专利名称：磷酸盐纤维增强聚乳酸可控降解吸收性生物活性复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于生物医用骨内固定材料、骨修复材料，具体地说是一种磷酸盐纤维增强聚乳酸可控降解吸收性生物活性复合材料及其制备方法。
背景技术：
目前，临床上应用的骨内固定材料基本上是金属材料，如不锈钢、钛合金等。这些材料用作骨内固定材料，虽然能完成骨折局部早期的坚强固定，但由于其弹性模量远高于人体骨的弹性模量(是人体骨弹性模量的20倍)，容易导致骨折局部产生应力遮挡作用，使骨愈合后骨折局部出现骨质疏松和自身骨退化。在金属内固定装置取出后，容易出现再次骨折等。可降解吸收性骨内固定装置，由于具有良好的生物降解性和吸收性以及力学性能的衰减性，在骨愈合过程中，载荷可逐渐从骨内固定装置转移到自身骨上，与骨的愈合动力学相适应，能够克服金属内固定材料的各种弊端，因而具有广阔的应用前景。
自1985年Rokkamen报导用自增强L-聚乳酸(SR-PLLA)及聚乙交酯(SR-PGA)可吸收性骨折内固定棒治疗踝部骨折取得满意疗效后，人们对此进行了大量的研究和开发。其产品种类包括用SR-PLLA、SR-PGA及SR-PGLA等三种可降解聚合物制作的内固定棒、针、螺钉、接骨板等。然而由于目前可降解吸收性骨内固定装置的力学性能低于正常人皮质骨的力学性能，或可降解吸收性骨内固定材料虽然具有较高的初始强度、刚度，但在降解过程中，力学性能衰减太快，其衰减速率与骨的愈合速率不匹配，因此仅用于非承重部位的松质骨的固定，不能用于承重部位的皮质骨固定。此外，由于用作内固定材料的聚L-乳酸(PLLA)分子量过高，且PLLA为晶体结构，导致在体内降解吸收的时间过长(2-8年)。因此，提高可降解吸收性聚合物的力学性能、调控其力学性能衰减速率、缩短降解吸收的时间，是国内外可降解吸收性骨内固定材料研究领域需要解决的核心问题。
迄今，用作可降解吸收性的骨内固定聚合物材料，主要有左旋聚乳酸(PLLA)、外消旋聚乳酸(PDLLA)、聚乙醇酸(PGA)以及聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物(PGLA)等，为了提高可降解吸收性聚合物的力学性能，专利FJ851828(芬兰)采用聚合物纤维增强同材质聚合物基体(即自增强材料，如SR-PGA、SR-PLLA、SR-(PGA/PLLA)等)，来提高可降解吸收性聚合物纤维的力学性能，取得一定效果，但降解过程中，力学性能衰减很快，这可能与聚合物的应力松弛有关。Slivka Ma等人采用碳纤维增强PLLA，由于碳纤维不降解，PLLA降解后，碳纤维的残余物被留在组织中。Andriano Kp等人采用偏磷酸钙纤维增强PLLA，制成CMP/PLLA复合材料，CMP纤维降解很快，在降解期间复合材料早期力学性能迅速衰减，不能满足内固定复合材料对其力学性能的要求。专利(ZL96191435)用未烧结的HAP微米微粒增强PLLA，制备出HAP/PLLA可降解吸收性复合材料，其初始力学性能为弯曲强度150～300Mpa，模量8～12Gpa，但低于人体皮质骨的力学性能，且由于PLLA分子链高度取向，在复合材料植入组织后，在体内降解吸收的时间竟比PLLA还长得多。
本发明人在专利(专利申请号ZL 02113309.3高强度、高模量可吸收骨内固定聚磷酸钙/聚丙交酯复合材料及制备方法)的研究工作中发现CPP/PLLA复合材料的降解是一种整体溶蚀降解，在降解过程中，水分子容易进入材料的内部，纤维与基体粘结较弱，所有的大分子链都有机会与水接触，因而发生整体无规水解降解，在显微镜下可以看到降解后材料整体出现裂缝，偶尔会出现宏观裂缝，出现宏观裂缝后，复合材料力学性能迅速下降，其力学性能衰减速率与骨愈合速率不一致，且降解过程中降解液的pH值太低(3.8)，容易引起炎症反应。在聚磷酸钙纤维(CPP)增强外消旋型聚乳酸(PDLLA)即CPP/(PDLLA)复合材料研究中发现，CPP/(PDLLA)复合材料在降解过程中，水分非常缓慢地逐层渗进材料内部，水分子渗进材料内部的速率约为0.0125mm/天(PDLLA分子量30-40万)。在试样断口可清晰地观察到水渗透层与未渗透层界面。但在37℃下的生理盐水中降解时，CPP/(PDLLA)复合材料容易变形，弹性模量迅速下降。这可能与PDLLA在降解过程中玻璃温度Tg下降有关，因此，只有采用高分子量的PDLLA与CPP纤维复合，形成高强度、高模量复合材料，或许可用作可降解吸收性骨内固定复合材料。这方面的研究正在进行中。另外，PDLLA在体内的降解吸收速率比PLLA在体内的降解吸收速率要快的多，具有显著的优越性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磷酸盐纤维增强聚乳酸可控降解吸收性生物活性复合材料及其制备方法。该复合材料具有超高强度、刚度、生物活性和可控的降解吸收速率以及力学性能衰减速率，可用作松质骨和部分皮质骨甚至皮质骨的可降解吸收性骨内固定装置。
