专利名称：组织替代材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及包含纤维补强的聚合水凝胶的组织替代材料。Biomaterials 19(1998)pp.1745-1752中的“High-strength，ultra-thin andfiber-reinforced pHE-MA artificial skin”(“高强度、超薄和纤维补强的pHE-MA人造皮肤”)公开了该类组织替代材料。该出版物公开的皮肤替代材料包含已用纤维如Spandex纤维补强的水凝胶。
上述组织替代材料在用于代替软骨样组织(cartilage-like tissue)如椎间盘或关节软骨时，其溶胀行为相对弱并且强度和韧度不足。当将其置入体内时，并不能充分模拟这些组织的体内固有性质。特别是就当组织周边流体(水/盐)组成改变时这些软骨样组织可溶胀的特征而言，即是如此。因此，其不能提供对环境的最佳适应性。
本发明旨在提供具有这些性质、即具有能够溶胀的性质的组织替代材料，此外重要的是这些材料具有充分的强度和相对挠性(compliant)。
如上所述的组织替代材料达到所述目的，因为该组织替代材料模拟软骨样组织，且含10-70％(m/m)纤维(基于干燥物)，并且所述水凝胶中添加有1-5％(m/m)(基于干燥物)的含电离基(ionized group)的物质。
所述电离基在水凝胶内提供Donnan渗透压以预拉(pretensions)纤维。该现象与软骨样组织内电离的糖胺聚糖的Donnan渗透压预拉组织内胶原纤维相似。选择相对弱的纤维以确保沿水凝胶纤维界面的力足够低。更强韧的机械性质可通过添加相对现有技术中更多的纤维获得。然而，在此上下文中重要的是维持溶胀性能，且其已通过添加含电离基的物质实现。该物质的一个实例是异丁烯酸钠。其直径和形状根据所需性质选择。例如，其形状可为编织的、缠绕的、切短的纤维或无纺纤维。提供20μm的直径作为实例。纤维的长度可在毫米至千米范围内。
这种纤维的实例是基于聚氨基甲酸酯的纤维。Lycra(Dupont deNemours)和Spandex是这种纤维的实例。据发现这种材料对纯水不亲水。然而，与一种或多种可在聚合时产生水凝胶基质的单体结合可获得亲水性质，且与其特别的弹性行为结合可获得与基质特别坚固的联结。
单体溶液渗透至纤维内导致纤维体积增加(最高50％)。作为应用该纤维的结果，机械性质和更具体而言弹性性质可被改善至与软骨性质更为近似的程度。
可通过聚合反应得到水凝胶的单体可包括HEMA(甲基丙烯酸羟乙酯)和/或异丁烯酸钠。也可以采用任选地彼此和与上述物质之一结合的其他单体。这些单体的亲水性特征可基于吸附性或基于固定电荷对亲水性阳离子的静电引力。
据发现这样获得的组织替代材料具有接近或更优于软骨性质的性质。可能存在明显的预拉伸百分比，同时可获得高的压缩强度(大约10MPa)。这样获得的组织替代材料在长期负荷下可被压缩。该材料在短期峰值负荷下不会被压缩。
聚合可借助于化学引发剂、热引发和/或通过光(UV)引发实施。
据发现由此获得的组织替代材料随其周边流体的条件而溶胀程度更高或更低。例如，可以将材料浸入具有相对高的盐浓度的溶液，该材料因此具有相对较小的体积。在置入例如生物体内后，由于盐浓度会下降且会吸收更多的水，组织替代材料体积因此增加，且应用该组织替代材料的部分之间得以紧扣(clasping)。
应根据所需的强度选择纤维相对聚合水凝胶的量。例如其值可为约60％的纤维材料干重。
上述组织替代材料可通过将聚氨基甲酸酯基纤维浸入一种或多种上述单体的水溶液内制备。在浸入过程中单体溶液被吸收。材料的强度和韧度可通过纤维定向(orientation)而提高。然后发生上述聚合作用。在浸入或分别在缠绕或编织过程中可提供对纤维的定向，从而能够影响组织替代材料在各方向的性质。
从初步研究预期由上述方式生产的组织替代材料是生物相容的。
图1在无纤维补强的水凝胶球以及其外部毫米根据本发明用60％(m/m)(基于干燥物)纤维补强的水凝胶球在压缩时的机械性质之间进行比较。图1a显示为无纤维补强的水凝胶，图1b显示用纤维补强的水凝胶。
虽然以上基于特别的具体实施方案描述了本发明，但是在阅读上文后各种落入所附权利要求范围内的明显改变将对本领域技术人员而言显而易见。
权利要求
1.一种用于替代软骨样材料的材料，其包含纤维补强的由单体聚合的水凝胶，其含有10-70％(m/m)可溶胀纤维(基于干燥物)，且所述水凝胶中添加有1-5％(m/m)(基于干燥物)的含电离基的物质。
2.如权利要求1所述的用于替代软骨样材料的材料，其中所述水凝胶包含基于甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)的聚合物。
3.如权利要求1或2所述的用于替代软骨样材料的材料，其中所述含电离基的物质包括异丁烯酸。
4.如权利要求3所述的用于替代软骨样材料的材料，其包含1-5％(m/m)异丁烯酸盐。
5.如前述权利要求之一所述的用于替代软骨样材料的材料，其中所述纤维包括在液体内饱和的纤维。
6.如前述权利要求之一所述的用于替代软骨样材料的材料，其中所述纤维包括基于聚氨基甲酸酯材料的纤维。
7.由前述权利要求之一所述的用于替代软骨样材料的材料组成的假体。
全文摘要
本发明涉及用于替代软骨样组织的纤维补强材料，其由亲水性、相对弹性的纤维结构和聚合水凝胶基质组成。通过在水凝胶聚合前使纤维于单体溶液内饱和，从而使纤维/基质联结增强。纤维优选由基于聚氨基甲酸酯的材料组成。更具体而言，该材料包含10－70％(m/m)纤维(基于干燥物)且所述水凝胶中添加有1－5％(m/m)(基于干燥物)的含电离基的物质。
文档编号A61L27/52GK1822866SQ200480020407
公开日2006年8月23日 申请日期2004年7月15日 优先权日2003年7月15日
发明者马塞尔·维吉拉尔斯, 雅克·马里·勒内·扬·于热, 科里努斯·科内利斯·范冬克拉尔 申请人:科学技术基金会