一种复合人工韧带及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种复合人工韧带及其制备方法，该复合人工韧带具有棒状结构，该棒状结构是由编织网卷制而成；所述编制网是由线编织成的网状结构，所述棒状结构中的线相互纠缠而抱合，从而形成网孔交错结构；所述线是由具有不同降解性能的数种丝束绕制而成，所述具有不同降解性能的数种丝束分别由不同降解性能的组分分别通过纺丝或纺束形成，从而使获得所述复合人工韧带具有梯度降解性能。本发明的复合人工韧带力学性能良好，能促进周围组织的附着和韧带组织的修复与正常生长，同时在体内部分组分可逐渐生物降解，且降解时不引起韧带力学性质的显著下降。
【专利说明】一种复合人工韧带及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及植入性医疗器械【技术领域】，尤其涉及一种复合人工韧带及其制备方法。
【背景技术】
[0002]由于膝关节内的生物学环境特殊和交叉韧带的血液供应的限制，交叉韧带体部断裂后无自然愈合的能力，因而需进行韧带重建。修复材料包括自体移植物、同种异体移植物和人工韧带。自体移植存在供区不足和供区并发症等问题，异体移植存在韧带化时间延迟、免疫排斥反应、甚至传播疾病的危险。相比之下，人工韧带具有手术操作简单，材料来源可靠可控，不损伤自体组织，且术后稳定性好等优点，在韧带重建修复中具有更广泛的应用。
[0003]从人工韧带出现以来，人们曾试用过多种材料，目前较常用于制作人工韧带的材料有:合成的碳素纤维、碳支架结合胶原或聚酯、聚四氟乙烯纤维合成的聚合物、涤纶、聚丙烯等。但此类材料往往伴随着一些缺陷:材料不可降解吸收，人工韧带的磨损屑可致医源性关节病；生物相容性不好，韧带表面细胞和组织无法正常生长，易引起异物排斥反应；人工材料硬度高，无周期性张弛，易疲劳及折断；随关节活动韧带在关节内的蠕变，人工韧带会被永久性地拉长，从而导致膝关节的不稳定。另外，部分人工韧带虽然有网眼，周围细胞和组织可以长入其中，但是在人工韧带没有断裂之前，长入人工韧带网眼的组织永远都不会受到正常应力的刺激，根本不会变成正常韧带组织，一旦人工韧带断裂，就会发现，长入网眼的组织很软、弹性太大，不能维持前交叉韧带的功能。这些缺陷导致了人工韧带不能长期使用的问题。目前人工韧带的发明提供的人工韧带多为带状或管状，这两种结构虽然结构简单，但是力学性能和降解性能往往难以满足韧带的要求。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于:提供一种力学性能良好，能促进周围组织的附着和韧带组织的修复与正常生长，同时在体内部分组分可逐渐生物降解，且降解时不引起韧带力学性质的显著下降的复合人工韧带。
[0005]本发明要解决的又一技术问题在于:提供一种复合人工韧带的制备方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是:一种复合人工韧带，其具有棒状结构，该棒状结构是由编织网卷制而成；所述编制网是由线编织成的网状结构；所述线是由具有不同降解性能的数种丝束绕制而成，所述具有不同降解性能的数种丝束分别由不同降解性能的组分分别通过纺丝或纺束形成，从而使获得所述复合人工韧带具有梯度降解性倉泛。
[0007]进一步地，所述具有不同降解性能的数种丝束中至少有一种丝束相对不降解；而其它丝束降解速度不同；所述不降解丝束位于所述线的内芯，而可降解丝束交叉缠绕于所述内芯上。
[0008]进一步地，所述棒状结构中的线相互纠缠而抱合，从而形成网孔交错结构；所述棒状结构的直径范围为6~15mm;所述编织网的网孔直径范围为150-300 μ m，网的厚度为
.0.2~2mm ；。
[0009]进一步地，所述不同降解性能的组分为三种组分；其中组分一是选自胶原、聚乙醇酸、聚乳酸及其共聚物中的一种；组分二是选自聚(ε-己内酯)、聚羟基丁酸酯、甲壳素、丝素蛋白中的一种；组分三是选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、超高分子量聚乙烯中的一种。