上述发明目的是通过以下技术措施实现的一种磷酸盐纤维增强聚乳酸可控降解吸收性生物活性复合材料，其特征在于该复合材料包括增强材料和基体材料，其组分及配比以重量份数计分别为增强材料的重量份数为0～75份，其中磷酸盐纤维CPG为0～60份，精选20～50份，磷酸盐纤维须符合专利ZL 01101550.0的技术要求，纤维直径5～40μm，精选5～30μm，纤维在体内维持时间30～540天，精选60～120天；纳米羟基磷灰石nano-HA为0～15份，精选5～8份，选用纳米nano-HA粒子或针状nano-HA粒子，粒子直径0～100nm，精选0～60nm，粒子长度0～1000nm，精选50～400nm；基体材料的重量份数为100～25份，精选75～30份，基体材料选用粘均分子量30～130万、精选40～120万分子量的外消旋聚乳酸PDLLA和粘均分子量20～80万、精选25～60万分子量的左旋聚乳酸PLLA两者的共混物，聚合物共混物PDLLA和PLLA的重量比为10～90/90～10。
上述复合材料中，磷酸盐纤维(CPG)可用聚磷酸钙纤维(CPP，ZL 01101545.4)，其它可降解纤维(如聚乳酸纤维、聚乙醇酸纤维、羟基磷灰石纤维)，或部分降解纤维如碳纤维代替；聚乳酸(PLLA，PDLLA)可用乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)代替；纳米羟基磷灰石(nano-HA)可用纳米α-磷酸三钙粒子(nano-α-TCP)或纳米β-磷酸三钙(nano-β-TCP)或纳米磷酸四钙(nano-TTCP)或纳米碳酸钙(CaCO3)粒子等碱式纳米微粒代替。
上述磷酸盐纤维增强聚乳酸可控降解吸收性生物活性复合材料的单向长纤维(纤维长度100～400mm)制备方法(方法A)如下①称取外消旋聚乳酸PDLLA和左旋聚乳酸PLLA，在容器中按聚乳酸∶二氯甲烷(或三氯甲烷)＝1∶15～50的重量比溶解，得到聚乳酸混合溶液，即PDLLA/PLLA两者的混合溶液，简称 液；②称取纳米羟基磷灰石nano-HA微粒，加入 液中，或将nano-HA加入二氯甲烷中，HA∶二氯甲烷＝1∶10，制成nano-HA/二氯甲烷悬浊液，加入 液中搅拌均匀，得到nano-HA、PDLLA和PLLA三者的混合溶液，简称 液；③称取磷酸盐纤维CPG，裁剪成100～400mm的纤维长度，在聚四氟乙烯薄板上单向铺层；④将 液浇注在经步骤③处理的单向铺层的CPG纤维层表面，分2～3次浇注，经2～10小时二氯甲烷自然挥发后，得到CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA复合材料薄膜；⑤将经步骤④处理的复合材料薄膜，在真空干燥箱内烘干，真空度0.03～0.09Mpa，烘干温度40～80℃，烘干时间24～48小时；⑥将经步骤⑤处理的复合材料薄膜，单向叠层，或正负45°叠层，装入模具内真空热压，或在氮气保护下热压，真空度为0.06～0.085Mpa，精选0.07～0.08Mpa，热压温度140～220℃，压力40～100Mpa，精选60～90MPa；⑦脱模、精修、灭菌、包装，得到可用于部分皮质骨甚至皮质骨(包括松质骨)可完全降解吸收性骨内固定复合材料螺钉、接骨板及髓内针等。
上述磷酸盐纤维增强聚乳酸可控降解吸收性生物活性复合材料的随机短纤维制备方法如下①同方法A的步骤①；②同方法A的步骤②；③称磷酸盐纤维CPG，裁剪成2～10mm纤维长度；④将经步骤③处理的短纤维加入经步骤②处理的 液中，搅拌均匀，均匀的浇注在聚四氟乙烯薄膜表面，待2～6小时，二氯甲烷挥发后，真空干燥，真空度0.06～0.085MPa，干燥温度40～80℃，干燥时间24～48小时，得到随机短纤维CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA复合材料薄膜；⑤将经步骤④处理的复合材料薄膜，叠层，装入模具，经真空热压成型，或在氮气保护下热压成型，热压温度140～220℃，压力40～100Mpa，真空度0.06～0.085Mpa；⑥脱模、精修、灭菌、包装，得到可用于一般松质骨固定的可降解吸收性内固定棒、内固定螺钉等。
