專利名稱：一種用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于宮內節(jié)育器及復合材料領域，具體為一種用于制備宮內節(jié)育器的多孔 結構復合材料及其制備方法，該多孔結構復合材料由具有多孔結構的聚合物骨架和分別其 中的金屬粒子組成，它是在制備用于宮內節(jié)育器的致密結構復合材料的過程中、通過加載 致孔劑以及隨后的致孔劑萃取和萃取溶劑的去除而得到的一種用于制備宮內節(jié)育器的多 孔結構復合材料。
背景技術：
中國是一個擁有13億人口的發(fā)展中國家。統(tǒng)籌解決人口問題始終是中國實現經 濟發(fā)展、社會進步和持續(xù)發(fā)展所面臨的重大而緊迫的戰(zhàn)略任務。計劃生育是中國的一項基 本國策，通過各種避孕措施來有效控制人口的過快增長是計劃生育工作堅定不移的核心。 因此，研制開發(fā)長效而安全的新型節(jié)育材料及器具在我國具有非常重大的意義。宮內節(jié)育器(IUD)是國內外育齡女性廣泛采用的一種避孕器具。在我國當前2. 30 億采用各種避孕措施的已婚育齡女性中，有近50%的IUD使用者，且IUD使用者的數量仍在 逐年增加。然而，占整個IUD市場90%以上份額的含銅IUD在其使用過程中，始終無法克服 臨床上存在的出血和疼痛等副反應問題。這些副反應一直是避孕效果優(yōu)異的含銅IUD進一 步推廣應用的障礙。根據現有含銅IUD引起臨床上出血和疼痛等常見副反應的根本致因， 我們研制開發(fā)了以低密度聚乙烯(LDPE)和硅橡膠(SIR)等醫(yī)用高分子材料為基體、納米銅 或微米銅等活性物質為分散顆粒的IUD用骨架型致密結構復合材料及其復合材料IUD。對 比研究業(yè)已表明，致密結構復合材料IUD在保持現有含銅IUD優(yōu)異避孕效果的同時，能大幅 度減輕臨床上的出血和疼痛等副反應。數十年的研究和臨床均表明，含銅IUD之所以具有相當優(yōu)異的避孕效果，與其在 宮腔中與宮腔液反應而釋放出能夠增強避孕效果的銅離子密切相關。而能夠抑制宮腔液 中精子活動能力的最小銅離子濃度應不小于0. 5 i! g/ml，且含銅IUD所釋放出的銅離子有 50%將被子宮內膜吸收。研究同時表明，人體宮腔液的量在lml以下。考慮到含銅IUD確 保避孕效果的安全系數，含銅IUD在宮腔液中的最小銅離子釋放速率必須維持在2. Oy g/ day以上，因此可將此數據作為設計含銅IUD使用壽命的依據。我們尚未發(fā)表的研究結果表明，具有致密結構的聚合物基含銅復合材料IUD，在其 銅離子釋放速率不小于2. 0 u g/day之前即整個使用壽命期間，其中銅粒子轉化為銅離子 的比例在三分之一左右，即致密結構聚合物基含銅復合材料IUD中銅粒子的有效利用率僅 為三分之一左右。因此，我們試圖在IUD用致密結構聚合物基含銅復合材料基礎上，研究開 發(fā)一種在銅粒子加入量一定的情況下能夠有效增大銅粒子有效利用率的新材料，進而在銅 粒子含量保持不變的情況下能夠有效提高IUD使用壽命的新型復合材料。顯然，聚合物基含銅復合材料是一種典型的骨架型控釋系統(tǒng)。當其置入人體宮腔 后，宮腔液從復合材料的聚合物骨架中的孔隙進入其中，并與分布在骨架中的銅顆粒反應 生成銅離子，然后銅離子在骨架中的孔隙擴散并從骨架中釋放出來。此時，其銅離子釋放量(C)與其置入時間(t)之間的關系可用Higuchi方程來表達C = ^j^(2A-scJt ⑴在⑴式中，隊和(；分別為銅離子在宮腔液中的擴散系數和溶解度，￡和T分 別為骨架中的孔隙率和孔隙的曲度，A為骨架中銅粒子轉化為銅離子的總濃度。對(1)式 微分，即得到聚合物基含銅復合材料在置入后t時刻的銅離子釋放速率(dC/dt)dC/dt = -J^(2A-sC)(2)
