一种可吸收骨螺钉及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种可吸收骨螺钉及其制备方法，该骨螺钉含有质量百分比为5~30%的纳米β-磷酸三钙、5~10%的纳米碳酸钙和90~60%的聚乳酸。将纳米β-磷酸三钙与纳米碳酸钙粉末共混造粒制成复合颗粒，再将其与聚乳酸采用溶液混合，通过流延快速干燥、造粒形成颗粒料，在注塑机中挤出成型。本发明保证了纳米β-磷酸三钙、纳米碳酸钙粉末均匀分散于聚合物基体中，形成的骨螺钉具有良好的生物活性和可降解性，强度高。

权利要求

1.一种可吸收骨螺钉，其特征在于，其由以下质量百分比的组分组成：10%的纳米β-磷酸三钙、10%的纳米碳酸钙和80%的聚乳酸；所述纳米β-磷酸三钙的粒径大小为

50nm、纳米碳酸钙的粒径大小为30nm，两者以0.5um的复合颗粒形式存在；所说的聚乳酸为平均分子量在22万的左旋聚乳酸。

2.一种制备权利要求1所述的可吸收骨螺钉的方法，其包括以下步骤：

1）在80℃下将聚乳酸溶解在有机溶剂二氧六环中，形成浓度为0.06克/毫升的溶液A；

2）将纳米β-磷酸三钙和纳米碳酸钙按总质量浓度0.2克/毫升加入浓度为0.01克/毫升的硬脂酸钠乙醇溶液中，在50℃下搅拌70min，然后通过喷雾干燥形成复合颗粒B；

3）将复合颗粒B加入到步骤1）制得的溶液A中，经搅拌和超声分散形成悬浊液C；

4）用流延法将步骤3）的悬浊液C制备成厚度为2mm的薄片，在50℃普通干燥箱中干燥2天，然后粉碎成粒状料，并在50℃真空干燥箱中干燥1天，最后添加到注塑机中并注入具有所需螺钉形状的模具中成型，成型温度为170℃，即得可吸收骨螺钉。

3.权利要求1所述的可吸收骨螺钉在骨折及移植材料固定中的应用。

说明书

一种可吸收骨螺钉及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于骨与肌腱修复用的复合材料领域，特别是涉及一种可吸收的纳米β-磷酸三钙、纳米碳酸钙复合增强聚乳酸骨螺钉及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 骨螺钉用于骨折及移植材料的固定，传统上采用金属材料制作。近年来采用或降解聚合物材料制作的螺钉逐渐增多，其最大的特点是植入人体后可以发生降解，随着组织的愈合，植入体缓慢降解，组织愈合后，植入体完全被吸收，因而不要二次手术。但是这种螺钉随着降解时间的增加，力学性能下降太快；在降解过程中产生的酸性物质会导致组织产生无菌性炎症反应，影响组织修复。在其中引入无机型填料可以有效改进这些问题。由于磷酸钙具有与骨骼中无机相相似的化学组成，因而成为最常用的填料选择之一。中国专利（CN1403167）和美国专利（US5981619）曾公开将磷酸钙加入了聚合物中获得了力学性能较好的复合材料，但这些复合材料中的磷酸钙的颗粒尺寸比较大（约1～100μm），以经过表面改性的、更小尺寸的颗粒加入复合材料可望获得更均匀的分散度，从而获得更好的性能。事实上，碳酸钙作为部分动物体内的硬组织成份，也具有很好的生物相容性和可降解性的。
以纳米β-磷酸三钙和纳米碳酸钙作为填料既能够中和聚乳酸在降解过程中产生的酸性物质，同时又能够获得高强度和可吸收的骨螺钉。

