專利名稱：：聚乙烯塑料制人工骨片成型植入物的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及生物醫(yī)用人工骨片，特別涉及一種采用聚乙烯類塑料制作生物醫(yī)用人工骨片成型植入物的制作方法。背暈技術目前醫(yī)療上骨修復項目主要分為人工關節(jié)和骨移植材料兩大類。近年來，國外先進國家如美國的普利克斯(POREX)公司采用聚乙烯類塑料，如線性低密度聚乙烯(LLDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、高密度聚乙烯(HDPE)等制作人工骨與人工義眼座等植入物。這些由碳、氫簡單原子組成的有機分子通過聚合和交聯(lián)，在分子量達到一定量級時，可以呈現出很好的物理和化學性能，同時具有^^好的生物相容性和安全無毒性。據說國內有些科研單位也作過相應的試驗，但在薄型骨片的應用上存在著某些問題。人工骨片具有多微孔結構，當成型加熱時通過塑料顆粒的融化，在堆積塑料顆粒之間連接形成骨架，由于塑料顆粒在自由狀態(tài)下堆積，形成的人工骨片在平面上各點的機械強度存在著很大的差異與孔隙率不一致，在制作薄片(厚度僅為l2mm)的情況下，其反應尤為明顯，手術醫(yī)生在切割形狀時，骨片的邊緣部分會發(fā)生部分塑料顆粒脫落的現象，由此將產生較大的醫(yī)療隱患。骨移植材料傳統(tǒng)使用醫(yī)用鈦合金材料及陶瓷材料，由于其成型加工困難，彈性模量高，植入體內無法與人體組織發(fā)生鏈合，結合困難，導致松動而失敗。目前出現了一些新的骨移植材料，如由羥基磷酸鈣等無機材料制作的人工骨。這種材料具有較好的生物相容性，并能制作成微孔結構。但是該材料呈脆性狀態(tài)，沖擊強度差，當制成薄片植入體內則容易碎裂，在外科手術中進行形狀修整及打孔固定，其操作困難，因此只能以人工骨塊的形狀出現，而不推薦作薄片狀人工骨使用。
發(fā)明內容本發(fā)明的任務是提供一種改進的聚乙烯塑料制人工骨片成型植入物的制作方法，它解決了傳統(tǒng)用醫(yī)用鈦合金材料、陶瓷材料、羥基磷酸轉等無機材料作為骨移植材料而存在著成型加工困難、彈性模量高、與人體組織結合困難，或呈脆性、沖擊強度差、制成薄片植入體內容易碎裂等問題。本發(fā)明的技術解決方案如下一種聚乙烯塑料制人工骨片成型植入物的制作方法，按下列工藝步驟進行制作(a)制備原料將初始狀態(tài)的細顆粒聚乙烯塑料進行篩選，得到的顆粒尺寸為800nm250pm，經用量杯及天平稱測量，顆粒的堆積密度為180g/L280g/L，顆粒表面具有數個凸出的隆起，呈不規(guī)則橢圓顆粒狀；(b)制作模具模具由模框、上模板和下模板組成，上、下模板與?？虿捎瞄g隙配合，間隙為0.1mm0,2mm，使模板在模框內輕松地上下滑動；(c)加料將模具底板安置在模腔內，將經篩選的原料稱量后均勻地撒布在模腔內，并用刮板刮布平整均勻，在加料期間將模具略作振動，使初始狀的原料顆粒間呈自由狀態(tài)排列；(d)靜電取向采用高壓直流發(fā)生器或靜電發(fā)生器，其工作電壓為220V，輸出電壓為20kV80kV，電壓輸出端為棒部，電壓輸出端棒部與靜電發(fā)生器電源連接線處設置一供操作人員握持操作的絕緣段；打開靜電發(fā)生器電源開關，調整電壓，將電壓輸出端的電極棒在模具上方進行緩慢的水平移動掃描，此時觀察到模腔內的顆粒狀原料受到電極的作用而使材料表面產生極化，原自由狀態(tài)堆放的原料受正負電壓的極向反應而產生原料顆粒間的排列蠕動，并在顆粒長度方向呈豎立狀，隨著電極棒的移動，豎立狀的顆粒也隨著電極棒移動方向傾斜，當取開電極棒時，塑料顆粒仍帶有電荷，待數分鐘后電荷逐漸減少，塑料顆粒即呈規(guī)則排列(e)待靜電取向工藝結束后，合上模蓋，將模具放入加熱爐中進行燒結。