旋含量為50-99％；40-100％，聚己內酯0-30％，無機填料為碳酸鈣、鈦白粉、滑石粉、硫酸鋇或蒙脫土0-60％，矽烷偶聯劑0-1.5％，著色劑0-1.5％。
本產品的價格低，價格為5～7萬/噸，與其它產品相比具有明顯的市場競爭優勢。以前臂骨折治療為例，對石膏繃帶和本高分子材料進行比較一例前臂骨折術後固定，用石膏繃帶需兩卷，材料費用在32元-60元之間(不考慮返工所用材料)，且石膏繃帶使用後即成為垃圾；用高分子材料固定，需用200克左右，若用進口材料費用為120-150元，若用杜仲膠板費用為30-60元，而用本發明提供的產品僅用10～15元，並且可重複使用。
本發明用於製備上述材料的方法，是採用原料共混、熱塑性板材製造、多孔板製造、多孔板處理和固定板形狀處理的方法製成。或者採用原料共混、擠出成絲、編織成網狀繃帶。在使用時將固定材料放在溫水中，使其軟化；將固定材料取出敷於需要固定或矯形或定位的身體部位，進行塑型操作，隨著溫度的降低，材料將完全硬化。該固定材料具有記憶功能，即將已經塑型的固定材料升溫的時候，它將自動恢復到原來的形狀。該固定材料具有透氣耐水、強度高、韌性好、對皮膚不會產生過敏現象、可多次塑型、操作方便及可生物降解等優點。
本發明提供的製備方法，其主要步驟如下·將聚乳酸、聚γ-己內酯、礦物質填料(碳酸鈣、鈦白粉、滑石粉、硫酸鋇、蒙脫土)、矽烷偶聯劑(γ-氨基丙基三乙氧基矽烷(KH-550)，γ-縮水甘油醚氧丙基三甲基矽烷(KH-560)，γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷(KH-570))、著色劑(各類有機顏料)等預混，雙螺杆擠出機混合擠出、造粒；其中礦物質填料可以選擇填料中的一種或多種。
· 將造好粒的原料在擠板機上擠出壓延、注塑、壓塑等常規的塑料加工方法製成平板；· 製成多孔板將製成的板材在打孔裝置上打出規則均勻分布的、形狀一致的圓孔。
· 多孔板的熱處理將製成的多孔板浸入溫度55-70℃的溫水中，在空氣中慢慢冷卻至室溫；· 多孔板的表面處理將多孔板的表面均勻的塗上一層醫用矽膠· 多孔板的形狀處理按照所需固定部位的形狀，將板材剪成相應的形狀和幾何尺寸即可。
或者· 將造好粒的原料在制網擠出機擠出成網後，按壓延、注塑、壓塑等常規的塑料加工方法製成網；· 網的熱處理將製成的網浸入溫度55-70℃的溫水中，在空氣中慢慢冷卻至室溫；· 網的表面處理在網表面均勻塗上一層醫用矽膠· 按所需寬度裁剪和切割，收捲成卷狀。
· 網的形狀處理按照所需固定部位的寬度、形狀，將板材剪成相應的形狀和幾何尺寸即可。
或者· 將造好粒的原料擠出成絲、編織成網狀繃帶；· 將製成的網狀繃帶浸入55-70℃的溫水中，在空氣中冷卻至室溫；· 在網狀通用帶表面均勻塗上一層醫用矽膠；· 裁剪、包裝成產品。
本發明的材料使用方法是將所需形狀確定的固定材料放入55-70℃溫水中，待固定材料變軟後取出，放在所需固定的部位塑性；固定前可在患處纏紗布，也可直接與皮膚接觸。拆除時只需用電吹風加熱固定材料即可拆除。
本發明的材料具有以下特點1、透氣耐水性好本發明的材料是多孔板材或多孔網狀材料，孔所佔面積佔板材面積的1/3-4/5，所以透氣性好；2、力學性能好在使用時不會發生折斷、拉斷、破損等，產品韌性好；3、X-射線透過能力強使用本發明的材料進行X-射線檢查，不需拆除固定材料；4、堆密度小本產品體積密度0.9-1.3g/mm3；
5、可無水加熱使用當產品固定成型後可以對所需改動的地方加熱，如電吹風即可進行二次塑型固定。