本发明提供的上述磷酸盐纤维增强聚乳酸完全吸收性医用复合材料及其制备方法，具有以下积极效果①采用聚合物共混物技术调控聚乳酸的降解吸收速率和力学性能衰减速率，以克服采用中等分子量的PDLLA为基体的可降解吸收性骨内固定复合材料在植入体内后容易变形的缺陷。即在PDLLA基体中掺入一定量的PLLA，形成交联网络，组成贯穿整个PDLLA基体的网状增强结构。这个网状结构起到拉紧PDLLA基体各部分的作用。从而提高PDLLA的力学性能和变形温度。随着PLLA掺入份数的增加，形成PLLA/PDLLA共混物，共混物的力学性能增加、变形温度提高、降解吸收时间延长，同时纤维增强PLLA/PDLLA可降解吸收性复合材料的降解，随着PDLLA重量份数的增加由整体溶蚀性降解逐渐变成逐层缓慢降解，从而可以降低复合材料在植入过程中的力学性能衰减速率。
②采用纳米羟基磷灰石(nano-HA)提高PLLA/PDLLA共混物的力学性能、变形温度和降低在降解过程中水分子渗入材料内部的速率以及稳定材料在降解过程中的PH值，减轻炎症反应，和增加生物活性。
③采用可控降解速率的磷酸盐玻璃(CaO-P2O5Glass，CPG)纤维(ZL 01101550.0)与聚乳酸共混物基体(PDLLA-PLLA)复合，形成混杂纤维(CPG+HA)增强聚乳酸共混物基体复合材料，能显著地提高聚乳酸的力学性能。
综上所述，该复合材料具有超高强度、刚度、生物活性和可控的降解吸收速率以及力学性能衰减速率，可用作松质骨和部分皮质骨甚至皮质骨的可降解吸收性骨内固定装置。
图1为CPG/PLLA/PDLLA单向长纤维复合材料拉伸断口形貌图2为CPG/PLLA/PDLLA单向复合材料横向拉伸断口的SEM照片图3为CPG/PLLA/PDLLA单向复合材料降解5周横切面的SEM照片图4为CPG/PLLA/PDLLA单向复合材料降解15周横切面的SEM照片图5为CPG/PLLA/PDLLA单向复合材料降解22周横切面的SEM照片
具体实施方式
以下为解释性而不是限制性的方法，给出本发明的实施例实施例1(优化PLLA/PDLLA的比例)(1)选用40万分子量(粘均分子量)的PLLA、60万粘均分子量的PDLLA和CPG纤维，制备CPG/PLLA/PDLLA复合材料，它们的重量比分别为a、CPG∶PLLA∶PDLLA＝50∶40∶10b、CPG∶PLLA∶PDLLA＝50∶30∶20c、CPG∶PLLA∶PDLLA＝50∶20∶30d、CPG∶PLLA∶PDLLA＝50∶15∶35e、CPG∶PLLA∶PDLLA＝50∶10∶40(2)按照a中比例称取PLLA和PDLLA，并混合均匀，在容器中按照聚乳酸(PLLA+PDLLA)∶二氯甲烷＝1∶45的比例(重量比)溶解，得到聚乳酸溶液；(3)按照(1).a中比例称取CPG纤维，剪成200mm的纤维长度，然后在聚四氟乙烯薄板上单向铺层，辅层厚度0.1～1mm；(4)将经步骤(2)处理的聚乳酸溶液分2～3次均匀浇注在经步骤(3)处理的单向辅层的CPG纤维表层，经2小时左右溶剂自然挥发后，得到CPG/PLLA/PDLLA复合材料薄膜；(5)将经步骤(4)处理的复合材料薄膜，在真空干燥箱内烘干，真空度0.08MPa左右，烘干温度50℃左右，烘干时间40小时左右；
在组合物中增加钙-锌复合稳定剂可以使得门封在用户使用时不容易氧化，增加产品的耐候性。
香精的选用从卫生安全角度考虑，需要选用水果香味、花香味的液体或固体的食用型香精，为防止香味在加工过程中挥发而影响了制作出来的样品香味，选用了在加工时能耐温120℃或以上的香精。
下面列出具体的几种实施方式
用上述材料可以获得性能良好的门封条，具体性能数据如下
上述的产品，可以用两种方法制得。
第一种方法，按照各组分的重量份数先配料，然后将PVC树脂粉和稳定剂投入高速捏合机中，并加入抗菌剂，然后进行加热混料，在温度65-90℃的过程中加入增塑剂，在95℃加入填充剂、色粉和香精，继续加热到120℃则可以卸料到冷混缸，冷却到60℃左右加入热塑性弹性体，温度冷却至40-45<p>从降解实验结果可以看出，力学性能衰减较快，降解液的pH值较低，试样植入体内易引起无菌性炎症反应，降解过程中，CPG/PLLA/PDLLA单向复合材料降解5周横切面的SEM照片(见图3)、CPG/PLLA/PDLLA单向复合材料降解15周横切面的SEM照片(见图4)、CPG/PLLA/PDLLA单向复合材料降解22周横切面的SEM照片(见图5)。