2 V/xt式⑵所描述關系曲線可用圖1所示示意圖中的曲線⑴或曲線⑵直觀表示。如圖1所示，曲線⑴和⑵分別表示骨架中孔隙率為￡ i和￡ 2的兩種聚合物基 含銅復合材料的銅離子釋放速率曲線。如果直線(a)表示含銅IUD在宮腔液中的離子釋放 速率剛好等于2.0i!g/day，則直線(a)與曲線(1)和⑵的交點在時間軸上所對應的時間 、和、就分別表示骨架中孔隙率為￡1和e 2的聚合物基含銅復合材料所制備的復合材料 IUD的使用壽命。顯然，在直線(a)與曲線(1)和(2)的交點處有(dC/dt、= (dC/dt)2, 即-SlCs)=\^{2A2-s2C~) ⑶
^ ^ X Tj^ t2XT2假設(3)式中的孔隙曲度T保持不變即= ^，如果骨架中的孔隙率= (1+x) ，則由于進入骨架的宮腔液量改變導致銅轉化為銅離子的總濃度4= (l+x)A10 將上述關系代入式(3)中，則將得到t2 = t^l+x)2(4)從(4)可以看到，通過提高骨架中的孔隙率￡來增大宮腔液進入骨架的通道，進 而提高骨架中銅粒子轉化為銅離子的效率即提高銅粒子的有效利用率，最終在銅粒子加入 量保持不變的情況下延長聚合物基含銅復合材料IUD的使用壽命是完全可行的。此外，納米鋅和納米銀所釋放的鋅離子和銀離子均具有增強避孕效果的作用，同 時鋅離子還具有微量元素補充、抗凝血和促使子宮內膜修復的作用，銀離子或銀粒子還具 有抗菌和殺菌等作用，在含銅復合材料中添加部分納米鋅或(和)納米銀，可以減輕含銅復 合材料節(jié)育器放置后產生的各種副作用。基于此種背景，我們研究開發(fā)了一種用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料，該復合材料能夠 在銅粒子加入量一定的情況下有效提高其中銅粒子的利用率，進而在銅粒子加入量保持不 變的情況下有效提高聚合物基含銅復合材料所制備的IUD的使用壽命；本發(fā)明還提供了該 復合材料的制備方法。本發(fā)明提供的一種用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料，其特征在于由金屬粒 子和具有多孔結構的聚合物骨架組成，所述金屬粒子分散在聚合物骨架中，金屬粒子的含 量為0. 50 50%，余量為聚合物骨架；所述金屬粒子為納米銅粒子或微米銅粒子，或銅和鋅或/和銀固溶形成的金屬粒 子，或銅和鋅或/和銀的粒子的機械混合物，在金屬粒子、基體聚合物與致孔劑三者的混合
4物中，由銅和鋅組成金屬粒子時鋅的重量百分比為三者的混合物總重量的0. 05 5%，由 銅和銀組成金屬粒子時銀的重量百分比為三者的混合物總重量的0. 05 5%，由銅、鋅和 銀組成金屬粒子時銀和鋅的總重量百分比為三者的混合物總重量的0. 05 5% ；所述聚合物骨架為低密度聚乙烯、硅橡膠、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或聚氨酯。上述多孔結構復合材料的制備方法包括下述步驟(1)將金屬粒子、基體聚合物和致孔劑混合均勻后，使用塑料熱加工方法將三者的 混合物加工成致密結構復合材料，所添加的致孔劑的重量百分比為三者的混合物總重量的 0. 5 50%，所添加的金屬粒子的重量百分比為三者的混合物總重量的0. 5 40%，且所添 加的金屬粒子與所添加的致孔劑的總的重量百分比為三者的混合物總重量的1 60% ；(2)用萃取溶劑將該致密結構復合材料中的致孔劑清除，最后將清除致孔劑后的 復合材料進行真空干燥而除去其中的萃取溶劑；當所述致孔劑為DTBHQ時，萃取溶劑為乙酸乙酯；當所述致孔劑為TBHQ時，萃取溶劑為丙酮；當所述致孔劑為CH3C00K時，萃取溶劑為乙醇。