6、方便醫生操作將本發明的材料放在溫水中可長期保存，操作簡便，在使用時一個人即可完成操作；7、能夠進行重複使用由於本發明的材料具有記憶性，二次加熱至塑性溫度即可恢復到原來形狀；8、廢棄後可生物降解聚乳酸是公認的完全生物降解材料，廢棄物可完全降解，對環境不會造成汙染。
具體實施例方式
實施例1原料配比(重量百分比)聚乳酸(數均分子量55000，左旋含量為88％)60％，800目碳酸鈣37％，γ-氨基丙基三乙氧基矽烷(KH-550矽烷偶聯劑)1％，著色劑透明黃3G 0.5％，白油1.5％，預混；在雙螺杆擠出機中完成混合造粒。然後將造好粒子在沸騰床內乾燥，在擠板機上完成擠出、壓延成板；再將平板進行熱處理，在衝床上完成打孔，剪裁成不同規格，包裝成產品。同樣，在制網擠出機擠出成網後，經壓延、壓塑、保溫、冷卻等常規的塑料加工方法製成網，再經過剪裁、卷取、包裝成產品。
該兩種產品的軟化溫度為60℃。使用時，將固定板材浸在60℃溫水中，2～5分鐘後即可取出在患處完成形狀固定處理或捆綁固定處理，待溫度低於45℃後即可完成塑性，即整個操作完成。
實施例2聚乳酸的數均分子量55000，左旋含量為92％，原料組成和製備操作同實施例1相同，產品的軟化溫度為65℃。
實施例3聚乳酸的數均分子量55000，左旋含量為85％，原料組成和製備操作同實施例1相同，製品的軟化溫度為56℃。
實施例4聚乳酸的數均分子量96000，左旋含量為88％，原料組成和其它製備操作同實施例1相同，產品的軟化溫度為61℃。
實施例5聚乳酸的數均分子量153000，左旋含量為88％，原料組成和其它製備操作同實施例1相同，產品的軟化溫度為62℃。
實施例6實施例1中的碳酸鈣用鈦白粉替換，原料組成和其它製備操作同實施例1相同，產品的軟化溫度為60℃。
實施例7實施例1中的碳酸鈣用滑石粉替換，原料組成和其它製備操作同實施例1相同，產品的軟化溫度為61℃。
實施例8實施例1中的碳酸鈣用硫酸鋇替換，原料組成和其它製備操作同實施例1相同，產品的軟化溫度為62℃。該產品不能透過X射線，因此不能用於需要X射線檢測的固定應用。
實施例9實施例1中的碳酸鈣用蒙脫土替換，原料組成和其它製備操作同實施例1相同，產品的軟化溫度為60℃。
實施例10實施例1中的KH-550矽烷偶聯劑用KH-560矽烷偶聯劑替換，原料組成和其它製備操作同實施例1相同，產品的軟化溫度為61℃。
實施例11實施例1中的KH-550矽烷偶聯劑用KH-570矽烷偶聯劑替換，原料組成和其它製備操作同實施例1相同，產品的軟化溫度為61℃。
實施例12實施例1中的聚乳酸用量40％，聚γ-己內酯20％(數均分子量為85000)，原料組成和其它製備操作同實施例1相同，產品的軟化溫度為58℃。
實施例13實施例1中的原料配比(重量百分比)聚乳酸60％，聚己內酯30％(數均分子量為85000)，白油1.5％，KH-550矽烷偶聯劑1.5％，著色劑1％，蒙脫土6％；製備操作同實施例1相同。產品的軟化點為59℃。
用KH-560矽烷偶聯劑或KH-570矽烷偶聯劑替代KH-550矽烷偶聯劑，產品的軟化溫度變化不大。
實施例14實施例1中的聚乳酸用量100％，補加其它添加劑或填料，產品製備操作同實施例1相同，產品的軟化溫度為61℃。
實施例15實施例1中的原料配比(重量百分比)聚乳酸60％，蒙脫土40％；製備操作同實施例1相同。產品的軟化點為62℃。
用鈦白粉、滑石粉、硫酸鋇、蒙託土替代實施例15中的碳酸鈣，其產品的軟化溫度基本變化不大。