按本發(fā)明的制作方法，制成的人工骨片是一種非承重型的薄片類的骨移植材料。該人工骨片以聚乙烯塑料作為基材，制作成具有一定形狀的帶微孔結構的骨片，便于人體組織細胞附著與生長。在大鼠皮下26周的植入試驗中，通常在4周的時間內，組織細胞即可貫穿整個骨片，充分顯示出良好的生物相容性。本發(fā)明采用聚乙烯塑料如線性低密度聚乙烯(LLDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)或高密度聚乙烯(HDPE)的顆粒粉料，在經高壓靜電分子取向后，模壓熱塑成型，因此提高了制品的抗拉強度與抗沖擊強度，從而獲得全方位貫穿多孔、塑料顆粒呈有規(guī)則交叉網狀排列、彈性模量接近非承重自然骨的人工骨片。按本發(fā)明的制作方法制作的人工骨片主要用于整形外科中面骨、額骨、顴骨和頭顱骨等的修補填充。人工骨片采用一定的尺寸和厚度，手術醫(yī)生根據患者的部位進行選定裁剪切割，若需帶圓弧部位可將骨片放入95'C的生理鹽水中浸泡510分鐘，待骨片變軟后彎曲成所需的圓弧狀，再將骨片放入常溫的生理鹽水中冷卻定型。由于骨片厚度通常要求在l6mm之間，因此作為疏松微孔薄片結構的骨片，除了具有良好的生物相容性外，還具有優(yōu)異的物理性能，如抗拉強度和抗沖擊強度等。本發(fā)明制作方便，在生物醫(yī)用骨移植、骨修補等領域中將具有廣泛的應用價值。具體實施方式本發(fā)明是一種聚乙烯塑料制人工骨片成型植入物的制作方法，采用下列工藝步驟進行制作1、制備原料人工骨片的原料采用聚乙烯塑料，可選用線性低密度聚乙烯(LLDPE)，或者超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，或者高密度聚乙烯(HDPE);也可以選用線性低密度聚乙烯(LLDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)以及高密度聚乙烯(HDPE)的混合物。這些材料在初始狀態(tài)是細顆粒的，將細顆粒聚乙烯塑料進行篩選，得到的顆粒尺寸為80(Him25(Him，優(yōu)選為600nm35(Him。通過采用量杯及天平稱測量，顆粒的堆積密度為180g/L280g/L。采用8倍放大鏡觀察，顆粒表面具有數個凸出的隆起，呈不規(guī)則橢圓顆粒狀，且凸出的隆起部位表面粗糙，并伴有少量拉絲狀的絮狀物。2、制作模具模具由三部分組成，即?？?、上模板和下模板。考慮到高壓靜電的磁場取向，模具中的模框材料由聚四氟乙烯(PTFE)制成，該材料在250'C以下可長期使用；模具中的上模板和下模板均由不銹鋼板材1Crl8Ni9Ti制成，板材厚度選用610mm，以便于熱傳導。上、下模板與模框采用間隙配合，間隙為0.1mm0.2mm，使模板在?？騼容^輕松地上下滑動。3、加料將模具底板安置在模腔內，將經篩選的原料稱量后均勻地撒布在模腔內，并用刮板將原料刮布平整均勻，在加料期間可將模具略作振動，使初始狀的原料顆粒間呈自由狀態(tài)排列。4、靜電取向采用髙壓直流發(fā)生器或靜電發(fā)生器，其工作電壓為220V，輸出電壓為080kV。髙壓直流發(fā)生器或靜電發(fā)生器的輸出電壓優(yōu)選為50kV60kV。電壓輸出端為棒狀，其長度略大于模腔。電壓輸出端棒部與靜電發(fā)生器電源連接線處設置一絕緣段，以便操作人員握持操作。