CN110522954B - 一种含硫酸钡能显影的复合生物补片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物医学工程领域，尤其涉及一种含硫酸钡能显影的复合生物补片及其制备方法。复合生物补片中硫酸钡的质量百分比为15～35％，具有较好的力学性能和显影强度。本发明还公开了该复合生物补片的制备方法，包括：1)制备聚丙烯溶液，加入纳米硫酸钡搅拌均匀，得聚丙烯/纳米硫酸钡溶液；(2)将聚丙烯/纳米硫酸钡溶液加入凝固浴中进行相转化固化，取出洗涤、真空干燥，得到聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料；(3)将聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料经同向双螺杆挤出机挤出造粒，得到复合生物补片原料；(4)再经单螺杆挤出机挤出纺丝制得复合纤维，编织加工制得含硫酸钡能显影的复合生物补片。制备方法简单，适合工业化生产。

Description

一种含硫酸钡能显影的复合生物补片及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物医学工程领域，尤其涉及一种含硫酸钡能显影的复合生物补片及其制备方法。
背景技术
疝气是普外科的常见病和多发病之一，且在各年龄阶段均有发生。据相关资料显示：世界上每年约有2000万例疝修补手术，其中80％的手术需要用到疝气补片。无张力疝修补术是目前应用最广泛的疝修复手术方式，由聚丙烯等高分子材料制备的生物补片被广泛用作疝气补片。疝气补片植入人体内的主要作用是抵抗人体内部压强，支撑新生组织，所以补片必须具有稳定的结构、足够的强度和柔软度。因此衡量修补网质量的主要物理机械性能由拉伸断裂强度、顶破强度、刚柔性能、折皱回复性等指标组成。
根据临床手术的需求，未来疝气补片应该向着具有良好的抗菌能力、防止组织黏连和溶血反应、具有良好的组织支撑性且可以被人体完全或部分吸收、降低术后补片收缩对创伤处的影响等方向研究和发展，甚至能辅助内源组织的再生，修复手术创伤区域，减少术后疤痕组织的生成，以最大程度地减轻患者的痛苦和改善预后。
聚丙烯材料具有化学性质稳定、物理张力强度较高、编织牢固、手感好、可耐受感染和可反复弯曲等优点，使用其编织的聚丙烯补片具有易于组织长入和肉芽组织增殖的特点，且由于其编织孔径较大，利于白细胞与巨噬细胞进出，对补片网格中的细菌进行杀灭，因此这类补片具有优异的抗感染作用，在疝气修补术中得到广泛应用。同时由于聚丙烯补片价格低廉，可刺激组织愈合，手术创口小，术后恢复较快等优点，成为疝气修补术中最常使用的人工合成不可吸收补片。但是在目前使用过程中，发现聚丙烯补片也具有一些缺点：如由于聚丙烯补片表面粗糙，直接与腹腔脏器接触会导致较为严重的腹腔黏连，甚至侵蚀肠壁从而导致肠瘘或肠梗堵的发生。
单一材质补片往往有生物力学性能不相容和不稳固，重量型和黏连现象严重的问题。为解决上述问题，结合两种材料优势的复合疝气修补材料不断涌现。复合疝气补片一般通过整体编织、缝合、黏合、层压等方式制备。常见的复合补片按复合用途可分为力学加强补片、部分降解补片、抗黏连补片，按材料可分为聚丙烯与膨体聚四氟乙烯材料结合补片、聚丙烯与可吸收材料结合补片和聚丙烯与可吸收材料相结合的多层补片等。
临床使用发现，由于使用高分子材料制备的生物补片进行疝气修补术后期疤痕明显收缩(收缩率可达20％～50％)，高分子材料生物补片发生扭曲，其不规则的表面会刺激甚至损伤周围组织，从而引起皮肤窦道形成和感染的发生。这时应该进行二次手术取出已经发生扭曲的补片进行置换。
疝气修补术后细菌感染也是较为严重的并发症之一，国内外发表的大量临床统计数据指出，疝气修补术后感染发生率为6％～10％，尤其是切口疝术后感染率为40％左右。严重的术后感染可以导致患者的住院时间延长，预后不佳甚至需要后续手术对感染部位进行清理。
