本發(fā)明涉及技術(shù)一種可吸收骨折內(nèi)固定材料，具體涉及高強(qiáng)度可吸收骨折內(nèi)固定材料。

背景技術(shù)：

近年來,生物醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用日益廣泛,其中生物降解可吸收材料占有很大比重。這類材料有良好的生物相容性,可以在生物體內(nèi)分解,其分解產(chǎn)物可以代謝,并最終排出體外。利用生物吸收材料,可實現(xiàn)受損組織的重建,這些材料只是起到暫時替代作用,隨生物組織的生長,材料逐漸消失?；瘜W(xué)合成的生物降解材料中,研究最多的是脂肪族聚酯,特別是聚乳酸,由于其原料易從淀粉、蜜糖等發(fā)酵而得,為其廣泛應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

聚乳酸是一種具有良好生物相容性的完全可降解吸收性材料，在體內(nèi)可降解成乳酸，進(jìn)入三羧酸循環(huán)，最終產(chǎn)物是CO₂和H₂O，對人體無毒無害，是當(dāng)前醫(yī)學(xué)上應(yīng)用最多的合成可降解聚合物之一，它在醫(yī)用領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用為藥物緩釋材料、體內(nèi)植入材料、手術(shù)縫合線、骨科內(nèi)固定材料以及組織工程材料等。

骨折內(nèi)固定骨板是骨科內(nèi)固定材料的一種，其主要用于人體四肢骨、鎖骨和骨盆等骨折的內(nèi)固定，現(xiàn)有的內(nèi)固定骨板主要采用由D-乳酸、三亞甲基碳酸鹽組成的復(fù)合聚乳酸材料或鈦合金制成，然而由D-乳酸或、三亞甲基碳酸鹽組成的聚乳酸材料制成的骨針由于消旋型D,L-乳酸合成的消旋體D,L-聚乳酸(PDLLA)為無定型結(jié)構(gòu),其機(jī)械性能較差,降解時間較短,且在體內(nèi)會發(fā)生收縮,收縮率達(dá)50％以上,應(yīng)用受到局限。L-聚乳酸(PLLA)和D-聚乳酸(PDLA)的鏈段排列規(guī)整,結(jié)晶度、機(jī)械強(qiáng)度和熔點等都遠(yuǎn)超過PDLLA。

通常骨折內(nèi)固定骨板和可吸收螺釘配套使用，是由可降解的L-乳酸、D-乳酸及三亞甲基碳酸鹽的共聚物制成。這些共聚物很早就已經(jīng)廣泛被應(yīng)用于安全的醫(yī)療用途，它們通過水解作用在體內(nèi)降解生成α-羥基酸，然后被人體代謝掉。在植入18-36周后，植入物將會逐漸失去強(qiáng)度，而在2-4年中發(fā)生生物再吸收?？筛鶕?jù)不同規(guī)格尺寸的可吸收植入物，并且可以需要進(jìn)行設(shè)計，比如有骨鉆頭、骨螺紋絲錐、錐口鉆頭、測深尺、釘剪、改錐、骨板折彎器和加熱設(shè)備等?？晌罩踩胛锸菬o菌、非膠原狀態(tài)提供。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供高強(qiáng)度可吸收骨折內(nèi)固定材料。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：高強(qiáng)度可吸收骨折內(nèi)固定材料，所述材料包括如下步驟制備而成：

1)將左旋聚乳酸依次經(jīng)過預(yù)熱、制胚、自增強(qiáng)、淬火形成成型材；所述左旋聚乳酸的比旋光度為-155°～-160°；所述型材的結(jié)晶度50％-80％；

2)機(jī)加工：將步驟1)所得的型材通過車削、精雕或直接成型；所述車削法使用雙向聯(lián)動夾具，所述聯(lián)動夾具夾持型材兩端并對型材中間部分進(jìn)行車削加工。

優(yōu)選的，所述步驟1)中還包括超聲波或機(jī)械振動。

進(jìn)一步的，所述超聲波的振動頻率為20kHz,振幅為0-30mm；優(yōu)選的，所述擠出強(qiáng)化的溫度為135℃-165℃，所述鍛壓強(qiáng)化的溫度為165℃-195℃。

優(yōu)選的，所述制胚的溫度為190℃-230℃，所述淬火冷卻速率為70℃/min-130℃/min，所述淬火時間為1.5min-2.5min。

優(yōu)選的，還包括熱塑變形步驟：將步驟1)中成型后的材料在壓力100kN-150kN下進(jìn)行熱塑變形，所述熱塑變形溫度為60℃-80℃。

優(yōu)選的，所述制胚的方法為注塑或鍛壓，所述自增強(qiáng)的方法為鍛壓或擠出。

優(yōu)選的，所述自增強(qiáng)方法還包括多級自增強(qiáng)法。

進(jìn)一步的，所述多級自增強(qiáng)法是將所述胚材經(jīng)初次擠出強(qiáng)化形成型材，然后將所述型材進(jìn)行多次擠出，截取合適尺寸。