实施例2(针对实施例1中，力学性能衰减较快、降解液的pH值低进行调整)(1)选用粘均分子量为38万的PLLA及粘均分子量为50万的PDLLA，纳米羟基磷灰石(nano-HA)和CPG纤维，制备CPG/namo-HA/PLLA/PDLLA复合材料，各组复合材料的重量比分别为a、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝48.8∶2.4∶19.5∶29.3b、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝47.4∶5.3∶18.9∶28.4c、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝46.5∶7.0∶18.6∶27.9d、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝46.0∶8.0∶18.4∶27.6e、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝47.6∶4.8∶19.0∶28.6f、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝44.4∶11.1∶17.8∶26.7g、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝46.8∶6.3∶37.5∶9.4h、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝45.5∶9.1∶27.2∶18.2i、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝45.5∶9.1∶22.7∶22.7j、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝0.0∶5.0∶38.0∶57.0(2)按照比例称取PLLA和PDLLA，混合均匀，在容器中按照聚乳酸(PLLA+PDLLA)∶二氯甲烷＝1∶20的比例(重量比)溶解，得到聚乳酸(PLLA+PDLLA)混合溶液；(3)称nano-HA，在容器中，按照nano-HA∶二氯甲烷＝1∶10的比例制备nano-HA/二氯甲烷悬浊液；(4)将经步骤(2)处理的聚乳酸溶液与经步骤(3)处理的nano-HA/氯甲烷悬浊液混合均匀(用超声波或搅拌均匀)，得到nano-HA/聚乳酸溶液；(5)称取CPG纤维，剪成100～300mm的纤维长度，然后在聚四氟乙烯薄板上单向辅层，辅层厚度0.1～2mm；(6)将经步骤(4)处理的nano-HA/聚乳酸溶液均匀的浇注在经步骤(5)处理的辅层的CPG纤维表层，待溶剂(二氯甲烷)2小时左右挥发后，再浇注第二次，分2～3次浇注完毕，然后在真空干燥箱内烘干，真空度0.085Mpa左右，烘干温度60℃左右，烘干时间36小时左右，得到CPG/nano-HA/PDLLA/PLLA复合材料薄膜；(7)将步骤(6)处理的复合材料薄膜，单向叠层放入模具内真空热压，真空度0.08Mpa左右，热压温度180℃左右，压力80Mpa左右，然后脱模、精修、灭菌、包装。得到实施例2.a组分CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA复合材料试样。
实施例2中，b、c、d、e、f、g、h、i、j的组分CPG/nm-HA/PLLA/PDLLA复合材料制备工艺与a组分的相同。
(8)将步骤(7)处理的复合材料试样，在MTS-810材料试验机上测试弯曲强度、弯曲模量，测试结果见表3表3 CPG/nano-HA-HA/PLLA/PDLLA复合材料力学性能
并对这些复合材料试样进行降解实验，降解实验方法与实施例1(8)方法相同，实验结果见表4表4 CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA复合材料降解性能