由此可见，疝气修补术后感染也是较为严重的并发症之一。而感染的因素有两种，一种是细菌感染，国内外发表的大量临床统计数据指出，疝气修补术后感染发生率为6％～10％；另一种是因为高分子材料生物补片发生扭曲，其不规则的表面会刺激甚至损伤周围组织，从而引起皮肤窦道形成和感染的发生。这两种感染的临床治疗截然不同。前一种进行抗感染治疗，后一种应该进行二次手术。目前临床上区分这两种病变还是靠医生的临床经验，有时实在无法分辨，只能够进行手术探查，给病人带来额外的痛苦和负担。因此，如果通过非手术方式探查术后感染原因并为临床诊断和治疗提供依据成为亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含硫酸钡能显影的复合生物补片及其制备方法，本发明提供的制备方法制备得到的复合生物补片具有较好的力学性能和显影强度。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种含硫酸钡能显影的复合生物补片，所述复合生物补片的组成按照质量百分比为：聚丙烯65～85％，纳米硫酸钡15～35％。
优选的，所述复合生物补片的厚度为0.6mm，所述复合生物补片的孔径为2mm。
优选的，所述聚丙烯为医用级等规聚丙烯，熔点为164～170℃，等规指数≥96％。
优选的，所述纳米硫酸钡的粒径范围为30～70nm。
本发明还提供了一种上述含硫酸钡能显影的复合生物补片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯溶于有机溶剂得到聚丙烯溶液，向所述聚丙烯溶液中加入纳米硫酸钡搅拌至混合均匀，得到聚丙烯/纳米硫酸钡溶液；
(2)将步骤(1)得到的聚丙烯/纳米硫酸钡溶液加入等体积的凝固浴中进行相转化固化，固化结束后取出洗涤、真空干燥，得到聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料；
(3)将所述聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料经同向双螺杆挤出机挤出造粒，得到复合生物补片原料；
(4)将所述复合生物补片原料经单螺杆挤出机挤出纺丝制得复合纤维，将所述复合纤维经编织加工制得含硫酸钡能显影的复合生物补片。
优选的，步骤(1)中所述有机溶剂为甲苯、二甲苯和十氢化萘中的一种或几种。
优选的，步骤(1)中将聚丙烯溶于有机溶剂的温度为100～120℃；所述聚丙烯溶液中聚丙烯的浓度为100～125g/L；所述搅拌时间为2～4h。
优选的，步骤(2)中所述凝固浴包括无水乙醇或丙酮中的一种。
优选的，步骤(3)中所述挤出温度150～200℃；螺杆转速60～120r/min。
优选的，步骤(4)中所述挤出温度150～220℃。
本发明与现有技术相比，通过在高分子生物补片的原材料中里添加一定量(15％-35％)能够显影的硫酸钡，保证生物补片的抗张强度且可以通过X射线检查就能够判别是否生物补片是否发生扭曲，从而为临床诊断和治疗提供依据。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明提供了一种含硫酸钡能显影的复合生物补片，复合生物补片的组成按照质量百分比为：聚丙烯65～85％，纳米硫酸钡15～35％。
本发明中，复合生物补片的厚度优选为0.6mm，复合生物补片的孔径优选为2mm。
本发明中聚丙烯为医用级等规聚丙烯，熔点为164～170℃，等规指数≥96％。
本发明提供的复合生物补片，包含聚丙烯和纳米硫酸钡。聚丙烯材料具有化学性质稳定、物理张力强度较高、编织牢固、手感好、可耐受感染和可反复弯曲等优点，使用其编织的聚丙烯补片具有易于组织长入和肉芽组织增殖的特点，且由于其编织孔径较大，利于白细胞与巨噬细胞进出，对补片网格中的细菌进行杀灭，因此这类补片具有优异的抗感染作用，且可刺激组织愈合，具有手术创口小，术后恢复较快等优点。本发明中，按质量百分比，聚丙烯的含量为65～85％，从而使复合生物补片的抗张强度满足疝气手术生物补片强度需求。硫酸钡为白色疏松的细粉，为X线双重造影剂。细而均匀型钡剂多为合成钡，颗粒细而均匀，多为圆形，比重较轻，沉降慢且一致，广泛适用于食道、胃、十二指肠、小肠、结肠的单、双对比造影检查。硫酸钡含量影响显影效果以及复合生物补片的力学性能。随着硫酸钡含量的增加，生物补片的力学性能下降。但如果硫酸钡含量的过低，生物补片显影强度又不够强。经过试验，硫酸钡含量在15％～35％的的补片能够满足显影强度和力学性能的要求。
本发明中，纳米硫酸钡的粒径范围优选为30～70nm。粒径为30～70nm的纳米硫酸钡比表面积大，与高分子材料发生物理或化学作用的可能性越大，吸附在聚丙烯等熔体上的能力就越强，界面粘结力增强，界面层相对比较薄，强度和可拉伸性能较好。