打開靜電發(fā)生器電源開關，電壓輸出端即產生高壓靜電，調整電壓到50kV60kV，即將電壓輸出端的電極棒在模具上方進行緩慢的水平移動掃描；此時可觀察到模腔內的顆粒狀原料受到電極的作用而使材料表面產生極化，原自由狀態(tài)堆放的原料受正負電壓的極向反應而產生原料顆粒間的排列蠕動，并在顆粒長度方向呈豎立狀；隨著電極棒的移動，豎立狀的顆粒也隨著電極棒移動方向傾斜；當取開電極棒時，塑料顆粒仍帶有一定的電荷，待數分鐘后(例如5分鐘)電荷逐漸減少，此時可以明顯地看到，豎立狀的塑料顆粒順序倒伏呈現一定規(guī)則排列，這樣就達到了靜電取向的目的。靜電取向的電極棒在模具上方30mm80mm的距離高度進行緩慢的水平移動掃描，該距離高度優(yōu)選為40mm70mm。靜電取向的電極棒移動速度控制在0.15m/min0.3m/min，其移動方向分別在模具的縱向和橫向交替移動，每次交替移動的取向之間停止510分鐘，交替移動次數為縱向與橫向各23次，以達到良好的顆粒交織狀態(tài)。5、待靜電取向工藝結束后，合上模蓋，將模具放入加熱爐中進行燒結。在加熱過程中，加熱爐內可以補充氮氣(N2)等惰性氣體，以降低制品表面的氧化程度。本發(fā)明的制作方法采用靜電取向的工藝步驟，在模腔內施布塑料顆粒原料時進行高壓靜電取向，通過電磁場顆粒間的相互作用，以獲得定向排列的條件。靜電取向采用高壓靜電棒的類似掃描方法，從模具相鄰兩邊分別交叉掃描若干次，取向后塑料顆粒的排列呈現出具有規(guī)列的交叉網狀結構。將模具合模后放入加熱爐燒結，嚴格控制溫度與壓力，使塑料顆粒以固有穩(wěn)定的方式逐漸熔融，并通過顆粒間有規(guī)則的連接成型制品。尤其成型薄片厚度為S-lmm的作為按本發(fā)明方法的人工骨片制品，經過靜電取向，在與未經靜電取向的對照組樣品比較時，在抗拉強度與抗沖擊強度的試驗結果上分別提高了15%以上。本發(fā)明采用高壓靜電取向方法制作的人工骨片，經過上海市塑料研究所檢測中心與上海材料研究所檢測中心檢測，檢測項目的數據如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>以上檢測結果表明，經取向處理的本發(fā)明的樣品與未經取向處理的對照組樣品相比較，在主要物理指標上，前者比后者得到了明顯提高，尤其抗拉強度與抗沖擊強度均提高了15%以上，壓縮彈性模量得到大幅度降低，僅為目前使用的醫(yī)用鈦金屬(200GMP)的2.5%。，為普通超高分子量聚乙烯(1300MPa1500MPa)的40%左右，與人體骨的彈性模量更為接近。抗沖擊強度是羥基磷酸鈣無機材料制作人工骨(0.2KJ/m20.5KJ/m2)的20多倍。本發(fā)明的人工骨片樣品作為成型植入物在大鼠皮下植入試驗中，分別經4周、12周、26周時間檢測，并分別取樣觀察，樣品各期組織反應程度與陰性對照品相同，切割取樣時邊緣部分也無顆粒原料散落，取得了預期的設計使用效果。按本發(fā)明的聚乙烯塑料制人工骨片成型植入物的制作方法，在進行實驗過程中，對原料的選用分別采用了線性高密度聚乙烯(LLDPE)，型號為DNDC-7150;超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，型號為HD450;高密度聚乙烯(HDPE)，型號為DMDY—1158。對其材料分別進行篩選，采用的顆粒尺寸為400nm50(^m。上述顆粒原料在加熱爐中加熱時，在表面熔融后通過顆粒間的粘合而形成骨架，再施以適當的壓力即可形成所需要的骨片尺寸形狀。骨片經冷卻后取出進行觀察，可以看到骨片中充滿微孔，這些微孔可以降低該材料的彈性模量，以接近自然人骨的彈性模量，微孔在作為人工骨片植入人體后便于人體組織的向內生長，以達到較好的組織相容性。