本發(fā)明的有益效果：

1、在加工過程中，由于振動力場的作用，形成的局部壓力場和速度場是脈沖的，高分子鏈及其鏈段表現(xiàn)為瞬時沖量負(fù)壓擴(kuò)散行為。振動力場的存在，加速和加強(qiáng)了高分子鏈段的擴(kuò)散和運(yùn)動，減小高分子鏈與鏈段之間的相互纏結(jié)，使高分子取向容易。

2、超聲波作用于成型階段，促進(jìn)球晶生長，另外，作用于冷卻階段，可以加速熱傳遞，獲得更小的球晶，進(jìn)而提高材料的綜合力學(xué)性能。

3、機(jī)加工根據(jù)材料用途做了進(jìn)一步的處理，以適應(yīng)不同的骨質(zhì)、骨折面從而擴(kuò)大了材料的用途。

附圖說明

圖1是本發(fā)明高強(qiáng)度可吸收骨折內(nèi)固定材料實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明高強(qiáng)度可吸收骨折內(nèi)固定材料實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明高強(qiáng)度可吸收骨折內(nèi)固定材料實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步說明。

S101:一種聚乳酸型胚材的注塑方法,包括以下步驟：

將左旋聚乳酸原材料射入熱咀中加熱熔融塑化，熱咀連接有超聲波裝置，然后熱咀在120bar注射壓力的推動下，保壓注射8.0秒，將熔融后的聚乳酸材料通過熱咀的出料口注射進(jìn)入后模的型腔中，聚乳酸材料被充滿型腔并被壓實，經(jīng)15秒冷卻保壓后，得到聚乳酸胚材。在保壓、冷卻過程中啟動超聲波裝置，振動頻率為20kHz,振幅為0-45μm，功率可根據(jù)實際調(diào)節(jié)。

S102：一種聚乳酸鍛壓胚材的方法,包括以下步驟：

(1)加粉：取烏氏粘度為6.5mL/g的聚乳酸粉末加入到模芯的胚材型腔中；

(2)抽真空：模芯胚材型腔加入聚乳酸粉末后，抽處胚材型腔中的空氣，使型腔保持真空狀態(tài)；

(3)加熱升溫：對胚材型腔中的聚乳酸粉末進(jìn)行加熱升溫，溫度控制在在190℃,加熱時間為10min；

(4)加壓：對胚材型腔聚乳酸粉末進(jìn)行加壓，壓力為15T；

(5)鍛壓：再對胚材型腔中的聚乳酸粉末進(jìn)行鍛壓，設(shè)備活動板沿設(shè)備導(dǎo)向柱勻速下

移，下移速度為10mm/min

(6)淬火：鍛壓完成后，將胚材從模芯中取出，淬火，完成整個胚材制備。

S201:一種使用聚乳酸胚材鍛壓強(qiáng)化設(shè)備的鍛壓工藝，步驟如下：

A、將胚材放入溫度在120℃至180℃的型腔；

B、胚材放入型腔3-10分鐘后壓塊下壓，合模鍛壓，并以5-20mm/min的速度下壓至預(yù)定位置；

C、壓塊下壓至預(yù)定位置后，進(jìn)行保壓，并在2分鐘內(nèi)將型腔溫度冷卻至60℃以下；

D、當(dāng)型腔溫度低于40℃時，解除壓力，取出成品型材。

S202：

將待加工的聚乳酸胚材設(shè)置在胚材孔中，胚材輸送器通過胚材輸送通道進(jìn)入一控模芯，將聚乳酸胚材送至擠出頂桿的下方，擠出頂桿將聚乳酸胚材下壓至胚材加熱模腔中，一控模芯對聚乳酸胚材進(jìn)行加熱，然后擠出頂桿退出胚材孔，胚材輸送器退出一控模芯固定板，再將擠出輔助棒設(shè)置在胚材孔中，胚材輸送器將擠出輔助棒送至擠出頂桿下方，擠出頂桿下壓擠出輔助棒，將聚乳酸胚材擠入二控模芯的型材成型模腔進(jìn)行成形加工。

實施例1(骨螺釘)

按照步驟S101進(jìn)行制胚，接著按步驟S202對型材進(jìn)行自增強(qiáng)得到棒材。所述左旋聚乳酸原料的比旋光度為-155°～-160°；所述棒材的結(jié)晶度50％-80％。本實施例的骨螺釘加工過程中由于聚乳酸分子鏈發(fā)生取向作用，在超聲波的作用使型材韌性高，加工難度大，效率低,為了提高加工效率及穩(wěn)定性，所以采用了以下三種加工工藝：

車削法：使用雙向聯(lián)動夾具，夾持所述型材兩端，對型材中間部分進(jìn)行車削加工，防止加工過程中抖動；

精雕法：使用分級夾持治具，對型材分級夾持，夾縮短加工長度，增加其穩(wěn)定性；

直接成型法：將制胚后的胚材通過擠出強(qiáng)化工藝，在模具型腔直接擠出形成帶螺紋的棒材，然后對棒材其他部分進(jìn)行車削加工處理。

本實施例中的制胚的溫度為180℃-220℃，擠出強(qiáng)化的溫度為130℃-180℃，鍛壓強(qiáng)化的溫度為160℃-190℃，淬火冷卻速率為60℃/min-140℃/min，淬火時間為1min-2min。

