本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，涉及一種人體植入用材料，具體來說是一種制作人體內(nèi)可降解骨修復(fù)器械。

背景技術(shù)：

人體因先天畸形、外傷和炎癥等造成的骨缺損數(shù)不勝數(shù)，骨修復(fù)材料需求很大，使骨修復(fù)材料的研究成為全球熱點(diǎn)。臨床醫(yī)學(xué)對生物材料的基本要求有：對人體細(xì)胞和組織無毒，具有和人體組織相適應(yīng)的機(jī)械性能等。骨修復(fù)材料可分為生物惰性材料、生物活性材料和生物可降解吸收材料三類。其中，以金屬器械為代表的生物惰性材料因?yàn)榫哂懈叩牧W(xué)強(qiáng)度和彎曲模量而廣泛用于骨折內(nèi)固定手術(shù)。但由于其硬度過高易引起重建骨的再次骨折，且需要二次手術(shù)增加了病人的痛苦，使金屬器械的應(yīng)用受到了很大的限制。

生物可降解吸收骨修復(fù)材料不必二次手術(shù)取出，減少了病人的痛苦和手術(shù)周期，近年來受到極大重視?？山到獠牧蠠o需二次手術(shù)，縮短了治療周期，減輕了患者的痛苦，同時可降解吸收骨修復(fù)材料還具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，可吸收骨修復(fù)材料在降解時可以把承重逐漸轉(zhuǎn)移至人骨，促進(jìn)骨的愈合；其次，可降解骨修復(fù)材料的彈性模量和人體骨骼接近，可以在骨折部位形成骨痂，縮短骨骼的愈合時間；最后，可降解骨修復(fù)材料不會干擾顯像，方便臨床治療。

生物可降解吸收材料包括高分子材料、無機(jī)材料和復(fù)合材料。其中聚合物基復(fù)合材料因原材料來源廣泛，機(jī)械性能和降解速度可調(diào)，對人體無毒副作用，可以完全降解吸收而被認(rèn)為是最有前途的骨修復(fù)材料。其中，聚左旋乳酸(PLLA)具有良好的生物降解性能和生物相容性，且易于加工成型，PLLA已被FDA批準(zhǔn)用于生物醫(yī)學(xué)的各個領(lǐng)域。但是，單一的聚左旋乳酸羥基磷灰石主要由鈣和磷組成，其成分和人體骨骼基質(zhì)的無機(jī)成分十分接近，因此與人骨接合良好，人體細(xì)胞可以在其上正常生長，分化和繁殖。且羥基磷灰石植入人體后降解下的鈣和磷可以進(jìn)入人體新陳代謝，用于新骨生長。羥基磷灰石還可以中和PLLA降解后的酸性產(chǎn)物，為新骨生長提供良好的酸堿環(huán)境。納米級羥基磷灰石的加入可以降低PLLA的降解速度，用納米羥基磷灰石和PLLA制備復(fù)合材料用于骨折內(nèi)固定，使植入體與人骨形成化學(xué)鍵性結(jié)合，可達(dá)到良好的固定效果。

但是，由于納米羥基磷灰石粉末易團(tuán)聚，不易在PLLA中分?jǐn)?shù)均勻；羥基磷灰石和PLLA之間物理和化學(xué)性質(zhì)差別大，兩者之間的界面相容性差，造成羥基磷灰石/PLLA界面結(jié)合不牢，造成羥基磷灰石/PLLA復(fù)合材料機(jī)械強(qiáng)度低；由于兩者界面結(jié)合不牢，在降解過程中，羥基磷灰石粉末易從PLLA基體中脫落，造成復(fù)合材料降解速度快等問題；羥基磷灰石和PLLA比例不當(dāng)會造成降解過程中酸堿度造成不利影響。

經(jīng)查新，檢索到與羥基磷灰石/聚乳酸復(fù)合材料相關(guān)專利如下：

申請?zhí)枮镃N201010606796專利公開了一種納米羥基磷灰石的改性方法，包括以下步驟：a)提供低聚乳酸的丙酮溶液，所述低聚乳酸的數(shù)均分子量為600～5000；b)將所述低聚乳酸的丙酮溶液與納米羥基磷灰石水溶膠充分混合，得到混合溶液，所述混合溶液中水的質(zhì)量為丙酮質(zhì)量的50％以下；c)攪拌的條件下向所述混合溶液中加入水，過濾、干燥后得到低聚乳酸表面修飾的納米羥基磷灰石。該專利提供了一種解決納米羥基磷灰石易團(tuán)聚的問題，采用本專利提供的方法改性后得到的低聚乳酸表面修飾的納米羥基磷灰石的粒徑較小，在溶液或加入聚合物中具有良好分散性，納米羥基磷灰石粉末易分布均勻。但該申請未從根本上解決羥基磷灰石和聚乳酸之間的界面相容性差以及由此帶來的復(fù)合材料強(qiáng)度低、粉末易脫落等問題。