发明内容

[0003] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高强度的可吸收骨螺钉。

[0004] 本发明的另一目的在于提供一种制备可吸收骨螺钉的方法。

[0005] 本发明的还一目的在于提供一种所述的可吸收骨螺钉在骨折及移植材料固定中的应用。

[0006] 为了实现本发明的目的，本发明提供以下技术方案：

[0007] 一种可吸收骨螺钉，其由以下质量百分比的组分组成：5~30%的纳米β-磷酸三钙、5~10%纳米碳酸钙和90~60%的聚乳酸。

[0008] 优选的，所述的可吸收骨螺钉由以下质量百分比的组分组成：10%的纳米β-磷酸三钙、10%纳米碳酸钙和80%的聚乳酸。

[0009] 优选的，所述纳米β-磷酸三钙的粒径大小为50nm~300nm、纳米碳酸钙的粒径大小为30nm~100nm，两者以0.5um~5um的复合颗粒形式存在。

[0010] 优选的，所说的聚乳酸为平均分子量在20~60万的左旋聚乳酸或右旋聚乳酸或消旋聚乳酸。

[0011] 进一步地，本发明提供了一种制备所述的可吸收骨螺钉的方法，其包括以下步骤：

[0012] 1）在70℃~90℃下将聚乳酸溶解在有机溶剂二氧六环中，形成浓度为0.02~0.1克/毫升的溶液A；

[0013] 2）将纳米β-磷酸三钙和纳米碳酸钙按总质量浓度0.05~0.3克/毫升加入硬脂酸钠乙醇溶液中，在20℃~50℃下搅拌60~120min，然后通过喷雾干燥形成复合颗粒B；

[0014] 3）将复合颗粒B加入到步骤1）制得的溶液A中，经搅拌和超声分散形成悬浊液C；

[0015] 4）将步骤3）的悬浊液C制备成薄片，干燥后成型，即得可吸收骨螺钉。

[0016] 其中，步骤2）所述硬脂酸钠乙醇溶液的浓度优选为0.005~0.01克/毫升。所述硬脂酸钠在该步骤中主要起粘结作用。

[0017] 优选的，步骤4）的方法具体为：用流延法将步骤3）的悬浊液C制备成厚度为1~3mm的薄片，在50℃普通干燥箱中干燥2天，然后粉碎成粒状料，并在50℃真空干燥箱中干燥1天，最后添加到注塑机中并注入具有所需螺钉形状的模具中成型，成型温度为
150℃~180℃。

[0018] 更进一步地，本发明提供了一种所述的可吸收骨螺钉在骨折及移植材料固定中的应用。

[0019] 本发明的有益效果在于：

[0020] 本发明提供的骨螺钉是采用纳米β-磷酸三钙、纳米碳酸钙粉末与聚乳酸复合，以溶液混合及流延快速干燥法将纳米β-磷酸三钙、纳米碳酸钙粉末均匀分散于聚合物基体中，纳米级的β-磷酸三钙、碳酸钙在具有良好的生物活性和可降解性的同时还具有非常大的比表面积，不但能够中和聚乳酸在降解过程中产生的酸性物质，还能够强化骨螺钉的可降解性、增加骨螺钉的强度。

[0021] 本发明提供的骨螺钉，纳米β-磷酸三钙、纳米碳酸钙形成复合颗粒后，由于碳酸钙的良好的可分散性，复合颗粒的在聚乳酸中均匀分散得到了保证。同时，其降解过程中释放出的大量磷酸根离子与钙离子可原位形成类骨质磷灰石矿物的沉积，这十分有利于体内骨钉降解过程中骨组织的再生。

具体实施方式

[0022] 下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 本发明所涉及到的药品，如左旋聚乳酸、右旋聚乳酸、消旋聚乳酸、硬脂酸钠、β-磷酸三钙、碳酸钙、二氧六环等，均为商业购买；所用的仪器，如超声仪、干燥箱、注塑机等，均为市场上购买到的常规实验仪器；实验所涉及到的方法，如搅拌、流延法等，若无特殊说明都为本领域技术人员常规使用方法。

