一種復合人工韌帶及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種復合人工韌帶及其制備方法，該復合人工韌帶具有棒狀結構，該棒狀結構是由編織網卷制而成；所述編制網是由線編織成的網狀結構，所述棒狀結構中的線相互糾纏而抱合，從而形成網孔交錯結構；所述線是由具有不同降解性能的數種絲束繞制而成，所述具有不同降解性能的數種絲束分別由不同降解性能的組分分別通過紡絲或紡束形成，從而使獲得所述復合人工韌帶具有梯度降解性能。本發明的復合人工韌帶力學性能良好，能促進周圍組織的附著和韌帶組織的修復與正常生長，同時在體內部分組分可逐漸生物降解，且降解時不引起韌帶力學性質的顯著下降。
【專利說明】一種復合人工韌帶及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及植入性醫療器械【技術領域】，尤其涉及一種復合人工韌帶及其制備方法。
【背景技術】
[0002]由于膝關節內的生物學環境特殊和交叉韌帶的血液供應的限制，交叉韌帶體部斷裂后無自然愈合的能力，因而需進行韌帶重建。修復材料包括自體移植物、同種異體移植物和人工韌帶。自體移植存在供區不足和供區并發癥等問題，異體移植存在韌帶化時間延遲、免疫排斥反應、甚至傳播疾病的危險。相比之下，人工韌帶具有手術操作簡單，材料來源可靠可控，不損傷自體組織，且術后穩定性好等優點，在韌帶重建修復中具有更廣泛的應用。
[0003]從人工韌帶出現以來，人們曾試用過多種材料，目前較常用于制作人工韌帶的材料有:合成的碳素纖維、碳支架結合膠原或聚酯、聚四氟乙烯纖維合成的聚合物、滌綸、聚丙烯等。但此類材料往往伴隨著一些缺陷:材料不可降解吸收，人工韌帶的磨損屑可致醫源性關節病；生物相容性不好，韌帶表面細胞和組織無法正常生長，易引起異物排斥反應；人工材料硬度高，無周期性張弛，易疲勞及折斷；隨關節活動韌帶在關節內的蠕變，人工韌帶會被永久性地拉長，從而導致膝關節的不穩定。另外，部分人工韌帶雖然有網眼，周圍細胞和組織可以長入其中，但是在人工韌帶沒有斷裂之前，長入人工韌帶網眼的組織永遠都不會受到正常應力的刺激，根本不會變成正常韌帶組織，一旦人工韌帶斷裂，就會發現，長入網眼的組織很軟、彈性太大，不能維持前交叉韌帶的功能。這些缺陷導致了人工韌帶不能長期使用的問題。目前人工韌帶的發明提供的人工韌帶多為帶狀或管狀，這兩種結構雖然結構簡單，但是力學性能和降解性能往往難以滿足韌帶的要求。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題在于:提供一種力學性能良好，能促進周圍組織的附著和韌帶組織的修復與正常生長，同時在體內部分組分可逐漸生物降解，且降解時不引起韌帶力學性質的顯著下降的復合人工韌帶。
[0005]本發明要解決的又一技術問題在于:提供一種復合人工韌帶的制備方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采取的技術方案是:一種復合人工韌帶，其具有棒狀結構，該棒狀結構是由編織網卷制而成；所述編制網是由線編織成的網狀結構；所述線是由具有不同降解性能的數種絲束繞制而成，所述具有不同降解性能的數種絲束分別由不同降解性能的組分分別通過紡絲或紡束形成，從而使獲得所述復合人工韌帶具有梯度降解性倉泛。
[0007]進一步地，所述具有不同降解性能的數種絲束中至少有一種絲束相對不降解；而其它絲束降解速度不同；所述不降解絲束位于所述線的內芯，而可降解絲束交叉纏繞于所述內芯上。
[0008]進一步地，所述棒狀結構中的線相互糾纏而抱合，從而形成網孔交錯結構；所述棒狀結構的直徑范圍為6~15mm;所述編織網的網孔直徑范圍為150-300 μ m，網的厚度為
.0.2~2mm ；。
[0009]進一步地，所述不同降解性能的組分為三種組分；其中組分一是選自膠原、聚乙醇酸、聚乳酸及其共聚物中的一種；組分二是選自聚(ε-己內酯)、聚羥基丁酸酯、甲殼素、絲素蛋白中的一種；組分三是選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、超高分子量聚乙烯中的一種。