申請?zhí)枮镃N201410254491專利公開了一種聚乳酸纖維增強(qiáng)聚乳酸/羥基磷灰石復(fù)合材料，其特征在于包括自上至下排列的多個聚乳酸-羥基磷灰石薄膜層，相鄰兩個聚乳酸-羥基磷灰石薄膜層之間設(shè)有聚乳酸纖維層，各聚乳酸-羥基磷灰石薄膜層與各聚乳酸纖維層熱壓在一起；所述聚乳酸-羥基磷灰石薄膜層是采用由70－95％(重量)的聚乳酸與5－30％(重量)的羥基磷灰石組成的材料制成的聚乳酸-羥基磷灰石薄膜；所述聚乳酸纖維層采用聚乳酸纖維鋪設(shè)而成。本專利中的復(fù)合材料制備工藝簡單，成本低，得到的復(fù)合材料力學(xué)性能好，具有良好的抗拉強(qiáng)度和韌性，具有生物活性和降解性，不含對人體有副作用的有機(jī)溶劑，可作為高強(qiáng)度骨科材料。但該申請未從根本上解決羥基磷灰石和聚乳酸之間的界面相容性差以及由此帶來的復(fù)合材料強(qiáng)度低、粉末易脫落等問題。此外，由于該復(fù)合材料由聚乳酸和羥基磷灰石逐層分布，材料的物理和化學(xué)性質(zhì)不均勻，在降解過程中材料的性質(zhì)及周圍的酸堿度變化較大。

申請?zhí)枮镃N03119058專利公開了一種聚乳酸自修飾羥基磷灰石/聚乳酸復(fù)合材料及制備方法，該方法首先采用與復(fù)合材料基體結(jié)構(gòu)單元相同而分子量較小的聚乳酸修飾羥基磷灰石，然后將經(jīng)過修飾的羥基磷石與相對分子量較高的聚乳酸基體進(jìn)行復(fù)合，通過吸附、干燥、輥煉、模壓成型制得復(fù)合材料。本申請的方法工藝簡單、不引入其它毒性無機(jī)或有機(jī)小分子，所制得的復(fù)合材料初始抗彎強(qiáng)度高達(dá)114～210.2MPa。該方法通過在羥基磷灰石表面自修飾低分子量的聚乳酸改善了羥基磷灰石與聚乳酸基體直接的界面相容性，提高了復(fù)合材料初始抗彎強(qiáng)度，但該方法中羥基磷灰石的分布與聚乳酸基體采用的原料的粉末度有關(guān)，羥基磷灰石粉末只能吸附在粉末表面既使經(jīng)輥煉和模壓也難易均勻分布。

申請?zhí)枮镃N200410060939專利公開了一種聚乳酸與羥基磷灰石復(fù)合材料直接加熱加壓成型方法，該方法將復(fù)合材料置于模具中加熱至聚乳酸玻璃態(tài)與熱分解溫度之間的100～130℃，然后加壓到8～11MPa成型。采用本成型方法，材料不經(jīng)過熔融態(tài)，材料分子量損失可減少到15％以下，可保持成型材料有足夠的初始強(qiáng)度。但該申請未解決羥基磷灰石和聚乳酸基體之間的界面相容性差造成的羥基磷灰石粉末易脫落的問題；此外，在該方法中如果采用納米羥基磷灰石會存在納米粉末的團(tuán)聚問題。

申請?zhí)枮镃N201410626618專利公開了一種聚乳酸/羥基磷灰石復(fù)合生物陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟：(1)將聚乳酸、表面活性劑和助表面活性劑溶解到有機(jī)溶劑中配制成聚乳酸的油相溶液；(2)將鈣離子溶液和磷酸根離子溶液分別加入到油相溶液中配制形成乳液和磷酸根離子乳液，將鈣離子乳液和磷酸根離子乳液混合，在25～40℃下反應(yīng)12～24小時，形成聚乳酸/羥基磷灰石的混合乳液；(3)揮發(fā)掉步驟(2)制備的混合乳液中的有機(jī)溶劑，水洗，烘干，將所得粉體放入放電等離子燒結(jié)腔內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)。本方法制得的復(fù)合生物陶瓷材料分散性好、力學(xué)強(qiáng)度高，且反應(yīng)溫度相對較低，不會造成羥基磷灰石分解，復(fù)合材料的生物活性好。但該申請未解決羥基磷灰石和聚乳酸基體之間的面相容性差造成的羥基磷灰石粉末易脫落的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種人體內(nèi)可降解的羥基磷灰石/聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法，所述的這種人體內(nèi)可降解的羥基磷灰石/聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中的復(fù)合材料中羥基磷灰石和聚乳酸之間的界面相容性差以及由此帶來的復(fù)合材料強(qiáng)度低、粉末易脫落等問題。