[0024] 实施例1

[0025] 1)在80℃下将18.0g平均分子量为22万的左旋聚乳酸溶于300毫升二氧六环中，形成浓度为0.06克/毫升的溶液A；

[0026] 2)将0.1g硬脂酸钠溶于10毫升乙醇中，形成浓度为0.01克/毫升的硬脂酸钠乙醇溶液，然后加入1g平均粒径50纳米的β-磷酸三钙和1g平均粒径30纳米的碳酸钙，其质量比为1：1，总质量浓度为0.2克/毫升，在50℃下搅拌70min，然后通过喷雾干燥形成平均粒径0.5微米的复合颗粒B。

[0027] 3）将复合颗粒B加入到步骤1）制得的溶液A中，经搅拌和超声分散形成悬浊液C；

[0028] 4)用流延法将步骤3）的悬浊液C制备成厚度为2mm的薄片，在50℃普通干燥箱中干燥2天，然后粉碎成粒状料，并在50℃真空干燥箱中干燥1天，最后添加到注塑机中并注入具有所需螺钉形状的模具中成型，成型温度为170℃。即得含质量百分比5%的纳米磷酸钙和质量百分比5%的纳米碳酸钙的骨螺钉，其抗拉强度为28MPa。在模拟体液中浸泡3天后表面出现类骨质磷灰石沉积。

[0029] 实施例2

[0030] 1)在85℃下将20.7g平均分子量为41万的右旋聚乳酸溶于500毫升二氧六环中，形成浓度为0.0414克/毫升的溶液A；

[0031] 2)将0.1g硬脂酸钠溶于20毫升乙醇中，形成浓度为0.005克/毫升的硬脂酸钠乙醇溶液，然后加入4g平均粒径300纳米的纳米β-磷酸三钙和2g平均粒径40纳米的纳米碳酸钙，其质量比为2：1，总质量浓度为0.3克/毫升，在30℃下搅拌80min，然后通过喷雾干燥形成平均粒径5微米的复合颗粒B。

[0032] 3）将复合颗粒B加入到步骤1）制得的溶液A中，经搅拌和超声分散形成悬浊液C；

[0033] 4)用流延法将步骤3）的悬浊液C制备成厚度为1.5mm的薄片，在50℃普通干燥箱中干燥2天，然后粉碎成粒状料，并在50℃真空干燥箱中干燥1天，最后添加到注塑机中并注入具有所需螺钉形状的模具中成型，成型温度为180℃。即得含质量百分比15%的纳米磷酸钙和质量百分比7.5%的纳米碳酸钙的骨螺钉，其抗拉强度为31MPa。在模拟体液中浸泡7天后表面出现类骨质磷灰石沉积。

[0034] 实施例3

[0035] 1)在90℃下将12g平均分子量为53万的左旋聚乳酸溶于600毫升二氧六环中，形成浓度为0.02克/毫升的溶液A；

[0036] 2)将0.21g硬脂酸钠溶于30毫升乙醇中，形成浓度为0.007克/毫升的硬脂酸钠乙醇溶液，然后加入6g平均粒径60纳米的纳米β-磷酸三钙和2g平均粒径60纳米的纳米碳酸钙，其质量比为3：1，总质量浓度为0.267克/毫升，在40℃下搅拌100min，然后通过喷雾干燥形成平均粒径2微米的复合颗粒B。

[0037] 3）将复合颗粒B加入到步骤1）制得的溶液A中，经搅拌和超声分散形成悬浊液C；

[0038] 4)用流延法将步骤3）的悬浊液C制备成厚度为1mm的薄片，在50℃普通干燥箱中干燥2天，然后粉碎成粒状料，并在50℃真空干燥箱中干燥1天，最后添加到注塑机中并注入具有所需螺钉形状的模具中成型，成型温度为175℃。即得含质量百分比30%的纳米磷酸钙和质量百分比10%的纳米碳酸钙的骨螺钉，其抗拉强度为35MPa。在模拟体液中浸泡6天后表面出现类骨质磷灰石沉积。