如圖1所示，骨螺釘由螺帽和螺桿段組成，骨螺釘長度為37～43mm。螺帽高度為1.8～2.2mm，直徑為4.0～4.6mm，螺帽的頂端球面倒角半徑為4.6～5.0mm，螺帽中間部分高度為0.6～1.0mm，螺帽尾端的倒角半徑為2.5～2.9mm；螺帽頂端球面設(shè)有凹槽，凹槽為十字型或一字型，凹槽寬度為0.2～0.6mm，深度為0.7～1.1mm。螺桿段的螺紋為矩形螺紋、三角形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋中的一種；螺紋外徑為2.6～3.0mm，螺距為0.5～0.9mm，螺紋牙底到牙頂?shù)拇怪本嚯x為0.1～0.3mm，相鄰兩螺紋牙的開口角度為50°～60°，牙底圓角半徑為0.2mm。螺桿段的螺紋上端與所述螺帽的連接部分高度為0.6～1.0mm，螺桿段尾端端面直徑為1.3～1.5mm，尾端倒角角度為120°～130°。配合使用的固定骨板上的螺釘孔直徑小于螺帽的直徑，大于螺桿螺紋外徑。

將所得骨螺釘進(jìn)行三點彎曲測試，測試結(jié)果的彎曲強(qiáng)度在270-330MPa左右；而常規(guī)的消旋聚乳酸樣品彎曲強(qiáng)度在50-100MPa左右，彎曲強(qiáng)度最大值可達(dá)到420MPa。

作為實施例1的改進(jìn)，骨螺釘可按照步驟S101進(jìn)行注塑，然后進(jìn)行多次步驟S201擠出，截取合適尺寸。經(jīng)過多次強(qiáng)化之后，骨螺釘?shù)木C合力學(xué)性能得到進(jìn)一步的提高。

實施例二(骨板)

本實施例采用步驟S101制胚和步驟S201進(jìn)行自增強(qiáng)，接著通過加壓的方式定型制作成通用型板材，塑形壓力在10-15T，可根據(jù)不同規(guī)格尺寸的選擇可吸收植入物，并且可以根據(jù)解剖需要對骨板的形狀、結(jié)構(gòu)、螺孔進(jìn)行設(shè)計，比如有骨鉆頭、骨螺紋絲錐、錐口鉆頭、測深尺、釘剪、改錐、可吸收骨折內(nèi)固定板折彎器和加熱設(shè)備等。所述左旋聚乳酸原料的比旋光度為-155°～-160°；所述骨板的結(jié)晶度50％-80％。

如圖2所示，所述骨板具有可塑形性，當(dāng)骨板升溫到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度之上后對其進(jìn)行塑形。當(dāng)產(chǎn)品放入70℃的水中，骨板會變軟，可發(fā)生形變，變形后冷卻可固定，再次放入70℃的水中可恢復(fù)至初始形態(tài)。

采用左旋聚乳酸經(jīng)過注塑成胚，在擠出強(qiáng)化的過程中發(fā)生取向作用，并伴隨超聲波作用，所述取向態(tài)的左旋聚乳酸再經(jīng)過定形制成的可吸收骨折內(nèi)固定板強(qiáng)度高，耐用，配合骨螺釘可很好地用于精確的對齊骨折線，并進(jìn)行固定骨折、截骨、關(guān)節(jié)固定、或者適當(dāng)增加的骨移植固定(例如性固定植入物、脫落物、手鉆)。

實施例3(骨針)

本實施例采用步驟S102制胚和步驟S201進(jìn)行自增強(qiáng)，所述左旋聚乳酸的原料的比旋光度為-155°～-160°；所述骨針的結(jié)晶度50％-80％。

其中多級強(qiáng)化法是將所述制胚后的胚材經(jīng)多次擠出強(qiáng)化形成所需尺寸的骨針，具體操作如下：胚材經(jīng)初次擠出強(qiáng)化形成取向態(tài)聚乳酸型材，取向態(tài)聚乳酸型材經(jīng)過二次擠出強(qiáng)化形成二次型材，截取合適尺寸的二次型材繼續(xù)擠出強(qiáng)化，直至得到所需尺寸的骨針。

具體的步驟如下：

使用φ12mm的胚材進(jìn)行擠出強(qiáng)化，加工出φ6mm的強(qiáng)化棒材，將擠出強(qiáng)化一次的φ6mm棒材截取合適長度，進(jìn)行二次擠出強(qiáng)化得到φ2mm的骨針胚材，最后進(jìn)行后處理加工，形成兩端有相同倒角的骨針。骨針的形狀參見圖3，骨針的針體1長度優(yōu)選為50mm，骨針整體為圓柱形，直徑優(yōu)選為2mm，骨針兩端的倒角半徑優(yōu)選為0.6mm。骨針的整體為圓柱形針體，針體為實心棒狀，骨針上下兩端有相同倒角，骨針呈透明狀。骨針的彎曲強(qiáng)度范圍為170-260MPa左右。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。