專利名稱：聚(l－乳酸)骨折內固定器件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高強度聚(L-乳酸)骨折內固定器件的制造方法。
聚(L-乳酸)(簡稱PLLA)無毒，生物相容性好，在體內可完全降解吸收，醫(yī)學上得到廣泛應用。但以通常的加工成型方法，其彎曲強度和剪切強度僅分別為57～145MPa和53～61MPa，作為骨折內固定材料，力學性能不能滿足臨床上特別是皮質骨固定的要求。為提高PLLA材料的力學強度，發(fā)明了多種增強技術，其中以先熔融紡絲，拉伸制成高取向的PLLA纖維后，再集束模壓成型的自增強技術和固態(tài)擠出-拉伸技術最有代表性。自增強技術可制得初始彎曲強度為250～271MPa的自增強PLLA(SR-PLLA)棒材。固態(tài)擠出-拉伸技術是先熔融擠出或模壓PLLA成棒材或板材，然后在較低的溫度下單軸拉伸取向，可制得彎曲強度最高達270MPa的PLLA棒材。這些增強技術工藝復雜，技術和設備要求高，PLLA物料必須經受較長時間的高溫階段，分子量損失嚴重。這些都不利于PLLA的推廣應用。
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡易、設備要求不高的聚(L-乳酸)骨折內固定器件的制造方法，制造出初始彎曲強度達240～280MPa、剪切強度達160～185MPa的各種高強度的PALL接骨綁和螺釘器件。
為了達到上述目的，本發(fā)明方法以L-丙交酯本體開環(huán)聚合所制得的、其粘均分子量為25×104以上的聚(L-乳酸)產物，用不能溶解聚(L-乳酸)的酮類進行抽提純化，然后模壓成板材并裁成模坯，在對聚合物材料成型過程中有單軸取向作用的成型模具中，在80～180℃條件下模壓成型，制成各種骨折內固定器件。在采用不能溶解聚(L-乳酸)的酮類進行抽提純化時，將以L-丙交酯本體開環(huán)聚合而制得的圓柱狀或其它形狀的聚(L-乳酸)產物，先用車床車削成厚度不超過3mm的帶狀物或碎片，或用其它機械方法破碎成粒徑不超過3mm的顆粒，后用不能溶解聚(L-乳酸)的酮類進行抽提，直至無單體殘留為止；經抽提處理后的PLLA，晾干除去大部分溶劑后，于60℃的真空烘箱中干燥以除去殘留的溶劑。上面所述不能溶解聚(L-乳酸)的酮類包括丙酮、丁酮、2-甲基丁酮等，其中最好采用丙酮進行抽提純化。經抽提并經干燥處理后的聚(L-乳酸)產物模壓成板材，可在略高于聚(L-乳酸)結晶熔點的溫度下進行，通常為170℃～180℃，用通常的模壓方法，然后裁成模坯，模坯的厚度及其它尺寸與成型模具的陰模的模坯腔相適應，亦可根據(jù)形變比率要求而定。形變比率定義為模壓棒的長度與模坯的長度之比，通常為3～3.5即可。對聚合物材料成型過程中有單軸取向作用的成型模具由組合時形成有型腔的陰模和陽模構成。模坯在成型模具中模壓成型，最佳的模壓溫度為120～160℃之間。將模坯放入成型模具的模坯腔中，對準陽模，在80℃至不高于PLLA結晶熔融的溫度之間模壓成型制得棒材制品。將棒材制品放入與其相適應的螺紋成型模具中，在80℃至PLLA結晶熔融溫度之間模壓成螺釘或用車床將棒材制品車制成螺釘。螺紋成型的最佳模壓溫度為120～160℃之間。
以丙交酯本體開環(huán)聚合而制得的聚乳酸，通常含5wt％～10wt％左右的殘余單體及極少量的催化劑，它們的存在不但對聚乳酸制品的初始力學性能及力學強度保持時間、結晶行為、降解速度和存儲穩(wěn)定性等都有較大影響，而且在加工成型過程中可加速PLLA降解。本發(fā)明對PLLA產物在壓制模坯之前先進行純化，可有效地消除殘余單體等在高溫時對PLLA催化降解作用，對抑制PLLA在加工成型過程中的降解有顯著作用。試驗表明初始粘均分子量30×104以上的PLLA產物，按本發(fā)明的方法制造成PLLA棒材，其粘均分子量仍有18×104左右。以丙酮抽提溶劑，一則是丙酮可溶解L-丙交酯、殘留的催化劑及可能存在的消旋聚乳酸(PDLLA)，而不能溶解PLLA，可有效地達到純化PLLA產物的目的；二是丙酮無毒，且很容易從抽提后的產品中除去，回收和處理都較簡便；三是丙酮價廉易得。這些優(yōu)點是其它有同樣效果的酮化合物所不具備的。因此，本發(fā)明提出的純化方法，較之氯仿溶解-甲醇沉淀純化，方便易行，無毒，可大批量處理物料。工藝過程對設備要求不高。用車床將PLLA產物(通常是圓柱狀或不規(guī)則的塊狀)車削成厚度不超過3mm的帶狀物或碎片，或用其它機械方法破碎成粒徑不超過3mm的顆粒，是為了更有效的提高抽提效率。通常以車床車削較其它機械方法簡單有效。模坯在模壓過程中發(fā)生取向形變并形成纖維結構，大大提高制品的力學強度。試驗表明，制造出的PLLA棒材強度高，初始彎曲強度均達到240～280Mpa，剪切強度也都達到160～185Mpa。