[0010]进一步地，所述三种组分分别对应形成丝束一、丝束二和丝束三；丝束三为内芯丝，丝束一及丝束二螺旋交叉地缠绕在内芯丝束三的长度方向从而形成所述线。
[0011]进一步地，所述线包含丝束的数目为3~30 ;所述三组分分别形成的三种丝束之间的数目比例为1:1-1.5:1-2 ;所述丝束中的单丝直径为f 20 μ m;单束丝束中包含的丝数为1-20根。
[0012]本发明的技术方案进一步包括:一种制备所述复合人工韧带的方法，包括以下步骤:
a、纺丝:将具有不同降解性能的组分分别纺丝或纺束获得具有不同降解性能的丝束；
b、制线:将具有不同降解性能的丝束绕制成线；
C、织网:通过成网机将线编织成网状结构；
d、成棒:将步骤c所获得的网状结构卷成具有一定直径的棒状结构，采用无纺针刺技术使棒状结构中的线相互纠缠而抱合，形成网孔交错结构。
[0013]进一步地，所述步骤a中，是将可降解的组分一、组分二与不可降解的组分三分别纺丝或纺束；可降解的组分采用手术缝合线的制备方法来纺丝或纺束，而将不可降解的组份通过熔体纺丝的方法纺丝或纺束。
[0014]进一步地，所述组分一是选自胶原、聚乙醇酸、聚乳酸及其共聚物中的一种；组分二是选自聚(ε -己内酯)、聚β -羟基丁酸酯、甲壳素、丝素蛋白中的一种；组分三是选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、超高分子量聚乙烯中的一种；所述步骤b是将三种组分丝束按1:1-1.5:1-2的数目比例制线；所述线是以组分三丝束为内芯，以组分一和组分二丝束沿内芯长度方向上进行径向交叉缠绕从而相互缠绕在内芯上形成线。
[0015]进一步地，步骤a所述的组分纺丝得到的单丝直径为f 50 μ m,单束丝束包含的丝数为1-20根；步骤b所述的线包含丝束的数目范围为3~30 ;步骤c中所获得的编织网的网孔直径范围为150~300 μ m，网的厚度为0.2~2mm ;步骤d中棒状结构的直径范围为6~15mm。
[0016]本发明的技术方案具有以下优点:
本发明的复合人工韧带，其由数种具有不同降解性能的成分组成，形成梯度降解，解决了以往人工韧带不可降解吸收或降解过快的缺陷，促进周围细胞的附着和韧带组织的生长；同时梯度降解能有效防止降解过程中人工韧带力学性能显著下降，其降解后韧带主要成分是新生韧带组织，新生韧带得以受到正常应力刺激而正常生长和发育，最终取代人工韧带；
具体地，本发明复合人工韧带的性能主要有两方面:(1)降解性能:表现为梯度降解，组分一完全降解时间为30-70天，组分二完全降解时间为90-180天，组分三不降解，具体优点见前面；(2)力学性能:可承受拉力极限为2000-3000Ν。
[0017]本发明的制备方法中，是通过数种组分依次通过纺丝或纺束、复合成线、编织成网、将网卷成棒状并用无纺针刺技术加固而成，这样即便在降解过程中，产品的结构依然保持网状，网孔逐渐变大，更加适合周围组织的附着和韧带组织的修复和生长。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明实施例复合人工韧带的立体图。
[0019]图2是本发明实施例复合人工韧带中所述编织网的展开示意图。
[0020]图3是本发明实施例复合人工韧带中所述线的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]以下具体实施例对本发明作进一步的说明，以下实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的范围。