本發(fā)明提供了一種人體內(nèi)可降解的羥基磷灰石/聚左旋乳酸復(fù)合材料，由經(jīng)硬脂酸改性的羥基磷灰石粉末和聚左旋乳酸組成，所述的羥基磷灰石粉末均勻分布在聚左旋乳酸中，在所述的復(fù)合材料中，所述的羥基磷灰石粉末的質(zhì)量百分比濃度為1％～15％之間。

進(jìn)一步的，所述的復(fù)合材料中，羥基磷灰石粉末的質(zhì)量百分比濃度為5％～10％。

本發(fā)明還提供了上述的一種人體內(nèi)可降解的羥基磷灰石/聚左旋乳酸復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

1)一個制備硬脂酸改性的羥基磷灰石粉末的步驟，將羥基磷灰石粉末加入無水乙醇中，超聲分散得到懸浮液，在所述的懸浮液中，所述的羥基磷灰石粉末的質(zhì)量百分比濃度為10％；將硬脂酸加入無水乙醇中，配成質(zhì)量百分比濃度為10％的硬脂酸溶液；然后將兩種溶液混合，羥基磷灰石懸浮液和硬脂酸溶液質(zhì)量比1:1～3，繼續(xù)加熱攪拌，使硬脂酸和羥基磷灰石充分反應(yīng)，抽濾除去溶劑，經(jīng)真空干燥，得到改性的羥基磷灰石粉末；

2)將改性后的羥基磷灰石粉末加入到二氯甲烷中，超聲分散，配成質(zhì)量百分比濃度為10％的懸浮液；將聚乳酸溶于二氯甲烷中，配成質(zhì)量百分比濃度為10％的溶液，然后將兩種溶液混合，在混合溶液中，改性后的羥基磷灰石粉和聚乳酸的質(zhì)量比為1～15:85～99，經(jīng)超聲分散，將共混液經(jīng)蒸發(fā)延流成膜，真空干燥；

3)將步驟(2)中羥基磷灰石和聚乳酸的共混膜在模具中熱壓成型，制得羥基磷灰石/聚左旋乳酸復(fù)合材料。

進(jìn)一步的，步驟(3)中的熱壓過程溫度為130～190℃，壓力為：3～7MPa。

本發(fā)明通過在聚乳酸基體中加入適量的納米羥基磷灰石中和聚乳酸分解產(chǎn)物，使復(fù)合材料降解過程中模擬體液的pH值保持在6.9～7.4之間，該值與體液本身的pH值7.2～7.4非常接近，而且納米羥基磷灰石粉末降解時釋放出鈣離子和磷酸根離子，為新骨生長提供了鈣磷來源，促進(jìn)其生長。

其次，本發(fā)明中的納米羥基磷灰石粉末采用硬脂酸改性，在其表面形成硬脂酸包覆層，提高了羥基磷灰石與聚乳酸的界面相容性，并且將羥基磷灰石粉末和聚左旋乳酸共混膜經(jīng)適當(dāng)?shù)墓に嚐釅?，改善了兩者之間的結(jié)合，提高了復(fù)合材料強(qiáng)度。復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度從未改性的約55MPa提高到65MPa，大大降低了羥基磷灰石粉末從基體中脫落的可能性。

本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進(jìn)步是顯著的。本發(fā)明的復(fù)合材料具有羥基磷灰石粉末與聚乳酸基體結(jié)合牢固，復(fù)合材料強(qiáng)度高，降解產(chǎn)物對人體酸堿度影響小等優(yōu)點(diǎn)，從材料的機(jī)械強(qiáng)度，羥基磷灰石粉末與聚乳酸基體結(jié)合牢固性和使用時對人體酸堿度的影響等方面優(yōu)于現(xiàn)有材料。

附圖說明

圖1是應(yīng)用比較例1所得的復(fù)合材料斷裂面形貌圖。

圖2是應(yīng)用實(shí)施例1所得的的復(fù)合材料斷裂面形貌圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。

本發(fā)明選用的聚左旋乳酸，Mw＝6.0×10⁵，美國Nature works公司制造，分析純硬脂酸，羥基磷灰石粉末由四川大學(xué)生物材料工程研究中心提供。