本發(fā)明在用于宮內節(jié)育器的致密結構復合材料中通過添加致孔劑，然后將其中的 致孔劑用合適的溶劑萃取清除，從而制備得到用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料。相對 于用于宮內節(jié)育器的致密結構復合材料，本發(fā)明提供的用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材 料在完全繼承前者的優(yōu)點即大幅減輕傳統(tǒng)裸銅結構IUD存在的出血和疼痛等副反應之外， 還具有一個獨特的優(yōu)勢多孔結構的引入，大大增加了聚合物基含銅復合材料中的孔隙率， 為宮腔液的進入和銅離子的釋放提供了更多的通道，可以在銅粒子加入量保持不變的情況 下使更多的銅粒子轉化為銅離子，即提高銅粒子的有效利用率，進而在銅粒子加入量保持 不變的情況下有效提高聚合物基含銅復合材料所制備的IUD的使用壽命。


圖1為多孔結構復合材料的釋放釋放速率(dC/dt)與置入時間t之間關系曲線示 意圖；圖2為本發(fā)明提供的用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料的表面SEM形貌；圖3為本發(fā)明提供的用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料的斷面SEM形貌；圖4為本發(fā)明提供的用于宮內節(jié)育器的不同孔隙率的多孔結構復合材料在模擬 宮腔液中的銅離子釋放速率比較。
具體實施例方式本發(fā)明提供的用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料，首先是在聚合物基含銅復 合材料的原材料即金屬粒子與聚合物基體的混合物中加入一定比例的二特丁基對苯二酚 (DTBHQ)、特丁基對苯二酚(TBHQ)和醋酸鉀(CH3C00K)等可作為致孔劑的醫(yī)用級無毒物質， 然后將三者的均勻混合物通過注塑或擠壓成形等塑料熱加工方法制備出致密結構復合材 料，接著用乙酸乙酯、乙醇或丙酮等合適的萃取溶劑利用索氏抽提或浸泡等方法將該復合 材料中的致孔劑清除，最后經真空處理清除所用萃取溶劑，就制備得到用于宮內節(jié)育器的 多孔結構復合材料。
在制備用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料的過程中，所添加的致孔劑的重量百 分比為金屬粒子、基體聚合物和致孔劑三者的混合物總重量的0. 5 50%，該致孔劑可以 是DTBHQ、TBHQ和CH3C00K等各種合適的醫(yī)用級無毒物質；所使用的萃取溶劑為不與金屬 粒子發(fā)生反應但對所添加致孔劑具有較高溶解度的乙酸乙酯、乙醇或丙酮等溶劑；所添加 的金屬粒子，可以是各種粒徑的納米銅粒子或微米銅粒子，或銅和鋅或/和銀固溶形成的 金屬粒子，或銅和鋅或/和銀的粒子的機械混合物，在金屬粒子、基體聚合物與致孔劑三者 的混合物中，由銅和鋅組成金屬粒子時鋅的重量百分比為三者的混合物總重量的0. 05 5%,由銅和銀組成金屬粒子時銀的重量百分比為三者的混合物總重量的0. 05 5%，由 銅、鋅和銀組成金屬粒子時銀和鋅的總重量百分比為三者的混合物總重量的0. 05 5%， 所添加的金屬粒子的重量百分比為三者的混合物總重量的0. 5 40%，且所添加的金屬粒 子與所添加的致孔劑的總的重量百分比為三者的混合物總重量的1 60% ；所使用的聚合 物基體材料，可以是低密度聚乙烯、硅橡膠、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚氨酯等各種生物 醫(yī)用高分子材料中的任一種。