[0022]本发明的复合人工韧带是一种半降解性的复合人工韧带，其力学性能良好，能促进周围组织的附着和韧带组织的修复与正常生长。该复合人工韧带由数种具有不同降解性能的成分组成，从而形成梯度降解，解决了以往人工韧带不可降解吸收或降解过快的缺陷，促进周围细胞的附着和韧带组织的生长；同时梯度降解能有效防止降解过程中人工韧带力学性能显著下降，其降解后韧带主要成分是新生韧带组织，新生韧带得以受到正常应力刺激而正常生长和发育，最终取代人工韧带；
请参照图1-2，本发明的半降解复合人工韧带为棒状结构100，所述棒状结构的直径范围为6~15mm ;其由一编织网I卷制而成，所述编制网I是由线10编织成的网状结构，所述棒状结构中的线相互纠缠而抱合，形成网孔交错结构。
[0023]所述编织网I的网孔直径范围为150-300 μ m，网的厚度为0.2~2mm。
[0024]所述线10是由具有不同降解性能的丝束绕制形成，从而赋予本发明复合人工韧带的梯度降解性能。优选地，其中至少有一丝束相对不降解，从而赋予复合人工韧带的半降解性。
[0025]请参照图3，本实施例中，线10包括内芯丝束13以及交叉螺旋地缠绕在内芯丝束13上的丝束11以及丝束12。所述丝束11和丝束12径向缠绕在内芯丝束13的长度方向形成所述线10。所述线10包含丝束的数目为:4~30，其中丝束11、丝束12、丝束13之间的数目比例为1:1~1.5:1~2。
[0026]所述丝束11、丝束12、丝束13分别由具有不同降解性能的组分一、组分二和组分三通过纺丝或纺束形成。组分一、组分二和组分三得到的丝束11、丝束12、丝束13的单丝直径为广20 μ m，单束包含的丝数为广20根。
[0027]其中所述组分一是选自胶原、聚乙醇酸、聚乳酸及其共聚物中的一种。组分二是选自聚(ε_己内酯)、聚β_羟基丁酸酯、甲壳素、丝素蛋白中的一种。组分三是选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、超高分子量聚乙烯中的一种。三种组分具有不同降解性能，因此获得的复合人工韧带的降解性能表现为梯度降解:其中组分一完全降解的时间为30-70天，组分二完全降解的时间为90-180天，组分三在体内一般不可降解吸收。本发明的复合人工韧带拟达到的性能目标为:由于各组分的降解性能不一样，所述人工韧带在人体内，首先表现为组分一先降解完全，组分二和组分三的线几乎保持完整结构，一方面组分一的降解形成微孔有利于周围细胞和韧带组织的长入和替代组分一的位置，另一方面组分二和组分三的线依然存在可维系人工韧带的力学性能；90-180天内，组分二的线也基本降解完全，同时新生韧带继续生长，此时，人工韧带的力学承重也随着新生韧带受到正常应力刺激正常成长而由新生韧带维系，组分三线的存在也是为了防止个体差异造成新生韧带过早受力发生断裂。另外，组分三最后也会随着其因疲劳断裂而逐渐被巨噬细胞吸收掉。
[0028]进一步地，本发明提供一种棒状的韧带，其力学性能稳定，可承受拉力极限为2000-3000Ν，而且组成该棒状韧带的线是以组分三为内芯，组分一和组分二交叉缠绕，而不是采取常规的三条线并列或相互糅合成线，其目的在于:在人工韧带的降解和新生韧带的逐渐生成的全过程中，主要受力的还是组分三，以组分三的线为内芯，是为了防止另外两种组分降解后造成的人工韧带结构松弛和延长的结构；另外，这样的结构所导致的降解结构是呈成孔降解，形成的孔隙越来越大，有利于周围细胞和组织的表面粘附和渗透到人工韧带结构内部。
[0029]本发明的制备方法中，是通过数种组分依次通过纺丝或纺束、复合成线、编织成网、将网卷成棒状并用无纺针刺技术加固而成，这样即便在降解过程中，产品的结构依然保持网状，网孔逐渐变大，更加适合周围组织的附着和韧带组织的修复和生长。
[0030]本发明的半降解复合人工韧带是由三种具有不同降解性能的组分一、组分二和组分三通过纺丝或纺束、 复合成线、编织成网、将网卷成棒状并用无纺针刺技术加固而成。本发明所述的复合人工韧带，其制备方法具体如下:
a、纺丝:以具有不同降解性能的组分进行丝丝或纺束，可保持至少有一组分不降解；
b、制线:将步骤a所获得的丝束进行绕制成线，保持不降解成份的丝束位于内芯，其它组分的丝束交叉缠绕于内芯上；
