CN102634865B - 一种降解时间可调的医用管材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降解时间可调的医用管材料及其制备方法，该医用管材料包括：聚碳酸丁二醇酯和聚己内酯，其中聚碳酸丁二醇酯的数均分子量为4万～25万，聚己内酯的数均分子量为4万～25万；所述管材料的外径为0.1～50mm，内径为0.1～50mm，长度为0.01～1m；其制备包括：(1)调配聚己内酯和聚碳酸丁二醇酯的比例，将两者切粒混合均匀；(2)混合后的配料溶解或熔融，并按需要可加入一定量的致孔剂；(3)将所述溶液通过熔融纺丝、干-湿法或湿法纺丝、热致相分离等工艺制成中空管。本发明的管材料力学强度好、表面光滑度佳、内部孔隙率可控、孔径可调，降解时间可控；本发明的制备方法操作简单，成本低，用途广泛。
Description
技术领域
本发明属于人造医用材料领域，特别涉及一种降解时间可调的医用管材料及其制备方法。
背景技术
聚己内酯(PCL)的是一种可生物降解的脂肪族聚酯，由己内酯开环聚合制得，该材料对机体无毒，具有良好的生物相容性，是一种理想的生物医用材料。植入动物体后逐渐吸收，最终降解为CO2和H2O排出体外。同时它具有良好的机械性能和优良的药物通过性，这些性质使其在医药领域有一定的应用潜力，如可用作体内植入材料以及药物控释材料。目前该材料已经获得美国FDA的批准。然而，PCL由于分子链中存在较长的连续碳链，故其亲水性较差，不利于水解反应的发生，因此降解速率比较缓慢，一般完全降解2～4年，因此限制了其在医用领域更广泛的研究和应用。
聚碳酸丁二醇酯(PBC)是一种于20世纪末合成的新型聚酯材料，但当时并未引起足够的重视。直到日益强调环境保护意识的今天，国内已有公司开始生产这种材料。PBC材料具有熔体强度高、加工成型性好、材料强度好、降解周期适中等优点。由摘要附图可见，该材料主链结构与聚己内酯具有很高的相似性，所不同的是该材料羰基旁的一个亚甲基为氧原子所代替。根据高分子相关知识及前期研究发现，该氧原子的存在使得其与聚己内酯相比降解速率得到了较大程度提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种降解时间可调的医用管材料及其制备方法，该医用管材料管材料力学强度好、表面光滑度佳、内部孔隙率可控、孔径可调，降解时间可空，该方法操作简单，成本低。
本发明的一种降解时间可调的医用管材料，该医用管材料包括：聚碳酸丁二醇酯(PBC)和聚己内酯(PCL)，其中聚碳酸丁二醇酯的数均分子量为4万～25万，聚己内酯的数均分子量为4万～25万；所述管材料的外径为0.1～50mm，内径为0.1～50mm，长度为0.01～1m
所述的聚碳酸丁二醇酯和聚己内酯的质量比为1-99∶99-1。
所述的医用管材料中含有水溶性致孔剂，所述的水溶性有机致孔剂为聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、明胶或海藻酸盐。
所述的医用管材料具有微孔，微孔孔径为0.01um～1mm，孔隙率为1～95％。
本发明的一种降解时间可调的医用管材料的制备方法，包括三种工艺途径，分别是熔融纺丝、热致相分离法、干-湿法纺丝/湿法纺丝制备。
所述的熔融纺丝法，包括：
(1)将PBC和PCL切粒并粉碎，混合均匀后，在100～140℃下加热熔融并搅拌均匀，用纺制中空纤维的喷丝头在70～90℃挤出得中空纤维，冷却；
(2)将步骤(1)得到的冷却后的中空纤维首先在0-20℃进行冷拉伸，冷拉伸比率为10％～30％，然后在40～50℃下进行热拉伸，热拉伸比率为30％～100％，将拉伸后的产物在拉伸张力作用下进行热定型，定型温度为47～52℃，定型时间1-10h，即得。