本发明还提供了一种上述含硫酸钡能显影的复合生物补片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯溶于有机溶剂得到聚丙烯溶液，向所述聚丙烯溶液中加入纳米硫酸钡搅拌至混合均匀，得到聚丙烯/纳米硫酸钡溶液；
(2)将步骤(1)得到的聚丙烯/纳米硫酸钡溶液加入等体积的凝固浴中进行相转化固化，固化结束后取出洗涤、真空干燥，得到聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料；
(3)将所述聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料经同向双螺杆挤出机挤出造粒，得到复合生物补片原料；
(4)将所述复合生物补片原料经单螺杆挤出机挤出纺丝制得复合纤维，将所述复合纤维经编织加工制得含硫酸钡能显影的复合生物补片。
为了增大硫酸钡的加入量，并制备均匀的硫酸钡高分子共混材料，本发明采用溶液共混法进行造粒。具体的，首先将聚丙烯溶于有机溶剂得到聚丙烯溶液，向所述聚丙烯溶液中加入纳米硫酸钡搅拌至混合均匀，得到聚丙烯/纳米硫酸钡溶液。本发明对聚丙烯的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的聚丙烯即可。在本发明中有机溶剂优选选自甲苯、二甲苯和十氢化萘中的一种或几种。在本发明中，聚丙烯溶于有机溶剂的温度优选为100～120℃；聚丙烯溶液中聚丙烯的浓度优选为100～125g/L；搅拌时间优选为2～4h，本发明中搅拌的目的是使各组分混合均匀。
得到聚丙烯/纳米硫酸钡溶液后，将聚丙烯/纳米硫酸钡溶液加入等体积的凝固浴中进行相转化固化，固化结束后取出洗涤、真空干燥，得到聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料。本发明中凝固浴优选选自无水乙醇或丙酮中的一种。
得到聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料后，将聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料经同向双螺杆挤出机挤出造粒，得到复合生物补片原料；本发明中，同向双螺杆的挤出温度优选为150～200℃，螺杆转速优选为60～120r/min，更优选为60r/min。
得到复合生物补片原料后，将复合生物补片原料经单螺杆挤出机挤出纺丝制得复合纤维，将所述复合纤维经编织加工制得含硫酸钡能显影的复合生物补片。本发明中，单螺杆挤出机的挤出温度优选为150～220℃，更优选为220℃。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种含硫酸钡能显影的复合生物补片及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1：
向反应釜中加入80mL甲苯和10g聚丙烯(占聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料的质量百分比为85％)进行搅拌溶解，反应釜搅拌速率为200r/min，同时将反应釜升温至100℃。待聚丙烯完全溶解后，向反应釜内加入1.7647g纳米硫酸钡粉末(占聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料的质量百分比为15％)，纳米硫酸钡粉末的平均粒径为70nm。加料完毕后继续搅拌2h，直至纳米硫酸钡粉末与聚丙烯充分混合均匀。随后将聚丙烯/纳米硫酸钡溶液缓慢倒入80mL无水乙醇凝固浴中，凝固浴的搅拌速率为30r/min。随后将聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料经双螺杆挤出造粒得到复合生物补片原料，挤出机温度区间为150～200℃，螺杆转速为60r/min。原材料颗粒经单螺杆熔融纺丝得到复合纤维，纺丝温度为220℃。复合纤维经编织加工后得到厚度为0.6mm、孔隙为2mm的生物补片。
经测试，补片重量为82g/m2，抗张强度为1275mmHg；经X射线检查，复合生物补片显影清晰。
实施例2：
