CN112843329B - 一种可降解金属补片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可降解金属补片及其制备方法，其中该金属补片具有20％‑50％孔隙率的通孔结构。该可降解金属补片的制备方法包括：丝材制备；丝材预处理；丝材切段、分散、混合；冷压预成型；热压成型。本发明的金属补片具有优良的力学性能和生物相容性，保护受损组织的同时实现营养物质、代谢产物等物质输送，并随着组织愈合过程逐步降解。

Description

一种可降解金属补片及其制备方法

技术领域

本发明涉及医用材料领域，更特别地涉及一种属于医用的可降解金属补片及其制备方法。

背景技术

补片在颅面修复、胸膜修复、皮肤修复、整形等手术中有着广泛的应用，将补片植入于创伤位置，对病灶部位起到固定和保护的作用。当前临床上传统的人工补片材料为聚丙烯、聚四氟乙烯、聚酯、硅胶等不可降解材料，对于仅需暂时性的创伤闭合修复、包裹、支持等部位，补片将永久留存或二次手术取出。这将极大增加术后伤口感染、异物反应的风险，同时高分子材料的强度不足、支撑能力较差，不利于提供组织修复的稳定空间。

面对以上问题，多种可降解补片已被公开，以替代现有的补片。专利CN108853608A公开了一种生物可降解的医用镁合金补片及其制备方法和用途，采用镁合金丝材编织获得网状补片，可在术后降解，并且相比高分子材料具有较好的强度和支撑力。但由于该补片存在较大的网孔，其应用范围受限，例如腹壁切口疝手术，腹腔内壁可能通过补片网孔与肠管粘连导致肠穿孔。CN102908668A公开了一种诱导生长型可吸收补片的制备方法，采用静电纺丝技术获得具有通孔结构的可降解高分子补片，该补片的通孔结构可保障营养物质和代谢产物的运输，同时有效保护创伤部位、防止粘连。但该补片的强度较低，无法提供有效的支撑，因此应用范围受到限制。

因此，现有的技术无法同时满足和解决以上问题，开发一种体内可降解、良好支撑性能和防粘连的补片是一项具有意义的工作。

发明内容

本发明旨在解决现有的技术问题之一，提供一种可降解金属补片及其制备方法。

具体地，本发明所提出的技术方案如下：

一种可降解金属补片的制备方法，具体制备步骤如下：

S1、将可降解金属铸锭通过热挤压获得直径1.5mm以下可降解金属粗丝，所述可降解金属粗丝经过多道次拉拔和热处理，直到获得直径为30-100μm的可降解金属细丝；

S2、将步骤S1获得的可降解金属细丝进行表面处理，处理方式包括：氟化处理、阳极氧化处理、微弧氧化处理中的一种；

S3、将步骤S2获得的已表面处理的可降解金属细丝以100:1至1000:1的长径比切段并分散，选取相同丝径的可降解金属丝段均匀混合；

S4、将步骤S3获得的混合可降解金属丝段放入冷压模具中，并在室温下压制成金属片单体，直至金属片单体厚度达到0.1-0.5mm；

S5、选取步骤S4获得的不同平均孔径、孔隙率金属片单体，分别置于可降解金属粉中，待附着该金属粉末后再依次放入热压模具，随后在高温下压制2-5小时，压制温度为200-400℃，获得厚度为0.2-1mm的可降解金属补片原片；

S6、将步骤S5获得的可降解金属补片原片依次进行酒精超声清洗、烘箱干燥、环氧己烷灭菌后既得可降解金属补片。

优选的，所述金属片单体的平均孔径为20-150μm，孔隙率为20-50％。

优选的，所述的金属片单体以中心密度向外递减的方式堆叠，即外表面为最小平均孔径金属片单体，中心为最大平均孔径金属片单体。

优选的，在步骤S5的高温压制过程前，通入氩气、六氟化硫或二氧化碳中的一种或几种作为保护气体，通气时间不低于5分钟。

优选的，所述可降解金属补片由可降解金属材料制成，所述可降解金属材料选自纯镁、镁合金、纯锌、锌合金中任一种。

另外，本发明还提供了一种可降解金属补片，其采用根据本发明所述的制备方法而制得。

优选的，所述的可降解金属补片由可降解金属材料制成，所述可降解金属材料选自纯镁、镁合金、纯锌、锌合金中任一种。

优选的，所述可降解金属补片的横截面，平均孔径由外向内递增。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明补片采用金属丝制得，具有连通的孔隙，且呈现梯度通孔结构，补片的外表面为较小平均孔径，利于细胞粘附并且可以防止细胞长入造成堵塞；芯部为大平均孔径，为营养物质和代谢产物的运输提供通道，并且可以有效防止补片两侧组织粘连；