实施例3(优化CPG纤维重量份数)(1)选用粘均分子量为30万的PLLA，粘均分子量为90万的PDLLA、CPG纤维和纳米羟基磷灰石(nano-HA)，制备CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA复合材料，它们的重量比分别为a、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝18.9∶5.3∶30.3∶45.5b、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝28.4∶5.3∶26.5∶39.8c、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝37.9∶5.3∶22.7∶34.1d、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝47.4∶5.3∶18.9∶28.4e、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝56.8∶5.3∶15.2∶22.7f、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝0.0∶5.0∶38.0∶57.0(2)同实施例2步骤(2)(3)同实施例2步骤(3)(4)同实施例2步骤(4)(5)同实施例2步骤(5)(6)同实施例2步骤(6)(7)同实施例2步骤(7)(8)将步骤(7)处理的复合材料试样，在MTS-810材料试验机上测试弯曲强度、弯曲模量、压缩强度、剪切强度，测试结果见表5表5 CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA复合材料力学性能(不同纤维重量份数)
实施例4(选择不同粘均分子量的PLLA、PDLLA)(1)选用粘均分子量为20～60万的PLLA，粘均分子量为40～120万的PDLLA、CPG纤维，纳米羟基磷灰石(nano-HA)，制备不同聚乳酸分子量的CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA复合材料，各组分复合材料的重量比分别为CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝47.4∶5.3∶18.9∶28.4，各组复合材料中聚乳酸分子量选择如下a、25万粘均分子量的PLLA，40万粘均分子量的PDLLAb、20万粘均分子量的PLLA，60万粘均分子量的PDLLAc、30万粘均分子量的PLLA，60万粘均分子量的PDLLAd、35万粘均分子量的PLLA，80万粘均分子量的PDLLAe、40万粘均分子量的PLLA，85万粘均分子量的PDLLAf、60万粘均分子量的PLLA，120万粘均分子量的PDLLA(2)同实施例2步骤(2)(3)同实施例2步骤(3)(4)同实施例2步骤(4)(5)同实施例2步骤(5)(6)同实施例2步骤(6)(7)同实施例2步骤(7)(8)同实施例2步骤(8)，性能测试结果见表6表6 不同聚乳酸分子量的CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA复合材料力学性能
实施例5(制备随机短纤维复合材料)(1)选用粘均分子量为35万的PLLA和粘均分子量为40万的PDLLA为基体材料，CPG纤维及纳米羟基磷灰石(nano-HA)为增强材料，制备随机短纤维CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA复合材料，各组分复合材料的重量比分别为a、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝28.4∶5.3∶26.5∶39.8b、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝37.9∶5.3∶22.7∶34.1c、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝47.4∶5.3∶18.9∶28.4d、CPG∶nano-HA∶PLLA∶PDLLA＝56.8∶5.3∶15.2∶22.7(2)按照上述a中比例，称取PLLA和PDLLA，并混合均匀，在容器按照聚乳酸(PLLA+PDLLA)∶二氯甲烷＝1∶20的比例(重量比)溶解，得到聚乳酸溶液；(3)称nano-HA，在容器中，按照nano-HA∶二