C、织网:通过成网机将线编织成网状结构；
d、成棒:将步骤c所获得的网状结构卷成具有一定直径的棒状结构，采用无纺针刺技术使棒状结构中的线相互纠缠而抱合，形成网孔交错结构；从而获得具有梯度降解性能以及良好力学性的半降解棒状复合人工韧带。
[0031]其中关于步骤a，本实施例中是将选择前述三组分进行纺丝，其中组分一和组分二采用手术缝合线的制备方法来纺丝或纺束，而组分三通过熔体纺丝的方法纺丝或纺束。具体是根据三种组分不同的功能，将可降解的组分一和组分二用手术缝合线的制备方法来纺丝或纺束，将不可降解、主要用于承受应力的组分三采用熔体纺丝的方式纺丝或纺束。选择熔体纺丝的方式纺丝或纺丝，其目的是为了获得高抗拉强度、力学性能均一稳定的丝束。纺丝方式一般有干法纺丝、湿法纺丝、静电纺丝和熔体纺丝等，前三者纺丝方法的原理是都是由聚合物纺丝溶液定量从喷丝孔挤出，再经过脱溶剂的过程成丝，溶剂的挥发必然导致丝微观结构呈现为多孔结构，从而导致纺出来的丝各点的力学性能不一致，强度也不适合人工韧带的要求。而熔体纺丝的原理是通过聚合物熔体从喷丝孔挤出后，在空气中冷却成丝，一旦固化后便具有很强的抗拉强度，符合人工韧带高抗拉强度的要求。所述的组分一、组分二和组分三得到的单丝直径为1-50 μ m，单束丝束包含的丝数为广20根。
[0032]步骤b中将三种组分丝束按I 1.5:1-2的数目比例制线，所述线是以组分三丝束为内芯。优选地，以组分一和组分二丝束沿内芯长度方向上进行径向交叉螺旋缠绕从而相互缠绕在内芯上形成线。所述的线包含丝束的数目范围为:3-30。当然，其它缠绕方式也可以适用。
[0033]步骤c中所获得的编织网的网孔直径范围为150~30(^111，网的厚度为0.2~2臟。
[0034]步骤d中棒状结构的直径范围为6~15mm。
[0035]以下列举具体的实验来说明本发明的复合人工韧带及其制备方法，其仅作为举例说明本发明，而不用于限定本发明的范围。
[0036]实施例1
选择胶原和聚(ε-己内酯)两种原料，采用手术缝合线的制备方法分别纺成丝状或束状，选择聚对苯二甲酸乙二醇酯采用熔体纺丝的方法纺成丝状或束状，其中单丝直径为1~50 μ m,单束包含的丝数为I~20根。
[0037]将三种组分丝束按1:1:1的数目比例，制备以组分三丝束为内芯，组分一和组分二丝束在内芯上相互缠绕的线，通过成网机将线编织成网状结构，网孔直径范围为150-300μπι，最后将网状结构卷成具有6 _的棒状结构，采用无纺针刺技术使棒状结构中的线相互纠缠而抱合，形成网孔交错结构。
[0038]上述方法得到的人工韧带初始拉伸强度可达到2000-3000Ν，体外降解实验发现，第一次完全降解是组分一在30-50天降解完全，第二次完全降解是组分二在100-130天降解完全，降解完全后，剩余的组分三拉伸强度依然有1500Ν左右。
[0039]实施例2
选择聚乙醇酸和聚 β -羟基丁酸酯两种原料，采用手术缝合线的制备方法分别纺成丝状或束状，选择超高分子量聚乙烯采用熔体纺丝的方法纺成丝状或束状，其中单丝直径为1~50 μ m,单束包含的丝数为I~20根。
[0040]将三种组分丝束按1:1:2的数目比例，制备以组分三丝束为内芯，组分一和组分二丝束在内芯上相互缠绕的线，通过成网机将线编织成网状结构，网孔直径范围为150-300μπι，最后将网状结构卷成具有1mm的棒状结构，采用无纺针刺技术使棒状结构中的线相互纠缠而抱合，形成网孔交错结构。
[0041]上述方法得到的人工韧带能具备跟实施例1相似的效果。
[0042]实施例3
选择聚乳酸和丝素蛋白两种原料，采用手术缝合线的制备方法分别纺成丝状或束状，选择聚对苯二甲酸乙二醇酯采用熔体纺丝的方法纺成丝状或束状，其中单丝直径为1~50 μ m,单束包含的丝数为I~20根。
[0043]将三种组分丝束按1:1.5:2的数目比例，制备以组分三丝束为内芯，组分一和组分二丝束在内芯上相互缠绕的线，通过成网机将线编织成网状结构，网孔直径范围为150-300μπι，最后将网状结构卷成具有12_的棒状结构，采用无纺针刺技术使棒状结构中的线相互纠缠而抱合，形成网孔交错结构。
