[发明专利]氧化镁晶须/生物降解聚酯复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于骨组织修复材料领域，具体涉及一种氧化镁晶须/生物降解聚酯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

骨创伤是外科临床的常见疾病之一，骨组织的病变和损伤直接影响人们的生活质量，因此骨组织损伤的修复一直是人们非常关注的研究课题。生物降解聚酯（如聚丙交酯、聚乙交酯等）是一类经过美国FDA（Food and Drug Administration,FDA）批准可用于生物医药材料产品制造的高分子材料，因生物降解产物无毒而备受关注，是目前临床应用最多的可吸收骨科内固定材料。生物降解聚酯可吸收骨科内固定材料具有容易成型加工、较好的初始机械强度和良好的生物相容性等特点，更重要的是这种材料能随着骨的愈合而逐渐崩解为无毒性的小分子被人体组织降解吸收或排出体外，可以避免二次手术的痛苦。因此，与常规的不可降解的医用材料相比，这类可生物降解高分子材料具有显著优势，已在临床上作为非承重骨的修复。

然而，多年来的临床应用结果同样也证明，生物降解聚酯类可吸收骨科内固定材料仍然存在以下不足：（1）材料的力学强度不够，韧性较差，难以作为承重骨的修复；（2）材料早期降解速度和强度衰减过快，后期降解速度过慢，降解产物的弱酸性易导致无菌性炎症反应；（3）材料亲水性差，细胞亲和性不够理想；（4）X射线不显影。因此，提高生物降解聚酯可吸收骨科内固定材料的力学性能和成骨活性，调控其降解速度，降低其酸性降解产物导致的非感染性炎症反应，成为可吸收骨科内固定材料今后发展的主要方向。

从生物学角度看，自然骨基质是一个结合了有机/无机的杂化材料。因此，将生物相容性的无机材料引入生物降解聚酯中，制备的复合材料具备两种组分的优点，能够更好地满足临床骨组织修复对材料的性能要求。如采用羟基磷灰石、生物活性玻璃、二氧化硅、二氧化钛、纳米粘土、碳纤维等无机填料可以提高生物降解聚酯的力学性能。文献报道采用有机蒙脱土（OMT）与聚（L-乳酸）复合制备的OMT/PLLA复合材料的力学性能大大高于相应的单一PLLA材料。（Ray S S,Bousmina M.Biodegradable polymers and their layered silicate nano composites:In greening the21st century materials world[J].Progress in Materials Science.2005,50(8):962-1079.）。然而，目前采用的无机填料往往为颗粒型，虽然可以提高生物降解聚酯的力学强度，但并不能提高生物降解聚酯的韧性，同时，也不能很好地调控材料的降解速度，并提高其成骨活性。另外，众所周知，无机填料/生物降解聚酯复合材料中无机填料与生物降解聚酯通常以物理方式结合，无机填料与基体间的界面结合作用力弱，使得无机填料在生物降解聚酯基体中分散不均匀、且容易团聚，最终导致无机填料/生物降解聚酯复合材料达不到理想的力学性能。

晶须(Whisker Crystal)是具有较大长径比的细小的纤维状单晶体，其直径可以从几个纳米至几个微米，长度为几十纳米至数百微米。晶须由于原子结构排列高度有序，结构完整难以容纳大晶体中常见的缺陷，故其机械强度近似等于原子间价键力的理论强度，是一类力学性能十分优异的新型复合材料的补强增韧材料。当将晶须用作塑料、金属和陶瓷等物质的增强和改性材料时，材料所受到的力通过晶须与基质的结合而相互传递，起到增强基质强度的作用，相比于颗粒填料，其显示出极佳的物理化学性质和优异的机械性能，从而得到国内外材料界的广泛重视。

氧化镁（MgO）晶须具有熔点高（3123K）、拉伸强度大（980MPa）和弹性模量高（310.1GPa）等优点，是一种理想的聚合物强韧化材料；其次，氧化镁晶须是一种碱性无机氧化物，它在人体生理环境下将会溶解并释放Mg²⁺和OH^-，能够显著增加体液的碱性；另外，镁是存在于人体内最丰富的阳离子之一，参与人体重要的新陈代谢活动，近年来的大量研究表明其有良好的生物相容性，一定的抗菌性能和促进骨组织愈合的生物功能性，并且，降解产生的镁离子不会对人体产生毒害作用，多余的镁离子可以经由肾脏排出体外，具有较高的体内安全性。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种氧化镁晶须/生物降解聚酯复合材料，该复合材料采用氧化镁晶须作为增强骨架，对生物降解聚酯材料力学性能的提高远比常用的颗粒状填料更有效，氧化镁晶须能有效提高复合材料的力学强度和韧性。