步骤(1)中所述的将PBC和PCL切粒并粉碎后，添加水溶性致孔剂；将步骤(1)得到的冷却后的中空纤维放入水中浸泡，萃取出水溶性致孔剂从而得到中间产品，然后再进行步骤(2)所述的操作。
步骤(2)中所述的冷拉伸和热拉伸的拉伸速率之和为10mm/min-500mm/min。
所述的热致相分离法，包括：
(1)将PBC和PCL切粒并粉碎，混合均匀后加入到溶剂(如氯仿、二氯甲烷、甲酸等)中，在温度为65～70℃下(该温度高于PBC和PCL的熔点，故为热致相分离法)搅拌溶解制成溶液，而后过滤溶液，真空脱泡至无肉眼可见气泡，得到纺丝溶液；
(2)在50～65℃，将上述纺丝溶液用纺制中空纤维的喷丝头挤出，采用与干-湿法或湿法纺丝相似的工艺固化成型，参数为：空气层高度0～20cm，凝固浴温度0～40℃；其拉伸为1～3级，温水浴作为拉伸介质，温水浴温度为10～40℃，拉伸倍数为1～10倍；
(3)将步骤(2)得到的产物在惰性气体保护下烘干，最后灭菌处理，即得。
步骤(1)中所述的将PBC和PCL切粒并粉碎后，添加水溶性致孔剂；将步骤(2)得到的产物浸泡在温水(10-35℃)中除去溶剂和水溶性致孔剂，然后再进行步骤(3)所述的操作。
步骤(1)中所述的将PBC和PCL切粒并粉碎后，添加水溶性致孔剂；将步骤(2)得到的产物通过挥发去除溶剂后，再浸渍于水中除去水溶性致孔剂和剩余溶剂，然后再进行步骤(3)所述的操作。
所述的干-湿法纺丝/湿法纺丝，包括：
(1)将PBC和PCL切粒并粉碎，混合均匀后加入到溶剂(如氯仿、二氯甲烷、甲酸等)中，在50～70℃下搅拌溶解制成溶液，而后过滤溶液，真空脱泡至无肉眼可见气泡，得到纺丝溶液；
(2)然后将上述纺丝溶液进行干-湿法纺丝，其工艺参数为：空气层高度0.5～20cm，凝固浴温度0～40℃；其拉伸为1～3级，温水浴作为拉伸介质，温水浴温度为10～40℃，拉伸倍数为1～10倍；
或将上述纺丝溶液进行湿法纺丝，其工艺参数为：凝固浴温度0～40℃；其拉伸为1～3级，温水浴作为拉伸介质，温水浴温度为10～40℃，拉伸倍数为1～10倍；
(3)纺丝完成后在惰性气体保护下烘干，最后灭菌处理，即得。
步骤(1)中所述的将PBC和PCL切粒并粉碎后，添加水溶性致孔剂；将步骤(2)得到的产物浸泡在温水(10-35℃)中除去溶剂和水溶性致孔剂，然后再进行步骤(3)所述的操作。
步骤(1)中所述的将PBC和PCL切粒并粉碎后，添加水溶性致孔剂；将步骤(2)得到的产物通过挥发去除溶剂后，再浸渍于水中除去水溶性致孔剂和剩余溶剂，然后再进行步骤(3)所述的操作。
PBC在材料物理特性，特别是力学性能、热学性能(如玻璃化转变温度和熔点等)、溶解性质方面与PCL非常接近。通过进一步研究发现两者具有非常好的相容性。
本发明可根据需要添加一定量的水溶性有机致孔剂以创造孔洞结构。
在PCL和PBC这两种材料中，PCL的降解时间较长，一般在2～4年左右才能够基本在体内达到完全降解，而PBC的降解时间则相对较短。于是将两种材料通过不同比例共混，即可制备出降解时间可变化的复合材料。其中，增加PCL的量则相对延长了降解时间，使得材料在较长时间内能够保持相对较好的力学性能；而提高PBC的比例则能够少量地提高材料的亲水性，更重要的是缩短了降解时间，使材料更适用于恢复周期较短的用途上。
同时，通过添加水溶性的有机致孔剂，不仅能够提高材料的亲水性，同时，由于孔洞结构增大了材料的比表面积，使得材料降解速率加快。另一方面，赋予材料以孔结构也使得材料能够有望用于其他一些特别用途，如过滤管状膜等。
本发明的材料降解时间可在一到四年内调整，可以在组织工程中作为人造血管修复材料、导管支架材料、组织阻隔材料等来使用，并且可由多种不同制备方法加工制备成目标产品。
有益效果：
(1)本发明的管材料力学强度好、表面光滑度佳、内部孔隙率可控、孔径可调；本发明的管材料降解时间可根据用途和部位的不同而相对变化，与人体恢复周期相匹配；