[0044]上述方法得到的人工韧带能具备跟实施例1相似的效果。
[0045]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
【权利要求】
1.一种复合人工韧带，其特征在于:其具有棒状结构，该棒状结构是由编织网卷制而成；所述编制网是由线编织成的网状结构；所述线是由具有不同降解性能的数种丝束绕制而成，所述具有不同降解性能的数种丝束分别由不同降解性能的组分分别通过纺丝或纺束形成，从而使获得所述复合人工韧带具有梯度降解性能。
2.如权利要求1所述的复合人工韧带，其特征在于:所述具有不同降解性能的数种丝束中至少有一种丝束相对不降解；而其它丝束降解速度不同；所述不降解丝束位于所述线的内芯，而可降解丝束交叉缠绕于所述内芯上。
3.如权利要求1所述的复合人工韧带，其特征在于:所述棒状结构中的线相互纠缠而抱合，从而形成网孔交错结构；所述棒状结构的直径范围为所述编织网的网孔直径范围为150-300μπι，网的厚度为0.2~2mm。
4.如权利要求1所述的复合人工韧带，其特征在于:所述不同降解性能的组分为三种组分；其中组分一是选自胶原、聚乙醇酸、聚乳酸及其共聚物中的一种；组分二是选自聚(ε-己内酯)、聚β-羟基丁酸酯、甲壳素、丝素蛋白中的一种；组分三是选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、超高分子量聚乙烯中的一种。
5.如权利要求4所述的复合人工韧带，其特征在于:所述三种组分分别对应形成丝束一、丝束二和丝束三；丝束三为内芯丝，丝束一及丝束二螺旋交叉地缠绕在内芯丝束三的长度方向从而形成所述线。
6.如权利要求4所述的复合人工韧带，其特征在于:所述线包含丝束的数目为:3-30；所述三组分分别形 成的三种丝束之间的数目比例为I 1.5:1-2 ;所述丝束中的单丝直径为20 μ m ;单束丝束中包含的丝数为20根。
7.一种制备如权利要求1飞中任一项所述复合人工韧带的方法，包括以下步骤: a、纺丝:将具有不同降解性能的组分分别纺丝或纺束获得具有不同降解性能的丝束； b、制线:将具有不同降解性能的丝束绕制成线； C、织网:通过成网机将线编织成网状结构； d、成棒:将步骤c所获得的网状结构卷成具有一定直径的棒状结构，采用无纺针刺技术使棒状结构中的线相互纠缠而抱合，形成网孔交错结构。
8.如权利要求7所述的复合人工韧带的制备方法，其特征在于:所述步骤a中，是将可降解的组分一、组分二与不可降解的组分三分别纺丝或纺束；可降解的组分采用手术缝合线的制备方法来纺丝或纺束，而将不可降解的组份通过熔体纺丝的方法纺丝或纺束。
9.如权利要求8所述的复合人工韧带的制备方法，其特征在于:所述组分一是选自胶原、聚乙醇酸、聚乳酸及其共聚物中的一种；组分二是选自聚己内酯)、聚羟基丁酸酯、甲壳素、丝素蛋白中的一种；组分三是选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、超高分子量聚乙烯中的一种；所述步骤b是将三种组分丝束按I 1.5:1-2的数目比例制线；所述线是以组分三丝束为内芯，以组分一和组分二丝束沿内芯长度方向上进行径向交叉缠绕从而相互缠绕在内芯上形成线。
10.如权利要求7所述的复合人工韧带的制备方法，其特征在于:步骤a所述的组分纺丝得到的单丝直径为广50 μ m，单束丝束包含的丝数为f 20根；步骤b所述的线包含丝束的数目范围为3~30 ;步骤c中所获得的编织网的网孔直径范围为150-300μπι，网的厚度为.0.2~2mm ;步骤d中棒状结构的直径范围为6~15mm。
【文档编号】A61L27/18GK104043151SQ201310082756
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】谭荣伟, 许孟强, 魏欣苗 申请人:深圳兰度生物材料有限公司