按上述要求將聚合物基體材料、金屬粒子、致孔劑三者混合均勻后，采用注塑或擠 壓成形等熱塑性塑料加工方法一次加工成形，然后用乙酸乙酯、乙醇或丙酮等合適溶劑通 過萃取(如索氏抽提或浸泡等方法)將該復合材料中的致孔劑清除，最后經真空處理清除 所用萃取溶劑，即得到本發(fā)明提供的用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料。將上述方法制備得到的用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料用掃描電鏡觀察，其 斷面形貌和表面形貌分別如圖2和圖3所示，可以看到滿意的孔洞結構，斷面上還可看到分 布其中的銅粒子。將上述方法制備得到的原微米銅含量均為25wt%、原致孔劑含量分別為 5wt %、10wt %U5wt%,20wt %的四種多孔結構低密度聚乙烯基復合材料，與不添加致孔劑 且微米銅含量同為25wt%的致密結構低密度聚乙烯基復合材料，切取表面積同為780mm2的 同形狀試樣各一個，分別置于37士0. 5°C的20ml模擬宮腔液中連續(xù)跟蹤其銅離子釋放6次， 每次時間間隔10天，且每次在測量之前24小時更換新鮮的模擬宮腔液，每種復合材料在跟 蹤期間的平均銅離子釋放速率如圖4所示，可見孔隙率的增加可大幅提高銅離子的釋放速 率，進而有效提高銅粒子的有效利用率，并在銅粒子添加量不變的情況下有效提高多孔結 構復合材料所制備的宮內節(jié)育器的使用壽命。下面結合實例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例中所涉及的聚合物基體材料為 市售醫(yī)用級、致孔劑均為市售化學試劑級、納米金屬粒子為實驗室自己制備[Xie CS，et al. Nanostruct. Mater. 11(1999) 1061-1066]、微米金屬粒子為市售化學試劑級。下面以具 體的實施例來說明用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料的制備過程。實施例1稱取25g微米銅粒子、70g醫(yī)用級低密度聚乙烯(LDPE)，5g 二特丁基對苯二酚 (DTBHQ)，采用預混、共混、壓注或注塑等方法，首先制備出含致孔劑的致密結構低密度聚乙 烯基含銅復合材料；然后用乙酸乙酯作為萃取溶劑，在索氏抽提器中將致密結構低密度聚 乙烯基含銅復合材料中的DTBHQ清除，再將萃取致孔劑后的復合材料進行真空干燥而除去 其中的乙酸乙酯，就制備得到一種用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料。實施例2稱取20g納米銅粒子、65g醫(yī)用級硅橡膠(SIR)，15g特丁基對苯二酚(TBHQ)，再加入少量硫化劑，采用預混、共混、壓注或注射成形后硫化等方法，首先制備出含致孔劑的致 密結構硅橡膠基含銅復合材料；然后用丙酮作為萃取溶劑，通過在丙酮中長時間浸泡將致 密結構硅橡膠基含銅復合材料中的TBHQ清除，再將萃取致孔劑后的復合材料進行真空干 燥而除去其中的丙酮，就制備得到一種用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料。實施例3-25均采用與實施例1或實施例2類似的方法制備，其中所制備的用于宮 內節(jié)育器的多孔結構復合材料的原始組成成分及所用萃取溶劑與多孔結構復合材料中金 屬粒子的含量如表1所示，表1中LDPE為低密度聚乙烯、SIR為硅橡膠、EVA為乙烯-醋酸 乙烯酯共聚物、PU為聚氨酯、DTBHQ為二特丁基對苯二酚、TBHQ為特丁基對苯二酚。以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應該局限于該實施例所公開的 內容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護的范 圍。表1各實施例中多孔結構復合材料的原始組成成分及制備所用萃取溶劑與多孔 結構復合材料中金屬粒子的含量