當然在具體實驗加工中，根據原材料的不同與制品的差異，應分別選用不同的加熱溫度、加熱時間、成型壓力和模具。所采用的高壓靜電發(fā)生器例如型號為JIA-02，其輸出電壓為070kV，通常在30kV65kV范圍內調節(jié)。下面進一步描述四個實驗例實驗例1在一個120X100mm的長方形模框內安裝底板，然后稱量放入約10g的線性低密度聚乙烯(LLDPE),原料型號為DNDC-7150，通過振動、刮平工藝，將高壓電棒調整至50kV,距離原料50mm高度處在縱、橫方向各交叉掃描二次，完成靜電取向工藝，蓋上上模板，放入加熱爐中進行加熱燒結，加熱時在上模板上施壓0.12MPa，加熱溫度在140'C180'C之間，時間為60105分鐘，然后將模具從加熱爐中取出，放在室溫中自然冷卻至60'C左右，最后出模，即可獲得lmm左右厚度的薄片。實驗例2在一個120X100mm的長方形?？騼劝惭b底板，然后稱量放入約20g的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，原料型號為HD450,通過振動、刮平工藝，將高壓電棒調整至60kV，距離原料70mm高度處在縱、橫方向各交叉掃描二次，完成靜電取向工藝，蓋上上模板，放入加熱爐中進行加熱燒結，加熱時在上模板上施壓0.25MPa,加熱溫度在160'C225。C之間，時間為90120分鐘，然后將模具從加熱爐中取出，放在室溫中自然冷卻至80'C左右，最后出模，即可獲得2mm左右厚度的薄片。實驗例3在一個120X100mm的長方形模框內安裝底板，然后稱量放入30g的高密度聚乙烯(HDPE)，原料型號為DMDY—1158，通過振動、刮平工藝，將高壓電棒調整至40kV，距離原料40mm高度處在縱、橫方向各交叉掃描二次，完成靜電取向工藝，蓋上上模板，放入加熱爐中進行加熱燒結，加熱時在上模板上施壓O.lMPa，加熱溫度在15(TC190'C之間，時間為70110分鐘，然后將模具從加熱爐中取出，放在室溫中自然冷卻至50'C左右，最后出模，即可獲得3mm左右厚度的薄片。實驗例4在一個內徑為4)145mm的圓形?？騼劝惭b底板，然后稱量放入約58g的原料(該原料由50%的LLDPE與50%的UHMWPE經充分混合而成)，通過振動、刮平工藝，將高壓電棒調整至65kV，距離原料60mm高度處進行掃描，從圓形?？虻膱A心夾角120°的三個方向分別進行掃描，完成靜電取向工藝，蓋上上模蓋，放入加熱爐中進行加熱燒結，加熱時在上模板上施壓0.25MPa，加熱溫度在17(TC22(TC之間，時間為80110分鐘，然后將模具從加熱爐中取出，放在室溫中自然冷卻至60'C左右，最后出模，即可獲得4mm左右的薄片。當然，本
技術領域：
內的一般技術人員應當認識到，上述實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質精神范圍內，對上述實施例的變換、變型都將落在本發(fā)明權利要求的范圍內。權利要求1.一種聚乙烯塑料制人工骨片成型植入物的制作方法，其特征在于，按下列工藝步驟進行制作(a)制備原料將初始狀態(tài)的細顆粒聚乙烯塑料進行篩選，得到的顆粒尺寸為800μm～250μm，經用量杯及天平稱測量，顆粒的堆積密度為180g/L～280g/L，顆粒表面具有數個凸出的隆起，呈不規(guī)則橢圓顆粒狀；(b)制作模具模具由?？颉⑸夏０搴拖履０褰M成，上、下模板與?？虿捎瞄g隙配合，間隙為0.1mm～0.2mm，使模板在?？