向反应釜中加入90mL甲苯和10g聚丙烯(占聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料的质量百分比为75％)进行搅拌溶解，反应釜搅拌速率为200r/min，同时将反应釜升温至100℃。待聚丙烯完全溶解后，向反应釜内加入3.3333g纳米硫酸钡粉末(占聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料的质量百分比为25％)，纳米硫酸钡粉末的平均粒径为70nm。加料完毕后继续搅拌2h，直至纳米硫酸钡粉末与聚丙烯充分混合均匀。随后将聚丙烯/纳米硫酸钡溶液缓慢倒入90mL无水乙醇凝固浴中，凝固浴的搅拌速率为30r/min。随后将聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料经双螺杆挤出造粒得到复合生物补片原料，挤出机温度区间为150～200℃，螺杆转速为60r/min。原材料颗粒经单螺杆熔融纺丝得到复合纤维，纺丝温度为220℃。复合纤维经编织加工后得到厚度为0.6mm、孔隙为2mm的生物补片。
经测试，补片重量为84g/m2，抗张强度为1065mmHg；经X射线检查，复合生物补片显影清晰。
实施例3：
向反应釜中加入100mL甲苯和10g聚丙烯(占聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料的质量百分比为65％)进行搅拌溶解，反应釜搅拌速率为200r/min，同时将反应釜升温至100℃。待聚丙烯完全溶解后，向反应釜内加入5.3846g纳米硫酸钡粉末(占聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料的质量百分比为35％)，纳米硫酸钡粉末的平均粒径为70nm。加料完毕后继续搅拌2h，直至纳米硫酸钡粉末与聚丙烯充分混合均匀。随后将聚丙烯/纳米硫酸钡溶液缓慢倒入100mL无水乙醇凝固浴中，凝固浴的搅拌速率为30r/min。随后将聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料经双螺杆挤出造粒得到复合生物补片原料，挤出机温度区间为150～200℃，螺杆转速为60r/min。原材料颗粒经单螺杆熔融纺丝得到复合纤维，纺丝温度为220℃。复合纤维经编织加工后得到厚度为0.6mm、孔隙为2mm的生物补片。
经测试，补片重量为86g/m2，抗张强度为820mmHg；经X射线检查，复合生物补片显影清晰。
对比例1：
向反应釜中加入80mL甲苯和10g聚丙烯(占聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料的质量百分比为90％)进行搅拌溶解，反应釜搅拌速率为200r/min，同时将反应釜升温至100℃。待聚丙烯完全溶解后，向反应釜内加入1.1111g纳米硫酸钡粉末(占聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料的质量百分比为10％)，纳米硫酸钡粉末的平均粒径为70nm。加料完毕后继续搅拌2h，直至纳米硫酸钡粉末与聚丙烯充分混合均匀。随后将聚丙烯/纳米硫酸钡溶液缓慢倒入80mL无水乙醇凝固浴中，凝固浴的搅拌速率为30r/min。随后将聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料经双螺杆挤出造粒得到复合生物补片原料，挤出机温度区间为150～200℃，螺杆转速为60r/min。原材料颗粒经单螺杆熔融纺丝得到复合纤维，纺丝温度为220℃。复合纤维经编织加工后得到厚度为0.6mm、孔隙为2mm的生物补片。
经测试，补片重量为81g/m2，抗张强度为1340mmHg；经X射线检查，复合生物补片显影不清晰。
对比例2：