權利要求
一種用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料，其特征在于由金屬粒子和具有多孔結構的聚合物骨架組成，所述金屬粒子分散在聚合物骨架中，金屬粒子的含量為0.50～50％，余量為聚合物骨架；所述金屬粒子為納米銅粒子或微米銅粒子，或銅和鋅或/和銀固溶形成的金屬粒子，或銅和鋅或/和銀的粒子的機械混合物，在金屬粒子、基體聚合物與致孔劑三者的混合物中，由銅和鋅組成金屬粒子時鋅的重量百分比為三者的混合物總重量的0.05～5％，由銅和銀組成金屬粒子時銀的重量百分比為三者的混合物總重量的0.05～5％，由銅、鋅和銀組成金屬粒子時銀和鋅的總重量百分比為三者的混合物總重量的0.05～5％；所述聚合物骨架為低密度聚乙烯、硅橡膠、乙烯 醋酸乙烯酯共聚物或聚氨酯。
2.根據權利要求1所述的多孔結構復合材料，其特征在于金屬粒子的含量為 17. 65 37. 50%。
3.根據權利要求1所述的多孔結構復合材料的制備方法，其特征在于(1)將金屬粒子、基體聚合物和致孔劑混合均勻后，使用塑料熱加工方法將三者的混 合物加工成致密結構復合材料，所添加的致孔劑的重量百分比為三者的混合物總重量的 0. 5 50%，所添加的金屬銅粒子的重量百分比為三者的混合物總重量的0. 5 40%，且所 添加的金屬粒子與所添加的致孔劑的總的重量百分比為三者的混合物總重量的1 60%。(2)用萃取溶劑將該致密結構復合材料中的致孔劑清除，最后將清除致孔劑后的復合 材料進行真空干燥而除去其中的萃取溶劑；當所述致孔劑為DTBHQ時，萃取溶劑為乙酸乙酯；當所述致孔劑為TBHQ時，萃取溶劑為丙酮；當所述致孔劑為CH3COOK時，萃取溶劑為乙醇。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中所添加的致孔劑的重量 百分比為所述三者的混合物總重量的5 25%。
5.根據權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于所添加的金屬粒子的重量百分 比為三者的混合物總重量的15 30%，且所添加的金屬粒子與所添加的致孔劑的總的重 量百分比為三者的混合物總重量的30 50%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料及其制備方法，該材料包含具有多孔結構的聚合物骨架及分散其中的金屬粒子，它是通過將金屬粒子、基體聚合物和致孔劑三者的均勻混合物經注塑或壓注等得到的致密結構復合材料中的致孔劑萃取清除而獲得(致孔劑優(yōu)選DTBHQ、萃取溶劑優(yōu)選乙酸乙酯、萃取方式優(yōu)選索氏抽提法)。這種用于宮內節(jié)育器的多孔結構復合材料，在完全繼承用于宮內節(jié)育器的致密結構復合材料的優(yōu)點即大幅減輕傳統(tǒng)裸銅結構宮內節(jié)育器帶來的出血和疼痛等副反應之外，還具有一個獨特優(yōu)勢，即多孔結構的引入可大幅提高銅粒子的有效利用率，進而在銅粒子加入量保持不變的情況下有效提高該復合材料所制備的宮內節(jié)育器的使用壽命。
文檔編號A61L31/14GK101934099SQ20101024260
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月3日 優(yōu)先權日2010年8月3日
發(fā)明者夏先平, 湯瀅, 王蕓, 蔡水洲, 謝長生 申請人:華中科技大學