(2)本发明补片通过冷压和热压两步成型，冷压成型可获得不同规格的预制金属片单体；热压成型使金属片单体间烧结，并压制成最终成品厚度，通过金属片单体的组合可调控补片的梯度率、厚度、孔隙率等参数；

(3)本发明的金属补片具有良好的强度和韧性，可以为创伤部位提供有效的支撑，同时不易产生炎症反应；

(4)本发明补片在人体环境中可逐渐降解，不会长期留存，并且可通过调整金属丝成分或表面处理工艺，调节补片的降解时间，满足不同愈合周期的创伤修复需求。

附图说明

图1为根据本发明的可降解金属补片的制备方法示意图。

图2为根据本发明第一实施例的镁合金片单体的冷压成型过程示意图；

图3为根据本发明第二实施例的可降解纯镁补片的热压成型过程示意图；

图4为根据本发明的可降解锌合金补片的横截面示意图。

图5为根据本发明的可降解镁合金补片的宏观形貌示意图。

图6为根据本发明的可降解镁合金补片的微观形貌示意图。

附图1-6中各附图标记的含义解释如下：

1为压杆，2为成型模具，3为镁合金丝段，41为20μm平均孔径镁合金片单体，51为20μm平均孔径纯镁片单体，52为40μm平均孔径纯镁片单体，53为100μm平均孔径纯镁片单体，6为可降解纯镁补片。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

根据本发明方案所制造的可降解金属补片，其具有20％-50％孔隙率的通孔结构。

实施例1

如图1所示，根据本发明的可降解金属补片的制备方法，具体步骤如下：

S1、丝材制备

具体地，比如将成分为2wt％Zn、余量为Mg的镁合金铸锭，通过热挤压获得直径1.5mm以下镁合金粗丝，该镁合金粗丝经过多次拉拔和热处理，获得两种不同直径的镁合金细丝，其中第一直径约为30μm、第二直径约为50μm。其中拉拔和热处理工艺为本领域常见的拉丝和热处理工艺。

S2、丝材预处理

将步骤S1获得的镁合金细丝进行表面处理，该表面处理采用微弧氧化处理，终止电压200V，温度为4℃。

S3、将步骤S2获得的镁合金细丝以100:1至1000:1的长径比切段并分散，将相同丝径的镁合金细丝段均匀混合；

S4、将步骤S3获得的30μm和50μm混合镁合金丝段分别放入冷压模具中，放入量分别为1.13g和0.7g，并在室温下压制成两种镁合金片单体，厚度为0.1mm，由于是不同长度的镁合金丝段相混合，因此在压制成镁合金片单体时，会产生孔隙，其中，具有第一直径的镁合金片压制后形成具有第一平均孔径、第一平均孔隙率，比如第一平均孔径为20μm、第一平均孔隙率为20％；具有第二直径的镁合金片压制后形成有第二平均孔径、第二平均孔隙率，比如第二平均孔径为60μm、第二平均孔隙率为40％。如图2所示为20μm平均孔径镁合金片单体的冷压成型过程示意图；

S5、选取步骤S4获得的两片具有第一平均孔径和一片具有第二平均孔径的镁合金片单体，分别置于镁合金粉中，附着镁合金粉后再将第二平均孔径镁合金片单体置于两片第一平均孔径单体之间，放入热压模具中，随后在高温下压制3小时，此处的高温例如为为200℃及以上温度，获得可降解镁合金补片；

S6、将步骤S5获得的可降解镁合金补片进行酒精超声清洗、烘箱干燥、环氧己烷灭菌。

其中，所述高温压制过程中，采用氩气作为保护气体；所述的镁合金粉末成分为2wt％Zn、余量为Mg。

由上述具体实施步骤获得的可降解镁合金补片，厚度为0.25mm，整体孔隙率为23.5％。

实施例2

本示例中可降解金属补片的制备方法，具体步骤如下：

S1、将纯镁铸锭通过热挤压获得直径1.5mm以下纯镁粗丝，所述纯镁粗丝经过多道次拉拔和热处理，获得直径为30μm、50μm和80μm的纯镁细丝；

S2、将步骤S1获得的纯镁细丝进行表面氟化处理，温度为80℃，时间为24h；

S3、将步骤S2获得的纯镁细丝以100:1至1000:1的长径比切段并分散，将相同丝径的纯镁细丝段均匀混合；

S4、将步骤S3获得的30μm、50μm和80μm混合镁合金丝段放入冷压模具中，放入量分别为2.23g、1.96g和1.57g，并在室温下压制成三种纯镁片单体，厚度为0.2mm、0.2mm和0.4mm，平均孔径分别为20μm、40μm和100μm，平均孔隙率分别为20％、30％和50％；

S5、选取步骤S4获得的两片20μm平均孔径、两片40μm平均孔径和一片100μm平均孔径的纯镁片单体，分别置于纯镁粉中，附着纯镁粉后再按照20μm、40μm、100μm、40μm和20μm平均孔径纯镁片单体的次序，依次置于热压模具中，随后在高温下压制5小时，该高温温度为400℃及以上，获得可降解纯镁补片，如图2所示为三种孔径纯镁片单体的热压成型过程示意图；