向反应釜中加入100mL甲苯和10g聚丙烯(占聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料的质量百分比为60％)进行搅拌溶解，反应釜搅拌速率为200r/min，同时将反应釜升温至100℃。待聚丙烯完全溶解后，向反应釜内加入6.6666g纳米硫酸钡粉末(占聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料的质量百分比为40％)，纳米硫酸钡粉末的平均粒径为70nm。加料完毕后继续搅拌2h，直至纳米硫酸钡粉末与聚丙烯充分混合均匀。随后将聚丙烯/纳米硫酸钡溶液缓慢倒入100mL无水乙醇凝固浴中，凝固浴的搅拌速率为30r/min。随后将聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料经双螺杆挤出造粒得到复合生物补片原料，挤出机温度区间为150～200℃，螺杆转速为60r/min。原材料颗粒经单螺杆熔融纺丝得到复合纤维，纺丝温度为220℃。复合纤维经编织加工后得到厚度为0.6mm、孔隙为2mm的生物补片。
经测试，补片重量为90g/m2，抗张强度为530mmHg；经X射线检查，复合生物补片显影清晰。
实施例1-3和对比例1-2中复合生物补片材料内硫酸钡含量、补片重量、厚度、孔隙、抗张强度和显影强度如表1所示。由实施例和对比例可知，当硫酸钡质量百分比低于15％时，材料的显影强度不清晰，而当硫酸质量百分比高于35％时，材料的力学性能明显下降。
表1
Figure BDA0002203809170000041
本发明提供了一种复合生物补片及其原材料制备方法，可以经X射线检查判别生物补片是否发生扭曲，简化了疝气修补术后病变判别方法，提高判别效率，减轻患者痛苦，满足临床实际应用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种含硫酸钡能显影的复合生物补片，其特征在于，所述复合生物补片的组成按照质量百分比为：聚丙烯65～85％，纳米硫酸钡15～35％。
2.根据权利要求1所述的含硫酸钡能显影的复合生物补片，其特征在于，所述复合生物补片的厚度为0.6mm，所述复合生物补片的孔径为2mm。
3.根据权利要求1所述的含硫酸钡能显影的复合生物补片，其特征在于，所述聚丙烯为医用级等规聚丙烯，熔点为164～170℃，等规指数≥96％。
4.如权利要求1所述的含硫酸钡能显影的复合生物补片，其特征在于，所述纳米硫酸钡的粒径范围为30～70nm。
5.一种权利要求1至4中任一项所述含硫酸钡能显影的复合生物补片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯溶于有机溶剂得到聚丙烯溶液，向所述聚丙烯溶液中加入纳米硫酸钡搅拌至混合均匀，得到聚丙烯/纳米硫酸钡溶液；
(2)将步骤(1)得到的聚丙烯/纳米硫酸钡溶液加入等体积的凝固浴中进行相转化固化，固化结束后取出洗涤、真空干燥，得到聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料；
(3)将所述聚丙烯/纳米硫酸钡复合材料经同向双螺杆挤出机挤出造粒，得到复合生物补片原料；
(4)将所述复合生物补片原料经单螺杆挤出机挤出纺丝制得复合纤维，将所述复合纤维经编织加工制得含硫酸钡能显影的复合生物补片。
6.根据权利要求5所述的含硫酸钡能显影的复合生物补片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述有机溶剂为甲苯、二甲苯和十氢化萘中的一种或几种。
7.根据权利要求5所述的含硫酸钡能显影的复合生物补片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中将聚丙烯溶于有机溶剂的温度为100～120℃；所述聚丙烯溶液中聚丙烯的浓度为100～125g/L；所述搅拌时间为2～4h。
8.根据权利要求5所述的含硫酸钡能显影的复合生物补片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述凝固浴包括无水乙醇或丙酮中的一种。
9.根据权利要求5所述的含硫酸钡能显影的复合生物补片的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述挤出温度150～200℃；螺杆转速60～120r/min。
10.根据权利要求5所述的含硫酸钡能显影的复合生物补片的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述挤出温度150～220℃。
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