[0010]進一步地，所述三種組分分別對應形成絲束一、絲束二和絲束三；絲束三為內芯絲，絲束一及絲束二螺旋交叉地纏繞在內芯絲束三的長度方向從而形成所述線。
[0011]進一步地，所述線包含絲束的數目為3~30 ;所述三組分分別形成的三種絲束之間的數目比例為1:1-1.5:1-2 ;所述絲束中的單絲直徑為f 20 μ m;單束絲束中包含的絲數為1-20根。
[0012]本發明的技術方案進一步包括:一種制備所述復合人工韌帶的方法，包括以下步驟:
a、紡絲:將具有不同降解性能的組分分別紡絲或紡束獲得具有不同降解性能的絲束；
b、制線:將具有不同降解性能的絲束繞制成線；
C、織網:通過成網機將線編織成網狀結構；
d、成棒:將步驟c所獲得的網狀結構卷成具有一定直徑的棒狀結構，采用無紡針刺技術使棒狀結構中的線相互糾纏而抱合，形成網孔交錯結構。
[0013]進一步地，所述步驟a中，是將可降解的組分一、組分二與不可降解的組分三分別紡絲或紡束；可降解的組分采用手術縫合線的制備方法來紡絲或紡束，而將不可降解的組份通過熔體紡絲的方法紡絲或紡束。
[0014]進一步地，所述組分一是選自膠原、聚乙醇酸、聚乳酸及其共聚物中的一種；組分二是選自聚(ε -己內酯)、聚β -羥基丁酸酯、甲殼素、絲素蛋白中的一種；組分三是選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、超高分子量聚乙烯中的一種；所述步驟b是將三種組分絲束按1:1-1.5:1-2的數目比例制線；所述線是以組分三絲束為內芯，以組分一和組分二絲束沿內芯長度方向上進行徑向交叉纏繞從而相互纏繞在內芯上形成線。
[0015]進一步地，步驟a所述的組分紡絲得到的單絲直徑為f 50 μ m,單束絲束包含的絲數為1-20根；步驟b所述的線包含絲束的數目范圍為3~30 ;步驟c中所獲得的編織網的網孔直徑范圍為150~300 μ m，網的厚度為0.2~2mm ;步驟d中棒狀結構的直徑范圍為6~15mm。
[0016]本發明的技術方案具有以下優點:
本發明的復合人工韌帶，其由數種具有不同降解性能的成分組成，形成梯度降解，解決了以往人工韌帶不可降解吸收或降解過快的缺陷，促進周圍細胞的附著和韌帶組織的生長；同時梯度降解能有效防止降解過程中人工韌帶力學性能顯著下降，其降解后韌帶主要成分是新生韌帶組織，新生韌帶得以受到正常應力刺激而正常生長和發育，最終取代人工韌帶；
具體地，本發明復合人工韌帶的性能主要有兩方面:(1)降解性能:表現為梯度降解，組分一完全降解時間為30-70天，組分二完全降解時間為90-180天，組分三不降解，具體優點見前面；(2)力學性能:可承受拉力極限為2000-3000Ν。
[0017]本發明的制備方法中，是通過數種組分依次通過紡絲或紡束、復合成線、編織成網、將網卷成棒狀并用無紡針刺技術加固而成，這樣即便在降解過程中，產品的結構依然保持網狀，網孔逐漸變大，更加適合周圍組織的附著和韌帶組織的修復和生長。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明實施例復合人工韌帶的立體圖。
[0019]圖2是本發明實施例復合人工韌帶中所述編織網的展開示意圖。
[0020]圖3是本發明實施例復合人工韌帶中所述線的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]以下具體實施例對本發明作進一步的說明，以下實施例僅用于說明本發明，而不用于限定本發明的范圍。
[0022]本發明的復合人工韌帶是一種半降解性的復合人工韌帶，其力學性能良好，能促進周圍組織的附著和韌帶組織的修復與正常生長。該復合人工韌帶由數種具有不同降解性能的成分組成，從而形成梯度降解，解決了以往人工韌帶不可降解吸收或降解過快的缺陷，促進周圍細胞的附著和韌帶組織的生長；同時梯度降解能有效防止降解過程中人工韌帶力學性能顯著下降，其降解后韌帶主要成分是新生韌帶組織，新生韌帶得以受到正常應力刺激而正常生長和發育，最終取代人工韌帶；