圖1為一種模壓模具結構圖。
圖2為另一種模壓模具結構圖。
圖1、圖2中，1為陽模，2為陰模，3為由陰模和陽模組合時所形成的型腔，4為待成型的模坯料。
以下結合實施例對本發(fā)明方法作進一步詳細說明。
實施例1 φ3.2的PLLA圓棒的制造以L-丙交酯為單體(辛酸亞錫為催化劑)進行封管聚合，封管直徑為35mm。聚合得到白色圓柱狀的PLLA產物，粘度法測定其粘均分子量為28.7×104，結晶熔點178℃(DSC,10℃/min),1H NMR檢測(500MHz NMR測定)殘余單體(L-丙交酯)含量為6.5mol％。把封管打破并清除玻璃后，用車床把PLLA產物車削成厚度約1mm、寬約2mm的帶狀物。將帶狀的PLLA產物裝入索氏抽提器中，用丙酮連續(xù)抽提24h。抽提后的試樣1H NMR(500MHzNMR測定)檢測未發(fā)現(xiàn)L-丙交酯共振特征峰。錫含量從抽提前的103.0ppm下降至17.3ppm(ICP法)。將抽提后的PLLA產物取出，晾干除去大部分溶劑(丙酮)后，產物置于60℃的真空烘箱中干燥24h取出，得到精PLLA產品。精PLLA用模腔尺寸為100×40×4mm3的模具在180℃下模壓成100×40×4mm3板材，然后裁成厚4mm、寬25mm、高30mm的模坯。將模坯放入如附圖1的由陰模和陽模構成直徑為3.2mm、長100mm的成型模具的模坯腔中。對準陽模，在溫度不高于160℃下施壓直至陽模和陰模貼合為止。冷卻出模，得到φ3.2mm、長100mm的PLLA圓棒。圓棒的彎曲強度(三點法)為275MPa±21，剪切強度165MPa±18。
實施例2 φ4.2的PLLA圓棒的制造以L-丙交酯為單體(辛酸亞錫為催化劑)進行封管聚合，封管直徑為35mm。聚合得到白色圓柱狀的PLLA產物，粘度法測定其粘均分子量為28.7×104，結晶熔點178℃(DSC,10℃/min)，1H NMR檢測(500MHz NMR測定)殘余單體(L-丙交酯)含量為6.5mol％。把封管打破并清除玻璃后，用車床把PLLA產物車削成厚度約1mm、寬約2mm的帶狀物。將帶狀的PLLA產物裝入索氏抽提器中，用丙酮連續(xù)抽提24h。抽提后的試樣1H NMR(500MHz NMR測定)檢測未發(fā)現(xiàn)L-丙交酯共振特征峰。錫含量從抽提前的103.0ppm下降至17.3ppm(ICP法)。將抽提后的PLLA產物取出，晾干除去大部分溶劑(丙酮)后，產物置于60℃的真空烘箱中干燥24h取出，得到精PLLA產品。精PLLA用模腔尺寸為100×40×5mm3的模具在180℃下模壓成100×40×5mm3板材，然后裁成厚5mm、寬25mm、高30mm的模坯。將模坯放入附圖2所示的由陰模和陽模構成直徑為4.2mm、長100mm的成型模具的模坯腔中。對準陽模，在溫度不高于160℃下施壓直至陽模和陰模貼合為止。冷卻出模，得到φ4.2mm、長100mm的PLLA圓棒。圓棒的彎曲強度(三點法)為272±18MPa，剪切強度167±16MPa。
實施例3 φ4.2的PLLA圓棒的制造以L-丙交酯為單體(辛酸亞錫為催化劑)進行封管聚合，封管直徑為35mm。聚合得到白色圓柱狀的PLLA產物，粘度法測定其粘均分子量為49.0×104，結晶熔點156.7℃(DSC,10℃/min)。取其中一部分按實施例1的方法純化制得精PLLA。精PLLA用模腔尺寸為100×40×4mm3的模具在170℃下模壓成100×40×5mm3板材，然后裁成厚5mm、寬25mm、高30mm的模坯。將模坯放入如附圖1所示的由陰模和陽模構成直徑為4.2mm、長100mm的成型模具的模坯腔中。對準陽模，在溫度不高于135℃下施壓直至陽模和陰模貼合為止。冷卻出模，得到φ4.2、長100的PLLA圓棒。棒的彎曲強度為280±18MPa，剪切強度165±14MPa。