實施例16實施例1中的原料配比(重量百分比)聚乳酸99％，γ-氨基丙基三乙氧基矽烷(KH-550矽烷偶聯劑)1％；製備操作同實施例1相同。產品的軟化點為63℃。用鈦白粉、滑石粉、硫酸鋇、蒙託土替代實施例13中的碳酸鈣，其產品的軟化溫度基本變化不大。用KH-560矽烷偶聯劑或KH-570矽烷偶聯劑替代KH-550矽烷偶聯劑，產品的軟化溫度基本相同。
實施例17實施例1中的原料配比(重量百分比)聚乳酸99.5％，著色劑透明黃3G 0.5％；製備操作同實施例1相同。產品的軟化點為61℃。
權利要求
1.一種具有形狀記憶的生物降解醫用體外固定材料，組成配比按重量百分比為聚乳酸40-100％，聚己內酯0-30％，無機填料0-60％，矽烷偶聯劑0-1.5％，著色劑0-1.5％；所述無機填料為碳酸鈣、鈦白粉、滑石粉、硫酸鋇和蒙脫土中和一種或兩種以的混合物；所述矽烷偶聯劑為γ-氨基丙基三乙氧基矽烷，γ-縮水甘油醚氧丙基三甲基矽烷或γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷。所述著色劑為有機油溶性染料，著色劑的種類有幾百種，根據具體顏色需要，可以用不同著色劑調節。
2.如權利要求1所述的材料，其特徵在於，所述聚乳酸的數均分子量為5000～200000，聚乳酸的左旋含量為50～99％。
3.一種製備權利要求1所述材料的方法，其主要步驟如下·將聚乳酸、聚γ-己內酯、無機填料、矽烷偶聯劑、著色劑進行預混，雙螺杆擠出機混合擠出、造粒；·將造好粒的原料在擠板機上擠出壓延、注塑、壓塑製成平板；·將製成的板材在打孔裝置上打出規則均勻分布、形狀一致的圓孔；·將製成的多孔板浸入溫度50-70℃的溫水中，在空氣中冷卻至室溫；·在多孔板表面均勻塗上一層醫用矽膠· 按照所需固定部位的形狀，將板材剪成相應的形狀和幾何尺寸。
4.一種製備權利要求1所述材料的方法，其主要步驟如下·將造好粒的原料在制網擠出機擠出成網後，按壓延、注塑、壓塑方法製成網；·將製成的網浸入50-70℃的溫水中，在空氣中冷卻至室溫；· 在網表面均勻塗上一層醫用矽膠；·裁剪、切割，收捲成卷狀。
5.一種製備權利要求1所述材料的方法，其主要步驟如下·將造好粒的原料擠出成絲、編織成網狀繃帶；·將製成的網狀繃帶浸入50-70℃的溫水中，在空氣中冷卻至室溫；·在網狀通用帶表面均勻塗上一層醫用矽膠；·裁剪、包裝成產品。
全文摘要
本發明涉及一種新型的生物降解高分子醫用體外固定材料，該材料主要成分是聚乳酸，可以添加聚γ－己內酯、無機礦物質(如碳酸鈣、鈦白粉、滑石粉、硫酸鋇、蒙脫土)、矽烷偶聯劑、著色劑等組分。加工方法之一採用混料、造粒、擠出壓延、衝孔等塑料加工方法製成。加工方法之二是採用混料、造粒、擠出編織成網狀結構製成。在使用時將板材放入55℃～70℃溫水中，使其軟化，將板材取出敷在人體需要固定或者矯形的地方進行位置固定、捆綁等塑型操作，隨著溫度的降低至室溫板材將完全硬化。該板材或編織網固定用材料具有透氣性好、耐水、強度高、形狀記憶功能、可多次重複使用、對皮膚無刺激等優點。該產品降解產物對環境不造成任何汙染，是一種綠色環保產品。
文檔編號A61L31/04GK1544096SQ20031011583
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月27日 優先權日2003年11月27日
發明者邊新超, 陳學思, 景遐斌, 楊立新, 張栓明 申請人:中國科學院長春應用化學研究所