請參照圖1-2，本發明的半降解復合人工韌帶為棒狀結構100，所述棒狀結構的直徑范圍為6~15mm ;其由一編織網I卷制而成，所述編制網I是由線10編織成的網狀結構，所述棒狀結構中的線相互糾纏而抱合，形成網孔交錯結構。
[0023]所述編織網I的網孔直徑范圍為150-300 μ m，網的厚度為0.2~2mm。
[0024]所述線10是由具有不同降解性能的絲束繞制形成，從而賦予本發明復合人工韌帶的梯度降解性能。優選地，其中至少有一絲束相對不降解，從而賦予復合人工韌帶的半降解性。
[0025]請參照圖3，本實施例中，線10包括內芯絲束13以及交叉螺旋地纏繞在內芯絲束13上的絲束11以及絲束12。所述絲束11和絲束12徑向纏繞在內芯絲束13的長度方向形成所述線10。所述線10包含絲束的數目為:4~30，其中絲束11、絲束12、絲束13之間的數目比例為1:1~1.5:1~2。
[0026]所述絲束11、絲束12、絲束13分別由具有不同降解性能的組分一、組分二和組分三通過紡絲或紡束形成。組分一、組分二和組分三得到的絲束11、絲束12、絲束13的單絲直徑為廣20 μ m，單束包含的絲數為廣20根。
[0027]其中所述組分一是選自膠原、聚乙醇酸、聚乳酸及其共聚物中的一種。組分二是選自聚(ε_己內酯)、聚β_羥基丁酸酯、甲殼素、絲素蛋白中的一種。組分三是選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、超高分子量聚乙烯中的一種。三種組分具有不同降解性能，因此獲得的復合人工韌帶的降解性能表現為梯度降解:其中組分一完全降解的時間為30-70天，組分二完全降解的時間為90-180天，組分三在體內一般不可降解吸收。本發明的復合人工韌帶擬達到的性能目標為:由于各組分的降解性能不一樣，所述人工韌帶在人體內，首先表現為組分一先降解完全，組分二和組分三的線幾乎保持完整結構，一方面組分一的降解形成微孔有利于周圍細胞和韌帶組織的長入和替代組分一的位置，另一方面組分二和組分三的線依然存在可維系人工韌帶的力學性能；90-180天內，組分二的線也基本降解完全，同時新生韌帶繼續生長，此時，人工韌帶的力學承重也隨著新生韌帶受到正常應力刺激正常成長而由新生韌帶維系，組分三線的存在也是為了防止個體差異造成新生韌帶過早受力發生斷裂。另外，組分三最后也會隨著其因疲勞斷裂而逐漸被巨噬細胞吸收掉。
[0028]進一步地，本發明提供一種棒狀的韌帶，其力學性能穩定，可承受拉力極限為2000-3000Ν，而且組成該棒狀韌帶的線是以組分三為內芯，組分一和組分二交叉纏繞，而不是采取常規的三條線并列或相互糅合成線，其目的在于:在人工韌帶的降解和新生韌帶的逐漸生成的全過程中，主要受力的還是組分三，以組分三的線為內芯，是為了防止另外兩種組分降解后造成的人工韌帶結構松弛和延長的結構；另外，這樣的結構所導致的降解結構是呈成孔降解，形成的孔隙越來越大，有利于周圍細胞和組織的表面粘附和滲透到人工韌帶結構內部。
[0029]本發明的制備方法中，是通過數種組分依次通過紡絲或紡束、復合成線、編織成網、將網卷成棒狀并用無紡針刺技術加固而成，這樣即便在降解過程中，產品的結構依然保持網狀，網孔逐漸變大，更加適合周圍組織的附著和韌帶組織的修復和生長。
[0030]本發明的半降解復合人工韌帶是由三種具有不同降解性能的組分一、組分二和組分三通過紡絲或紡束、 復合成線、編織成網、將網卷成棒狀并用無紡針刺技術加固而成。本發明所述的復合人工韌帶，其制備方法具體如下:
a、紡絲:以具有不同降解性能的組分進行絲絲或紡束，可保持至少有一組分不降解；
b、制線:將步驟a所獲得的絲束進行繞制成線，保持不降解成份的絲束位于內芯，其它組分的絲束交叉纏繞于內芯上；
C、織網:通過成網機將線編織成網狀結構；