騼容p松地上下滑動；(c)加料將模具底板安置在模腔內，將經篩選的原料稱量后均勻地撒布在模腔內，并用刮板刮布平整均勻，在加料期間將模具略作振動，使初始狀的原料顆粒間呈自由狀態(tài)排列；(d)靜電取向采用高壓直流發(fā)生器或靜電發(fā)生器，其工作電壓為220V，輸出電壓為20kV～80kV，電壓輸出端為棒部，電壓輸出端棒部與靜電發(fā)生器電源連接線處設置一供操作人員握持操作的絕緣段；打開靜電發(fā)生器電源開關，調整電壓，將電壓輸出端的電極棒在模具上方進行緩慢的水平移動掃描，此時觀察到模腔內的顆粒狀原料受到電極的作用而使材料表面產生極化，原自由狀態(tài)堆放的原料受正負電壓的極向反應而產生原料顆粒間的排列蠕動，并在顆粒長度方向呈豎立狀，隨著電極棒的移動，豎立狀的顆粒也隨著電極棒移動方向傾斜，當取開電極棒時，塑料顆粒仍帶有電荷，待數分鐘后電荷逐漸減少，塑料顆粒即呈規(guī)則排列；(e)待靜電取向工藝結束后，合上模蓋，將模具放入加熱爐中進行燒結。2.根據權利要求1所述的聚乙烯塑料制人工骨片成型植入物的制作方法，其特征在于，所述聚乙烯塑料選用線性低密度聚乙烯LLDPE，或者超髙分子量聚乙烯UHMWPE，或者高密度聚乙烯HDPE。3.根據權利要求l所述的聚乙烯塑料制人工骨片成型植入物的制作方法，其特征在于，所述聚乙烯塑料選用線性低密度聚乙烯LLDPE、超高分子量聚乙烯UHMWPE及高密度聚乙烯HDPE三種原料的混合物。4.根據權利要求1所述的聚乙烯塑料制人工骨片成型植入物的制作方法，其特征在于，所述細顆粒聚乙烯塑料經篩選后的顆粒尺寸優(yōu)選為600nm35(^m。5.根據權利要求1所述的聚乙烯塑料制人工骨片成型植入物的制作方法，其特征在于，所述模具中的?？蛴删鬯姆蚁㏄TFE制成。6.根據權利要求1所述的聚乙烯塑料制人工骨片成型植入物的制作方法，其特征在于，所述模具中的上模板和下模板由不銹鋼板材1Crl8Ni9Ti制成。7.根據權利要求1所述的聚乙烯塑料制人工骨片成型植入物的制作方法，其特征在于，所述高壓直流發(fā)生器或靜電發(fā)生器的輸出電壓優(yōu)選為50kV60kV。8.根據權利要求1所述的聚乙烯塑料制人工骨片成型植入物的制作方法，其特征在于，所述靜電取向的電極棒在模具上方30mm80mm的距離高度進行緩慢的水平移動掃描。9.根據權利要求1所述的聚乙烯塑料制人工骨片成型植入物的制作方法，其特征在于，所述靜電取向的電極棒移動速度控制在0.15m/min0.3m/min，其移動方向分別在模具的縱向和橫向交替移動，每次交替移動的取向之間停止510分鐘，交替移動次數為縱向與橫向各23次，以達到良好的顆粒交織狀態(tài)。全文摘要本發(fā)明涉及一種聚乙烯塑料制人工骨片成型植入物的制作方法，(a)制備原料將初始狀態(tài)的細顆粒聚乙烯塑料進行篩選，得到的顆粒表面具有數個凸出的隆起，呈不規(guī)則橢圓顆粒狀；(b)制作模具模具由?？?、上模板和下模板組成；(c)加料將經篩選的原料稱量后均勻地撒布在模腔內；(d)靜電取向打開靜電發(fā)生器電源開關，調整電壓，將電壓輸出端的電極棒在模具上方進行緩慢的水平移動掃描，呈豎立狀的顆粒隨著電極棒移動方向傾斜，塑料顆粒呈規(guī)則交叉網狀排列；(e)待靜電取向工藝結束后，合上模蓋，將模具放入加熱爐中進行燒結。按本發(fā)明方法制成的人工骨片具有一定形狀的微孔結構，便于人體組織細胞附著與生長，具有良好的生物相容性和物理性能。文檔編號A61L27/00GK101161294SQ20071017099公開日2008年4月16日申請日期2007年11月27日優(yōu)先權日2007年11月27日發(fā)明者李鴻賓申請人:李鴻賓