本發(fā)明中采用天譽(yù)機(jī)械設(shè)備(上海)有限公司R 3221熱壓機(jī)，復(fù)合材料樣品尺寸：80×10×2mm樣品。

本發(fā)明中復(fù)合材料拉伸性能測試在Zwick/Roell 2.5kN拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行加載速度2mm/min。

本發(fā)明中采用FEG Quanta 450型場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡(SEM)觀察復(fù)合材料斷面的形貌。

本發(fā)明所用的模擬體液配置方法和使用方法見(劉宣勇.生物醫(yī)用鈦材料及其表面改性.化學(xué)工業(yè)出版社,2009，P145)

本發(fā)明中采用梅特勒-托利多FE-20pH計(jì)測量模擬體液pH值。

實(shí)施例

將羥基磷灰石粉末加入無水乙醇中超聲分散10min，得到含羥基磷灰石粉末質(zhì)量百分比濃度為10％的懸浮液；將硬脂酸溶于60℃無水乙醇中，配成質(zhì)量百分比濃度為10％的硬脂酸溶液，然后將該溶液加入60℃電磁攪拌水浴鍋羥基磷灰石粉末懸浮液中，羥基磷灰石懸浮液和硬脂酸溶液質(zhì)量比1:1～3，繼續(xù)加熱攪拌，使改性劑和羥基磷灰石粉末充分反應(yīng)，抽濾除去溶劑，60℃真空干燥24h，得到改性羥基磷灰石粉末。

將改性羥基磷灰石粉末加入到二氯甲烷中，配成質(zhì)量百分比濃度為10％的懸浮液，超聲分散30min；然后將其加入含聚左旋乳酸為10％的二氯甲烷溶液中，其中羥基磷灰石粉末和聚左旋乳酸質(zhì)量比為1～15:85～99；繼續(xù)超聲分散30min，將共混液倒入蒸發(fā)皿延流成膜，待溶劑完全揮發(fā)后，放入60℃真空干燥箱中真空干燥48h。然后將復(fù)合材料膜，放入模具，在熱壓機(jī)上溫度160℃、5MPa，保壓10min后，冷卻成型，制得80×10×2mm樣品。

將復(fù)合材料樣品，每組3，在拉伸性能測試，加載速度2mm/min。用FEG Quanta 450型場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察復(fù)合材料斷口形貌。

具體實(shí)施例和比較例如表-1所示.

表-1：硬脂酸改性、羥基磷灰石含量與熱壓參數(shù)對復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響

上述的比較例1復(fù)合材料試樣拉伸斷口表面形貌如圖-1所示，實(shí)施例1中復(fù)合材料試樣拉伸斷口表面形貌如圖-2。通過圖1與圖2的比較可以看出，經(jīng)硬脂酸表面改性后復(fù)合材料拉伸斷裂時羥基磷灰石粉末與聚左旋乳酸基體開裂的現(xiàn)象大大降低，兩者結(jié)合的界面脫粘已不再是復(fù)合材料開裂的主要原因，因而，硬脂酸改性是提高該復(fù)合材料強(qiáng)度的一個重要因素。其次，從表-1中也發(fā)現(xiàn)，羥基磷灰石的加入對聚乳酸的強(qiáng)度有不利影響，特別是當(dāng)其添加量超過15w.％時，隨著添加量的增加，復(fù)合材料的強(qiáng)度下降明顯，降低至約50MPa。此外，熱壓工藝對復(fù)合材料的強(qiáng)度也有影響，熱壓溫度或壓力過低，共混膜層之間結(jié)合不牢，熱壓溫度或壓力過高會破壞聚乳酸的分子結(jié)構(gòu)，從而降低復(fù)合材料的強(qiáng)度。因而合適的熱壓工藝為130～190℃，壓力為3～7MPa。

為了進(jìn)一步優(yōu)化復(fù)合材料性能，測試了羥基磷灰石含量對復(fù)合材料降解產(chǎn)物對模擬體液pH的影響進(jìn)行了測試，將復(fù)合材料放置在37℃100ml模擬體液中測試復(fù)合材料降解產(chǎn)物對人體環(huán)境中酸堿度的影響，測試結(jié)果見表-2。

表-2：羥基磷灰石含量對復(fù)合材料降解過程中模擬體液pH值的影響

由表-2可以看出，隨著復(fù)合材料中羥基磷灰石含量的增加，聚乳酸的酸洗降解物造成的模擬體液酸洗增加的現(xiàn)象得到有效抑制，當(dāng)羥基磷灰石含量超過5w.％時，此效果較好。但當(dāng)羥基磷灰石含量超過10w.％時，復(fù)合材料的降解產(chǎn)物呈現(xiàn)堿性，造成了模擬體液的pH值升高的現(xiàn)象。

上述具體實(shí)施例只是用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。