d、成棒:將步驟c所獲得的網狀結構卷成具有一定直徑的棒狀結構，采用無紡針刺技術使棒狀結構中的線相互糾纏而抱合，形成網孔交錯結構；從而獲得具有梯度降解性能以及良好力學性的半降解棒狀復合人工韌帶。
[0031]其中關于步驟a，本實施例中是將選擇前述三組分進行紡絲，其中組分一和組分二采用手術縫合線的制備方法來紡絲或紡束，而組分三通過熔體紡絲的方法紡絲或紡束。具體是根據三種組分不同的功能，將可降解的組分一和組分二用手術縫合線的制備方法來紡絲或紡束，將不可降解、主要用于承受應力的組分三采用熔體紡絲的方式紡絲或紡束。選擇熔體紡絲的方式紡絲或紡絲，其目的是為了獲得高抗拉強度、力學性能均一穩定的絲束。紡絲方式一般有干法紡絲、濕法紡絲、靜電紡絲和熔體紡絲等，前三者紡絲方法的原理是都是由聚合物紡絲溶液定量從噴絲孔擠出，再經過脫溶劑的過程成絲，溶劑的揮發必然導致絲微觀結構呈現為多孔結構，從而導致紡出來的絲各點的力學性能不一致，強度也不適合人工韌帶的要求。而熔體紡絲的原理是通過聚合物熔體從噴絲孔擠出后，在空氣中冷卻成絲，一旦固化后便具有很強的抗拉強度，符合人工韌帶高抗拉強度的要求。所述的組分一、組分二和組分三得到的單絲直徑為1-50 μ m，單束絲束包含的絲數為廣20根。
[0032]步驟b中將三種組分絲束按I 1.5:1-2的數目比例制線，所述線是以組分三絲束為內芯。優選地，以組分一和組分二絲束沿內芯長度方向上進行徑向交叉螺旋纏繞從而相互纏繞在內芯上形成線。所述的線包含絲束的數目范圍為:3-30。當然，其它纏繞方式也可以適用。
[0033]步驟c中所獲得的編織網的網孔直徑范圍為150~30(^111，網的厚度為0.2~2臟。
[0034]步驟d中棒狀結構的直徑范圍為6~15mm。
[0035]以下列舉具體的實驗來說明本發明的復合人工韌帶及其制備方法，其僅作為舉例說明本發明，而不用于限定本發明的范圍。
[0036]實施例1
選擇膠原和聚(ε-己內酯)兩種原料，采用手術縫合線的制備方法分別紡成絲狀或束狀，選擇聚對苯二甲酸乙二醇酯采用熔體紡絲的方法紡成絲狀或束狀，其中單絲直徑為1~50 μ m,單束包含的絲數為I~20根。
[0037]將三種組分絲束按1:1:1的數目比例，制備以組分三絲束為內芯，組分一和組分二絲束在內芯上相互纏繞的線，通過成網機將線編織成網狀結構，網孔直徑范圍為150-300μπι，最后將網狀結構卷成具有6 _的棒狀結構，采用無紡針刺技術使棒狀結構中的線相互糾纏而抱合，形成網孔交錯結構。
[0038]上述方法得到的人工韌帶初始拉伸強度可達到2000-3000Ν，體外降解實驗發現，第一次完全降解是組分一在30-50天降解完全，第二次完全降解是組分二在100-130天降解完全，降解完全后，剩余的組分三拉伸強度依然有1500Ν左右。
[0039]實施例2
選擇聚乙醇酸和聚 β -羥基丁酸酯兩種原料，采用手術縫合線的制備方法分別紡成絲狀或束狀，選擇超高分子量聚乙烯采用熔體紡絲的方法紡成絲狀或束狀，其中單絲直徑為1~50 μ m,單束包含的絲數為I~20根。
[0040]將三種組分絲束按1:1:2的數目比例，制備以組分三絲束為內芯，組分一和組分二絲束在內芯上相互纏繞的線，通過成網機將線編織成網狀結構，網孔直徑范圍為150-300μπι，最后將網狀結構卷成具有1mm的棒狀結構，采用無紡針刺技術使棒狀結構中的線相互糾纏而抱合，形成網孔交錯結構。
[0041]上述方法得到的人工韌帶能具備跟實施例1相似的效果。
[0042]實施例3
選擇聚乳酸和絲素蛋白兩種原料，采用手術縫合線的制備方法分別紡成絲狀或束狀，選擇聚對苯二甲酸乙二醇酯采用熔體紡絲的方法紡成絲狀或束狀，其中單絲直徑為1~50 μ m,單束包含的絲數為I~20根。
[0043]將三種組分絲束按1:1.5:2的數目比例，制備以組分三絲束為內芯，組分一和組分二絲束在內芯上相互纏繞的線，通過成網機將線編織成網狀結構，網孔直徑范圍為150-300μπι，最后將網狀結構卷成具有12_的棒狀結構，采用無紡針刺技術使棒狀結構中的線相互糾纏而抱合，形成網孔交錯結構。