氯甲烷＝1∶10的比例(重量比)制备nm-HA/二氯甲烷悬浊液；(4)将经步骤(2)处理的聚乳酸溶液和经步骤(3)处理的nm-HA/二氯甲烷悬浊液用超声波或搅拌混合均匀，制得nano-HA/聚乳酸溶液；(5)称取CPG纤维，剪成5mm的纤维长度；(6)将经步骤(5)处理的CPG短纤维加入到经步骤(4)处理的nano-HA/聚乳酸溶液中，搅拌混合均匀，然后均匀的浇注在聚四氟乙烯薄板上，待4小时左右溶剂挥发后，真空干燥40小时左右，真空度0.08MPa左右，温度55℃左右，得到随机短纤维CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA复合材料薄膜；(7)将步骤(6)处理的复合材料薄膜，叠层，在模具中真空热压成型，真空度0.08MPa，热压温度200℃左右，压力65Mpa左右，然后脱模、精修、灭菌、包装，得到随机短纤维CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA复合材料试样。
上述实施例5中，b、c、d组分复合材料试样制备工艺与a组分的相同。
(8)将经步骤(7)处理的随机短纤维复合材料试样，在MTS-810材料试验机上测试弯曲强度、弯曲模量，测试结果见表7表7 CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA
以上实施例1～5中，CPG纤维可用聚磷酸钙(CPP)纤维，其它可降解纤维(如聚乳酸纤维、聚乙醇酸纤维、羟基磷灰石纤维)，或部分降解纤维如碳纤维代替，聚乳酸(PLLA，PDLLA)可用乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)代替，nano-HA可用纳米β-TCP或纳米α-TCP或纳米CaCO3或纳米磷酸四钙粒子等碱式纳米微粒代替。
附各种物理量测量方法如下(一)弯曲强度σb、弯曲模量Eb在MTS-810材料试机上测定其弯曲强度、弯曲模量，采用三点弯曲加载，加载速率2mm/min。圆杆试样Φ4.6×41mm。
Eb=4L33πd4·EYX=8PmaxLπd3]]>式中Pmax为最大荷载；L为跨距；d为试样直径；E/Y为应力--应变曲线的线性部分的梯度(N/m)。
㈡拉伸强度Xt在MTS-810材料试机上测定其拉伸强度，采用单向加载，加载速率2mm/min。试样尺寸Φ4.6×41mm。
Xt=PmaxA]]>式中Pmax为最大拉伸载荷；A为试样的横截面面积。
㈢压缩强度Xc在MTS-810材料试验机上测定其压缩强度，加载速率；2mm/min。圆杆试样Φ4.6×10mmXc=PmaxA]]>式中Pmax为最大压缩载荷；A为试样的横截面面积。
㈣剪切强度Xs在MTS-810材料测试机上测定其复合材料的横向剪切强度，加载速率2mm/min。试样Φ4.6×30mm。
Xs=PmaxA]]>
以上物理力学性能测试，分次实验试样数5条，试验结果取其平均值。
(五)降解性能测试将试样(CPP纤维、PLLA、CPP/PLLA复合材料真空干燥至恒重(W0)后，放入盛有人工降解液(Ringer‘s生理盐液)的试管中(固液比1∶20)，在恒温37±1℃下降解，经一定时间后取出，用pH计测降解液的pH值变化。蒸馏水清洗，测定试样尺寸，干燥至恒重(Wt)，然后测试试样的弯曲强度、弯曲模量和重量损失率d。
降解速率d按下式计算d=W0-WtW0×100%]]>式中，d为复合材料降解速率，W0为初始复合材料重量，Wt为降解时间t(Week)烘干试样的重量。
权利要求
1.一种磷酸盐纤维增强聚乳酸可控降解吸收性生物活性复合材料，其特征在于该复合材料包括增强材料和基体材料，其组分及配比以重量份数计分别为增强材料的重量份数为0～75份，其中磷酸盐纤维CPG为0～60份，精选20～50份，磷酸盐纤维须符合专利ZL 01101550.0的技术要求，纤维直径5～40μm，精选5～30μm，纤维在体内维持时间30～540天，精选60～120天；纳米羟基磷灰石nano-HA为0～15份，精选5～8份，选用纳米nano-HA粒子或针状nano-HA粒子，粒子直径0～100nm，精选0～60nm，粒子长度0～1000nm，精选50～400nm；基体材料的重量份数为100～25份，精选75～30份，基体材料选用粘均分子量30～130万、精选40～120万分子量的外消旋聚乳酸PDLLA和粘均分子量20～80万、精选25～60万分子量的左旋聚乳酸PLLA两者的共混物，聚合物共混物PDLLA和PLLA的重量比为10～90/90～10。