S6、将步骤S5获得的可降解纯镁补片进行酒精超声清洗、烘箱干燥、环氧己烷灭菌。

其中，所述高温压制过程中，采用六氟化硫作为保护气体。

由上述具体实施步骤获得的可降解镁合金补片，厚度为1mm，整体孔隙率为25％。

实施例3

本示例中可降解金属补片的制备方法，具体步骤如下：

S1、将成分为0.5wt％Mg、余量为Zn的锌合金铸锭，通过热挤压获得直径1.5mm以下锌合金粗丝，所述锌合金粗丝经过多道次拉拔和热处理，获得直径为30和100μm的锌合金细丝；

S2、将步骤S1获得的锌合金细丝进行表面阳极氧化处理，电流为0.2A/dm²，温度为18℃，时间3min；

S3、将步骤S2获得的锌合金细丝以100:1至1000:1的长径比切段并分散，将相同丝径的锌合金细丝段均匀混合；

S4、将步骤S3获得的30μm和100μm混合锌合金丝段放入冷压模具中，放入量分别为4.4g和3.02g，并在室温下压制成两种锌合金片单体，厚度为0.1mm和0.5mm，平均孔径分别为20μm和150μm，平均孔隙率分别为20％和45％；

S5、选取步骤S4获得的两片20μm平均孔径和一片150μm平均孔径的锌合金片单体，分别置于锌合金粉中，附着锌合金粉后再将150μm平均孔径锌合金片单体置于两片20μm平均孔径单体之间，放入热压模具中，随后在高温下压制2小时，温度为300℃，获得可降解锌合金补片；

S6、将步骤S5获得的可降解锌合金补片进行酒精超声清洗、烘箱干燥、环氧己烷灭菌，如图4所示为可降解合金补片的横截面示意图。

其中，所述高温压制过程中，采用10％六氟化硫和90％二氧化碳作为保护气体；所述的锌合金粉末成分为0.5wt％Mg、余量为Zn。

由上述具体实施步骤获得的可降解锌合金补片，厚度为0.6mm，整体孔隙率为27％。

进一步优选地，可降解金属粉粒径为20-40μm。

图5、6分别示出了根据本发明实施例1所制得的可降解镁合金补片的宏观、微观形貌示意图。从图中可见可降解金属丝相互堆叠并紧密结合，可降解金属丝之间存在大量不规则的细密孔隙，为体内物质运输提供通道。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可降解金属补片的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

S1、将可降解金属铸锭通过热挤压获得直径1.5mm以下可降解金属粗丝，所述可降解金属粗丝经过多道次拉拔和热处理，直到获得直径为30μm-100μm的可降解金属细丝；

S2、将步骤S1获得的可降解金属细丝进行表面处理，处理方式包括：氟化处理、阳极氧化处理、微弧氧化处理中的一种；

S3、将步骤S2获得的已表面处理的可降解金属细丝以100:1至1000:1的长径比切段并分散，选取相同丝径的可降解金属丝段均匀混合；

S4、将步骤S3获得的混合可降解金属丝段放入冷压模具中，并在室温下压制成金属片单体，直至金属片单体厚度达到0.1-0.5mm；

S5、选取步骤S4获得的不同平均孔径、孔隙率金属片单体，分别置于可降解金属粉中，待附着该金属粉末后再依次放入热压模具，随后在高温下压制2-5小时，压制温度为200-400℃，获得厚度为0.2-1mm的可降解金属补片原片；

S6、将步骤S5获得的可降解金属补片原片依次进行酒精超声清洗、烘箱干燥、环氧己烷灭菌后即得可降解金属补片。

2.根据权利要求1所述的可降解金属补片的制备方法，其特征在于，所述金属片单体的平均孔径为20-150μm，孔隙率为20-50％。

3.根据权利要求1所述的可降解金属补片的制备方法，其特征在于，所述的金属片单体以中心密度向外递减的方式堆叠，即外表面为最小平均孔径金属片单体，中心为最大平均孔径金属片单体。

4.根据权利要求1所述的可降解金属补片的制备方法，其特征在于，在步骤S5的高温压制过程前，通入氩气、六氟化硫或二氧化碳中的一种或几种作为保护气体，通气时间不低于5分钟。

5.根据权利要求1所述的可降解金属补片的制备方法，其特征在于，所述可降解金属补片由可降解金属材料制成，所述可降解金属材料选自纯镁、镁合金、纯锌、锌合金中任一种。

6.一种可降解金属补片，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的制备方法制得。

7.根据权利要求6所述的一种可降解金属补片，其特征在于，所述可降解金属补片的横截面，平均孔径由外向内递增。

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