[0039] 实施例4

[0040] 1)在85℃下将13g平均分子量为41万的右旋聚乳酸溶于500毫升二氧六环中，形成浓度为0.026克/毫升的溶液A；

[0041] 2)将0.2g硬脂酸钠溶于25毫升乙醇中，形成浓度为0.008克/毫升的硬脂酸钠乙醇溶液，然后加入6g平均粒径70纳米的纳米β-磷酸三钙和1g平均粒径100纳米的纳米碳酸钙，其质量比为6：1，总质量浓度为0.28克/毫升，在40℃下搅拌120min，然后通过喷雾干燥形成平均粒径4微米的复合颗粒B。

[0042] 3）将复合颗粒B加入到步骤1）制得的溶液A中，经搅拌和超声分散形成悬浊液C；

[0043] 4)用流延法将步骤3）的悬浊液C制备成厚度为1.2mm的薄片，在50℃普通干燥箱中干燥2天，然后粉碎成粒状料，并在50℃真空干燥箱中干燥1天，最后添加到注塑机中并注入具有所需螺钉形状的模具中成型，成型温度为180℃。即得含质量百分比30%的纳米磷酸钙和质量百分比5%的纳米碳酸钙的骨螺钉，其抗拉强度为32MPa。在模拟体液中浸泡8天后表面出现类骨质磷灰石沉积。

[0044] 实施例5

[0045] 1)在75℃下将17g平均分子量在25万的消旋聚乳酸溶于400毫升二氧六环中，形成浓度为0.0425克/毫升的溶液A；

[0046] 2)将0.08g硬脂酸钠溶于10毫升乙醇中，形成浓度为0.008克/毫升的硬脂酸钠乙醇溶液，然后加入1g平均粒径150纳米的纳米β-磷酸三钙和2g平均粒径50纳米的纳米碳酸钙，其质量比为1：2，总质量浓度为0.3克/毫升，在50℃下搅拌60min，然后通过喷雾干燥形成平均粒径2微米的复合颗粒B。

[0047] 3）将复合颗粒B加入到步骤1）制得的溶液A中，经搅拌和超声分散形成悬浊液C；

[0048] 4)用流延法将步骤3）的悬浊液C制备成厚度为2.3mm的薄片，在50℃普通干燥箱中干燥2天，然后粉碎成粒状料，并在50℃真空干燥箱中干燥1天，最后添加到注塑机中并注入具有所需螺钉形状的模具中成型，成型温度为160℃。即得含质量百分比5%的纳米磷酸钙和质量百分比10%的纳米碳酸钙的骨螺钉，其抗拉强度为25MPa。在模拟体液中浸泡4天后表面出现类骨质磷灰石沉积。

[0049] 实施例6

[0050] 1)在80℃下将14.4g平均分子量为41万的右旋聚乳酸溶于500毫升二氧六环中，形成浓度为0.0288克/毫升的溶液A；

[0051] 2)将0.1g硬脂酸钠溶于20毫升乙醇中，形成浓度为0.005克/毫升的硬脂酸钠乙醇溶液，然后加入4g平均粒径200纳米的纳米β-磷酸三钙和1.6g平均粒径30纳米的纳米碳酸钙，其质量比为5：2，总质量浓度为0.28克/毫升，在30℃下搅拌90min，然后通过喷雾干燥形成平均粒径3微米的复合颗粒B。

[0052] 3）将复合颗粒B加入到步骤1）制得的溶液A中，经搅拌和超声分散形成悬浊液C；

[0053] 4)用流延法将步骤3）的悬浊液C制备成厚度为1.6mm的薄片，在50℃普通干燥箱中干燥2天，然后粉碎成粒状料，并在50℃真空干燥箱中干燥1天，最后添加到注塑机中并注入具有所需螺钉形状的模具中成型，成型温度为175℃。即得含质量百分比20%的纳米磷酸钙和质量百分比8%的纳米碳酸钙的骨螺钉，其抗拉强度为29MPa。在模拟体液中浸泡6天后表面出现类骨质磷灰石沉积。

[0054] 实施例7