2.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于上述复合材料组分中CPG纤维可用聚磷酸钙(CPP)纤维，其它可降解纤维(如聚乳酸纤维、聚乙醇酸纤维、羟基磷灰石纤维)，或部分降解纤维如碳纤维代替；聚乳酸(PLLA，PDLLA)可用乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)代替；纳米羟基磷灰石(nano-HA)可用纳米α-磷酸三钙粒子(nano-α-TCP)或纳米β-磷酸三钙(nano-β-TCP)或纳米磷酸四钙(nano-TTCP)或纳米碳酸钙(CaCO3)粒子等碱式纳米微粒代替。
3.一种如权利要求1或2所述磷酸盐纤维增强聚乳酸可控降解吸收性生物活性复合材料单向长纤维的制备方法，简称方法A，其特征在于①称取PDLLA和PLLA，在容器中按聚乳酸∶二氯甲烷或三氯甲烷＝1∶15～50的重量比溶解，得到聚乳酸混合溶液，即PDLLA/PLLA两者的混合溶液，简称 液；②称取nano-HA微粒，加入 液中，或将nano-HA加入二氯甲烷，nano-HA∶二氯甲烷＝1∶10中，制成nano-HA/二氯甲烷悬浊液，加入 液中搅拌均匀，得到nano-HA、PDLLA和PLLA三者的混合溶液，简称 液；③称取CPG纤维，裁剪成100-400mm的纤维长度，单向铺层；④将 液浇注在经步骤③处理的单向铺层的CPG纤维层表面，分2～3次浇注，经2-10小时二氯甲烷自然挥发后，得到CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA复合材料薄膜；⑤将经步骤④处理的复合材料薄膜，在真空干燥箱内烘干，真空度0.03～0.09MPa，烘干温度40-80℃，烘干时间24-48小时；⑥将经步骤⑤处理的复合材料薄膜，单向叠层，或正负45°叠层，装入模具内真空热压，或在氮气保护下热压，真空度为0.06～0.085MPa，精选0.7～0.8MPa，热压温度140～220℃，压力40～100MPa，精选60～90MPa；⑦脱模、精修、灭菌、包装，得到纤维长度100-400mm的复合材料，可用于部分皮质骨甚至皮质骨包括松质骨可控降解吸收性骨内固定复合材料螺钉、接骨板及髓内针等。
4.一种如权利要求1或2所述磷酸盐纤维增强聚乳酸可控降解吸收性生物活性复合材料随机短纤维的制备方法如下①同权利要求3所述方法A的步骤①；②同权利要求3所述方法A的步骤②；③称CPG纤维，裁剪成5～6mm纤维长度；④将经步骤③处理的短纤维加入经步骤②处理的 液中，搅拌均匀，均匀的浇注在聚四氟乙烯薄膜表面，待2～6小时，二氯甲烷挥发后，真空干燥，真空度0.06～0.085MPa，干燥温度40～80℃，干燥时间24～48小时，得到随机短纤维CPG/nano-HA/PLLA/PDLLA复合材料薄膜；⑤将经步骤④处理的复合材料薄膜，叠层，装入模具，经真空热压成型，或在氮气保护下热压成型，热压温度140～220℃，压力40～100MPa，真空度0.06～0.085Mpa；⑥脱模、精修、灭菌、包装，得到可用于一般松质骨固定的可降解吸收性内固定棒、内固定螺钉等。
全文摘要
一种磷酸盐纤维增强聚乳酸可控降解吸收性生物活性复合材料及其制备方法，其组分及配比以重量份数计分别为增强材料的重量份数为0～75份，其中磷酸盐纤维CPG为0～60份，磷酸盐纤维须符合专利ZL 01101550.0的技术要求，纤维直径5～40μm，纤维在体内维持时间30～540天；纳米羟基磷灰石nano－HA为0～15份，选用纳米nano－HA粒子或针状nano－HA粒子，粒子直径0～100nm，粒子长度0～1000nm；基体材料的重量份数为100～25份，基体材料选用粘均分子量30～130万PDLLA和粘均分子量20～80万PLLA两者的共混物，聚合物共混物PDLLA和PLLA的重量比为10－90/90－10。该复合材料具有超高强度、刚度、生物活性和可控的降解吸收速率以及力学性能衰减速率，可制备成单向长纤维和随机短纤维复合材料，用作松质骨和部分皮质骨甚至皮质骨的可降解吸收性骨内固定装置。
文档编号C08K3/32GK1680487SQ200410033138
公开日2005年10月12日 申请日期2004年4月6日 优先权日2004年4月6日
发明者石宗利 申请人:石宗利, 张绵科