實施例4 M4.2、長30mm的PLLA螺釘?shù)闹圃彀磳嵤├?或實施例3制備φ4.2的PLLA圓棒，裁成35mm長的棒坯，放入螺紋成型模具中，在120℃～160℃之間施壓至陽模和陰模貼合為止，冷卻出模。螺釘?shù)膹澢鷱姸葹?65±12MPa，剪切強度167±15MPa。
實施例5 φ3.2的PLLA圓棒的制造及水解試驗以L-丙交酯為單體(辛酸亞錫為催化劑)進行封管聚合，封管直徑為35mm。聚合得到白色圓柱狀的PLLA產物，粘度法測定其粘均分子量為34.0×104，結晶熔點179℃(DSC,10℃/min)。取其中一部分按實施例1的方法純化制得精PLLA。將未經純化處理的聚合產物和精PLLA分別用模腔尺寸為100×40×4mm3的模具在180℃下模壓成100×40×4mm3板材，然后裁成厚4mm、寬25mm、高30mm的模坯。將模坯放入由陰模和陽模構成直徑為3.2mm、長100mm的成型模具的模坯腔中。對準陽模，在溫度不高于160℃下施壓直至陽模和陰模貼合為止。冷卻出模，得到φ3.2、長100的PLLA圓棒。兩種棒材分別裁成25mm長的試樣，每組3條分別浸泡在37℃的磷酸緩沖溶液(pH=7.4)進行水解試驗。它們的粘均分子量(Mv)和力學性能的變化列于表1。
表1 PLLA棒的粘均分子量和力學性能比較
從表1數(shù)據(jù)可以看到PLLA聚合產物中殘余單體對棒材的分子量和力學性能及降解行為有很大影響用未經純化的PLLA聚合產物制造的棒材，PLLA粘均分子量從原先的34.0×104下降到10.0×104，水解過程中分子量下降速度很快，水解14周粘均分子量下降到1.1×104；而用純化后的PLLA聚合產物制造的棒材，粘均分子量為25.9×104，水解14周后仍有18.5×104，均比用未經純化的PLLA聚合產物制造的棒材高得多。用未經純化的PLLA聚合產物制造的棒材的初始彎曲強度(221.9MPa)，顯著低于用純化后的PLLA聚合產物制造的棒材(286.7MPa)，而且力學強度保持時間短，水解6周后，彎曲強度已下降31％(152.3MPA),14周后下降78％(48.3MPa)，已基本失去力學強度。而用純化后的PLLA聚合產物制造的棒材，不但初始彎曲強度高，而且力學強度保持時間長，水解6周后，彎曲強度下降僅4％左右，14周后也只下降13％。
權利要求
1.一種聚(L-乳酸)骨折內固定器件的制造方法，其特征在于該方法以L-丙交酯本體開環(huán)聚合所制得的、其粘均分子量為25×104以上的聚(L-乳酸)產物，用不能溶解聚(L-乳酸)的酮類進行抽提純化，然后模壓成板材并裁成模坯，在對聚合物材料成型過程中有單軸取向作用的成型模具中，在80～180℃條件下模壓成型，制成各種骨折內固定器件。
2.根據(jù)權利要求1所述的制造方法，其特征是所述用不能溶解聚(L-乳酸)的酮類進行抽提純化，是將以L-丙交酯本體開環(huán)聚合而制得的圓柱狀或其它形狀的聚(L-乳酸)產物，先用車床車削成厚度不超過3mm的帶狀物或碎片，或用其它機械方法破碎成粒徑不超過3mm的顆粒，后用不能溶解聚(L-乳酸)的酮類進行抽提，直至無單體殘留為止，涼干后進行真空干燥處理。
3.根據(jù)權利要求1所述的制造方法，其特征是所述進行抽提純化所用的不能溶解聚(L-乳酸)的酮類為丙酮。
4.根據(jù)權利要求1所述的制造方法，其特征是將經抽提純化及干燥處理后的聚(L-乳酸)產物模壓成板材的溫度，可在略高于聚(L-乳酸)結晶熔點的溫度下進行，通常為170℃～180℃。
5.根據(jù)權利要求1所述的制造方法，其特征是所述對聚合物材料成型過程中有單軸取向作用的成型模具由組合時形成有型腔的陰模和陽模構成。
6.根據(jù)權利要求1、2、3、4或5所述的制造方法，其特征是模坯在成型模具中模壓成型，最佳的模壓溫度為120～160℃之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強度聚(L－乳酸)骨折內固定器件的制造方法,該方法以L－丙交酯本體開環(huán)聚合所制得的、其粘均分子量為25×10
文檔編號C08G63/00GK1324667SQ0013087
公開日2001年12月5日 申請日期2000年12月20日 優(yōu)先權日2000年12月20日
發(fā)明者盧澤儉, 廖凱榮 申請人:中山大學