阅读说明：本技术 一种高强度可降解棒材及其制造方法 (High-strength degradable bar and manufacturing method thereof ) 是由 邵惠锋 贺永 傅建中 龚友平 刘海强 陈慧鹏 李文欣 陈国金 于 2019-11-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高强度可降解棒材及其制造方法,所述棒材采用钙镁硅酸盐经生物墨水制备、冷冻干燥定型、高温烧结而成,制造出来的棒材有高的力学强度,棒材笔直,截面均匀,棒材在体内可持续吸收,且吸收降解过程有磷酸盐层生成,有利于骨传导。本发明的高强度可降解棒材的制造方法操作方便,制造成本低,能够任意改变棒材的直径,实现不同直径的棒材制造。(The invention discloses a high-strength degradable bar and a manufacturing method thereof, wherein the bar is prepared by adopting calcium magnesium silicate through biological ink preparation, freeze drying and shaping and high-temperature sintering, the manufactured bar has high mechanical strength, is straight and uniform in cross section, can be continuously absorbed in vivo, and is beneficial to bone conduction due to the generation of a phosphate layer in the absorption and degradation process. The manufacturing method of the high-strength degradable bar is convenient to operate and low in manufacturing cost, and can be used for randomly changing the diameter of the bar and manufacturing bars with different diameters.)

一种高强度可降解棒材及其制造方法

技术领域

本发明涉及的是一种医疗器械技术领域的器械及其制造方法，尤其是涉及一种高强度可降解棒材及其制造方法。

背景技术

目前，对于直形骨折和具有轻微弧度的骨折，植入髓内钉是一种良好的治疗方法。当前临床应用的髓内钉主要由不锈钢、钛合金制成。这些合金的弹性模量远高于人体骨，会产生应力遮挡效应，使得骨折部位得不到有效的应力刺激，最终骨折愈合效果不佳甚至失败。同时，此类植入物植入人体后会缓慢释放毒性离子或粒子，引发慢性炎症，导致不易痊愈。

上述这类植入物生物活性较差，植入人体后对成骨细胞的增殖、分化、骨组织再生等无显著的促进作用，对骨折愈合也缺少有益的刺激作用，生物相容性较差。此外，这类植入物一旦植入后，植入物要么永远停留在体内，要么就等骨头恢复后通过手术将其取出，无论哪种情况都有可能引起并发症，如感染或进一步的疼痛。而且，二次手术会增加患者的经济负担和痛苦。可吸收髓内钉可解决上述部分问题，但目前临床可吸收器械基本是由聚合物材料制造，如聚乳酸、聚乙烯醇、壳聚糖等，强度低，力学性能难以满足要求，吸收过程产生的酸性物质也会引起排异反应。

因此，需要制造一种高强度的生物活性可降解的髓内钉植入物，随着骨头的愈合，该种植入物在体内逐渐分解，不再需要手术取出，而且无毒，有很好的生物活性，能够促进骨头愈合。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种高强度可降解棒材及其制造方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高强度可降解棒材，所述棒材笔直，截面均匀，采用生物活性材料制成，所述生物活性材料是钙镁硅酸盐，镁在钙镁硅酸盐中的质量百分数为0.22~3.2%。通过化学沉淀法在制备硅酸钙粉体时，按比例加入一定量的镁离子水溶液，用镁替代钙，最后得到钙镁硅酸盐。

优选的，所述的高强度可降解棒材上设有孔洞，该孔洞的直径为1mm~10mm，可以是2个，4个或者更多，孔可以是与棒材的轴线垂直，也可以成一定角度。

优选的，本发明涉及上述高强度可降解棒材的制造方法，包括以下步骤：

1）将生物材料与溶剂均匀混合，得到分散均匀的生物墨水.