(2)本发明的制备方法均为最常见和普遍的方法和设备，操作简单，成本低；
(3)本发明的中空纤维膜可以在组织工程中作为人造血管修复材料、导管支架材料使用，也可用于除组织工程以外的生物医用领域的其他方面及医学外的其他领域。
附图说明
图1为PBC和PCL的化学结构式。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将分子量为12万的PBC以及分子量为8万的PCL切粒并粉碎，按所期望的降解时间控制两者质量分数均为50％，同时由于材料用途不添加致孔剂，将上述两组分混合均匀后倒入料筒中，在温度为110℃下加热熔融并搅拌均匀，用纺制中空纤维的喷丝头(控温在75℃)挤出成中空纤维，通过冷却管道冷却。将中间产物以12mm/min的总拉伸速率进行拉伸，拉伸分冷拉伸和热拉伸，首先在冷拉伸温度为20℃以下冷拉伸，冷拉伸比率为10％，然后在热拉伸温度为50℃下热拉伸，热拉伸比率为60％，拉伸后的聚碳酸丁二醇酯管材料在拉伸张力作用下进行热定型，定型温度为50℃，定型时间3h。制备得到强度和柔韧性都较好的透明中空管，所述管材料的外径为4mm，内径为3mm，长度为15cm；此管可用于血管修复领域，其降解时间为2年左右。
实施例2
将分子量为6万PBC以及5万的PCL切粒并粉碎，按所期望的降解时间控制两者比例为8∶2，同时根据材料用途添加PBC和PCL质量之和15％的水溶性致孔剂聚乙二醇20000，并将上述组分混合均匀后加入到他们的高温溶剂N，N-二甲基甲酰胺中，在温度为70℃下搅拌溶解制成溶液，而后过滤溶液，真空脱泡至无肉眼可见气泡。
将纺丝溶液装入到具有加热保温功能的料筒中，保持温度在65℃，用纺制中空纤维的喷丝头挤出，采用与湿法纺丝相似的工艺固化成型，参数为：凝固浴温度15℃；采用3级拉伸，温水浴作为拉伸介质，温水浴温度为20℃，拉伸倍数为2倍；然后在温水中除去溶剂和致孔剂，在惰性气体保护下烘干，经灭菌处理，即得PBC中空管。
所述管材料的外径为2mm，内径为1mm，长度为25cm；所述的医用管材料具有微孔，微孔平均孔径为3μm，孔隙率为70％。该材料可作为神经导管支架材料使用，在神经生长修复的同时降解成小分子排出，其降解时间为1.5年左右。
实施例3
将分子量为15万的PBC以及15万的PCL切粒并粉碎，按所期望的降解时间控制两者比例为2∶8，同时根据材料用途添加PBC和PCL质量之和30％的水溶性致孔剂聚乙烯醇(PVA1788)，并将上述组分混合均匀后加入到他们共同的溶剂氯仿中，在温度为50℃下搅拌溶解制成溶液，而后过滤溶液，真空脱泡至无肉眼可见气泡。通过干-湿法纺丝制备管材料，其工艺参数为：空气层高度3cm，凝固浴温度20℃；采用单级拉伸，温水浴作为拉伸介质，温水浴温度为25℃，拉伸倍数为4倍；然后在温水中除去溶剂和致孔剂，在惰性气体保护下烘干，经灭菌处理，即得PBC中空管。
所述管材料的外径为5mm，内径为3.5mm，长度为7cm；所述的医用管材料具有微孔，微孔孔径为10μm，孔隙率为90％。该管材料孔隙率高，孔径较大，可作为组织工程载体材料使用，其降解时间为2.5年左右。
Claims (5)
1.一种降解时间可调的医用管材料的制备方法，其特征在于：该制备方法为熔融纺丝，包括：
（1）将PBC和PCL切粒并粉碎，混合均匀后，在100～140℃下加热熔融并搅拌均匀，用纺制中空纤维的喷丝头在70～90℃挤出得中空纤维，冷却；
（2）将步骤（1）得到的冷却后的中空纤维首先在0-20℃进行冷拉伸，冷拉伸比率为10%～30%，然后在40～50℃下进行热拉伸，热拉伸比率为30%～100%，所述的冷拉伸和热拉伸的拉伸速率之和为10mm/min-500mm/min；将拉伸后的产物在拉伸张力作用下进行热定型，定型温度为47～52℃，定型时间1-10h，即得；