[0044]上述方法得到的人工韌帶能具備跟實施例1相似的效果。
[0045]盡管已經示出和描述了本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由所附權利要求及其等同范圍限定。
【權利要求】
1.一種復合人工韌帶，其特征在于:其具有棒狀結構，該棒狀結構是由編織網卷制而成；所述編制網是由線編織成的網狀結構；所述線是由具有不同降解性能的數種絲束繞制而成，所述具有不同降解性能的數種絲束分別由不同降解性能的組分分別通過紡絲或紡束形成，從而使獲得所述復合人工韌帶具有梯度降解性能。
2.如權利要求1所述的復合人工韌帶，其特征在于:所述具有不同降解性能的數種絲束中至少有一種絲束相對不降解；而其它絲束降解速度不同；所述不降解絲束位于所述線的內芯，而可降解絲束交叉纏繞于所述內芯上。
3.如權利要求1所述的復合人工韌帶，其特征在于:所述棒狀結構中的線相互糾纏而抱合，從而形成網孔交錯結構；所述棒狀結構的直徑范圍為所述編織網的網孔直徑范圍為150-300μπι，網的厚度為0.2~2mm。
4.如權利要求1所述的復合人工韌帶，其特征在于:所述不同降解性能的組分為三種組分；其中組分一是選自膠原、聚乙醇酸、聚乳酸及其共聚物中的一種；組分二是選自聚(ε-己內酯)、聚β-羥基丁酸酯、甲殼素、絲素蛋白中的一種；組分三是選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、超高分子量聚乙烯中的一種。
5.如權利要求4所述的復合人工韌帶，其特征在于:所述三種組分分別對應形成絲束一、絲束二和絲束三；絲束三為內芯絲，絲束一及絲束二螺旋交叉地纏繞在內芯絲束三的長度方向從而形成所述線。
6.如權利要求4所述的復合人工韌帶，其特征在于:所述線包含絲束的數目為:3-30；所述三組分分別形 成的三種絲束之間的數目比例為I 1.5:1-2 ;所述絲束中的單絲直徑為20 μ m ;單束絲束中包含的絲數為20根。
7.一種制備如權利要求1飛中任一項所述復合人工韌帶的方法，包括以下步驟: a、紡絲:將具有不同降解性能的組分分別紡絲或紡束獲得具有不同降解性能的絲束； b、制線:將具有不同降解性能的絲束繞制成線； C、織網:通過成網機將線編織成網狀結構； d、成棒:將步驟c所獲得的網狀結構卷成具有一定直徑的棒狀結構，采用無紡針刺技術使棒狀結構中的線相互糾纏而抱合，形成網孔交錯結構。
8.如權利要求7所述的復合人工韌帶的制備方法，其特征在于:所述步驟a中，是將可降解的組分一、組分二與不可降解的組分三分別紡絲或紡束；可降解的組分采用手術縫合線的制備方法來紡絲或紡束，而將不可降解的組份通過熔體紡絲的方法紡絲或紡束。
9.如權利要求8所述的復合人工韌帶的制備方法，其特征在于:所述組分一是選自膠原、聚乙醇酸、聚乳酸及其共聚物中的一種；組分二是選自聚己內酯)、聚羥基丁酸酯、甲殼素、絲素蛋白中的一種；組分三是選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、超高分子量聚乙烯中的一種；所述步驟b是將三種組分絲束按I 1.5:1-2的數目比例制線；所述線是以組分三絲束為內芯，以組分一和組分二絲束沿內芯長度方向上進行徑向交叉纏繞從而相互纏繞在內芯上形成線。
10.如權利要求7所述的復合人工韌帶的制備方法，其特征在于:步驟a所述的組分紡絲得到的單絲直徑為廣50 μ m，單束絲束包含的絲數為f 20根；步驟b所述的線包含絲束的數目范圍為3~30 ;步驟c中所獲得的編織網的網孔直徑范圍為150-300μπι，網的厚度為.0.2~2mm ;步驟d中棒狀結構的直徑范圍為6~15mm。
【文檔編號】A61L27/18GK104043151SQ201310082756
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月15日 優先權日:2013年3月15日
【發明者】譚榮偉, 許孟強, 魏欣苗 申請人:深圳蘭度生物材料有限公司