2）根据材料的收缩率计算得到毛坯棒的直径，定做相应的外棒。

3）把步骤1）中的生物墨水注入到外棒中，然后冷冻1-12小时。

4）把冷冻后的样品冷冻干燥，得到棒材毛坯。

5）将棒材毛坯放到高温炉中高温煅烧，最后冷却得到高强度可降解棒材。

优选的，所述溶剂是粘结剂，分散剂，消泡剂和去离子水的组合，粘结剂可以是聚乙烯醇，羧甲基纤维素等，分散剂可以是聚丙烯酸，消泡剂可以是Surfynol。

进一步的，聚乙烯醇的浓度为5%~20%，羧甲基纤维素的浓度在0.5%~6%，生物墨水中所有材料的质量百分比含量为50~60%的生物材料、1~4%的粘结剂、0.3~0.9%的分散剂、0.3~0.9%的消泡剂，剩余量为去离子水。

优选的，所述的外棒为空心棒，内壁光滑，样品冷冻干燥完后，能够使外棒与生物墨水分离，可以是玻璃管，石英管等。

进一步的，所述外棒的壁厚为0.5-4mm。

更进一步的，通过改变外棒的内径，就能直接改变棒材毛坯的直径，从而影响最后棒材的尺寸，而外棒的尺寸很容易改变，因此可以很容易制造任意尺寸的棒材。

优选的，所述的冷冻过程为速冻，速冻温度为零下50^oC-80^oC，使生物墨水迅速定型，然后经冷冻干燥后，得到干燥的生物墨水棒材毛坯。

优选的，所述的煅烧温度为1150^oC-1200^oC，升温速度为3-4 ^oC/min，保温时间2-4小时。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

一、本发明可以制造高强度的生物活性可降解棒材，弥补了可降解聚合物材料的不足，且其具有很好的笔直度，截面均匀。

二、本发明的制造高强度可降解棒材的方法操作方便，制造成本低。

三、本发明制造的高强度可降解棒材在体内可持续吸收，且吸收降解过程有磷酸盐层生成，有利于骨传导。

附图说明

图1是本发明的高强度可降解棒材的制造方法流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明一种高强度可降解棒材，所述棒材笔直，截面均匀，采用钙镁硅酸盐生物活性材料制成，镁在钙镁硅酸盐中的质量百分数为0.22~3.2%，通过化学沉淀法在制备硅酸钙粉体时，按比例加入一定量的镁离子水溶液，用镁替代钙，最后得到钙镁硅酸盐。

高强度可降解棒材上设有孔洞，该孔洞的直径为1mm~10mm，可以是2个，4个或者更多，孔可以是与棒材的轴线垂直，也可以成一定角度。

如图1所示，是本发明的高强度可降解棒材的制造方法流程示意图，包括以下步骤：

1）将生物材料与溶剂均匀混合，得到分散均匀的生物墨水。

2）根据材料的收缩率计算得到毛坯棒的直径，定做相应的外棒。

3）把步骤1）中的生物墨水注入到外棒中，然后冷冻1-12小时。

4）把冷冻后的样品冷冻干燥，得到棒材毛坯。

5）将棒材毛坯放到高温炉中高温煅烧，最后冷却得到高强度可降解棒材。

溶剂是粘结剂，分散剂，消泡剂和去离子水的组合，粘结剂可以是聚乙烯醇，羧甲基纤维素等，分散剂可以是聚丙烯酸，消泡剂可以是Surfynol。聚乙烯醇的浓度为5%~20%，羧甲基纤维素的浓度在0.5%~6%，生物墨水中所有材料的质量百分比含量为50~60%的生物材料、1~4%的粘结剂、0.3~0.9%的分散剂、0.3~0.9%的消泡剂，剩余量为去离子水。