所述的医用管材料包括：聚碳酸丁二醇酯和聚己内酯，其中聚碳酸丁二醇酯的数均分子量为4万～25万，聚己内酯的数均分子量为4万～25万；所述管材料的外径为0.1～50mm，内径为0.1～50mm，长度为0.01～1m；
所述的聚碳酸丁二醇酯和聚己内酯的质量比为1-99:99-1；
所述的医用管材料具有微孔，微孔孔径为0.01um～1mm，孔隙率为1～95%。
2.根据权利要求1所述的一种降解时间可调的医用管材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的将PBC和PCL切粒并粉碎后，添加水溶性致孔剂；将步骤（1）得到的冷却后的中空纤维放入水中浸泡，萃取出水溶性致孔剂从而得到中间产品，然后再进行步骤（2）所述的操作。
3.一种降解时间可调的医用管材料的制备方法，其特征在于：该制备方法为热致相分离法纺丝，包括：
（1）将PBC和PCL切粒并粉碎，混合均匀后加入到溶剂中，在温度为65～70℃下搅拌溶解制成溶液，而后过滤溶液，真空脱泡至无肉眼可见气泡，得到纺丝溶液；
（2）在50～65℃，将上述纺丝溶液用纺制中空纤维的喷丝头挤出，采用与干-湿法或湿法纺丝相似的工艺固化成型，参数为：空气层高度0～20cm，凝固浴温度0～40℃；其拉伸为1～3级，温水浴作为拉伸介质，温水浴温度为10～40℃，拉伸倍数为1～10倍；
（3）将步骤（2）得到的产物在惰性气体保护下烘干，最后灭菌处理，即得；
所述的医用管材料包括：聚碳酸丁二醇酯和聚己内酯，其中聚碳酸丁二醇酯的数均分子量为4万～25万，聚己内酯的数均分子量为4万～25万；所述管材料的外径为0.1～50mm，内径为0.1～50mm，长度为0.01～1m；
所述的聚碳酸丁二醇酯和聚己内酯的质量比为1-99:99-1；
所述的医用管材料具有微孔，微孔孔径为0.01um～1mm，孔隙率为1～95%。
4.一种降解时间可调的医用管材料的制备方法，其特征在于：该制备方法为干-湿法纺丝/湿法纺丝，包括：
（1）将PBC和PCL切粒并粉碎，混合均匀后加入到溶剂中，在50～70℃下搅拌溶解制成溶液，而后过滤溶液，真空脱泡至无肉眼可见气泡，得到纺丝溶液；
（2）然后将上述纺丝溶液进行干-湿法纺丝，其工艺参数为：空气层高度0.5～20cm，凝固浴温度0～40℃；其拉伸为1～3级，温水浴作为拉伸介质，温水浴温度为10～40℃，拉伸倍数为1～10倍；
或将上述纺丝溶液进行湿法纺丝，其工艺参数为：凝固浴温度0～40℃；其拉伸为1～3级，温水浴作为拉伸介质，温水浴温度为10～40℃，拉伸倍数为1～10倍；
（3）纺丝完成后在惰性气体保护下烘干，最后灭菌处理，即得；
所述的医用管材料包括：聚碳酸丁二醇酯和聚己内酯，其中聚碳酸丁二醇酯的数均分子量为4万～25万，聚己内酯的数均分子量为4万～25万；所述管材料的外径为0.1～50mm，内径为0.1～50mm，长度为0.01～1m；
所述的聚碳酸丁二醇酯和聚己内酯的质量比为1-99:99-1；
所述的医用管材料具有微孔，微孔孔径为0.01um～1mm，孔隙率为1～95%。
5.根据权利要求3或4所述的一种降解时间可调的医用管材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的将PBC和PCL切粒并粉碎后，添加水溶性致孔剂；将步骤（2）得到的产物浸泡在10-35℃的水中除去溶剂和水溶性致孔剂，然后再进行步骤（3）所述的操作。
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Granted publication date: 20140226 Termination date: 20170401 |
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