外棒为空心棒，内壁光滑，样品冷冻干燥完后，能够使外棒与生物墨水分离，可以是玻璃管，石英管等。

进一步的，外棒的壁厚为0.5-4mm。

更进一步的，通过改变外棒的内径，就能直接改变棒材毛坯的直径，从而影响最后棒材的尺寸，而外棒的尺寸很容易改变，因此可以很容易制造任意尺寸的棒材。

冷冻过程为速冻，速冻温度为零下50^oC-80^oC，使生物墨水迅速定型，然后经冷冻干燥后，得到干燥的生物墨水棒材毛坯。

煅烧温度为1150^oC-1200^oC，升温速度为3-4 ^oC/min，保温时间2-4小时。

实施例1

1）按质量百分比为58%的镁含量为1.5%的钙镁硅酸盐粉体、2.4%的聚乙烯醇、0.5%的聚丙烯酸、0.5%的Surfynol和38.6%的去离子水配置均匀的生物墨水。

2）根据钙镁硅酸盐生物墨水的收缩率，定做内径为3.9mm、壁厚为0.8mm的石英管外棒。

3）把步骤1）中配置好的生物墨水注入到石英管外棒内，然后在-60 ^oC的环境中速冻2小时。

4）把步骤3）速冻后的样品冷冻干燥，从石英管外棒中取出棒材毛坯。

5）把棒材毛坯放到高温炉中，经1150^oC高温煅烧3小时后，冷却得到直径为3mm，长40mm的高强度可降解钙镁硅酸盐棒材。

实施例2

1）按质量百分比为58%的镁含量为1.5%的钙镁硅酸盐粉体、2.4%的聚乙烯醇、0.5%的聚丙烯酸、0.5%的Surfynol和38.6%的去离子水配置均匀的生物墨水。

2）根据钙镁硅酸盐生物墨水的收缩率，定做内径为7.7mm、壁厚为1.1mm的石英管外棒。

3）把步骤1）中配置好的生物墨水注入到石英管外棒内，然后在-70 ^oC的环境中速冻3小时。

4）把步骤3）速冻后的样品冷冻干燥，从石英管外棒中取出棒材毛坯。

5）把棒材毛坯放到高温炉中，经1150^oC高温煅烧3小时后，冷却得到直径为6mm，长60mm的高强度可降解钙镁硅酸盐棒材。

实施例3

1）按质量百分比为58%的镁含量为1.5%的钙镁硅酸盐粉体、2.4%的聚乙烯醇、0.5%的聚丙烯酸、0.5%的Surfynol和38.6%的去离子水配置均匀的生物墨水。

2）根据钙镁硅酸盐生物墨水的收缩率，定做内径为12.7mm、壁厚为2mm的石英管外棒。

3）把步骤1）中配置好的生物墨水注入到石英管外棒内，然后在-80 ^oC的环境中速冻5小时。

4）把步骤3）速冻后的样品冷冻干燥，从石英管外棒中取出棒材毛坯。

5）把棒材毛坯放到高温炉中，经1150^oC高温煅烧3小时后，冷却得到直径为10mm，长90mm的高强度可降解钙镁硅酸盐棒材。

实施例4

1）按质量百分比为55%的镁含量为1.8%的钙镁硅酸盐粉体、0.5%的羧甲基纤维素、0.5%的聚丙烯酸、0.5%的Surfynol和43.5%的去离子水配置均匀的生物墨水。

2）根据钙镁硅酸盐生物墨水的收缩率，定做内径为13.1mm、壁厚为2mm的石英管外棒。

3）把步骤1）中配置好的生物墨水注入到石英管外棒内，然后在-80 ^oC的环境中速冻5小时。

4）把步骤3）速冻后的样品冷冻干燥，从石英管外棒中取出棒材毛坯。

5）把棒材毛坯放到高温炉中，经1150^oC高温煅烧3小时后，冷却得到直径为10mm，长90mm的高强度可降解钙镁硅酸盐棒材。

如果需要在棒材上有孔，事先在外棒上打孔，然后在孔中***实心棒，再注入生物墨水，经过冷冻和冷冻干燥处理后，取出棒材毛坯，然后通过烧结工艺得到有孔的棒材。

上述实施例制备得到的棒材具有高的力学强度，截面为圆形，棒材笔直，不弯曲，在体内能够降解，具有很好的生物活性。