一种制备生物相容性改善的医用聚丙烯单丝的方法

摘要

本发明涉及一种制备生物相容性改善的医用聚丙烯单丝的方法，本发明公开了一种新型生物相容性改善的医用聚丙烯单丝的制备方法，采用医用级聚丙烯切片和珍珠粉为原料，经捏合机捏合后，采用常规螺杆挤出机熔融挤出单丝细流，经水浴冷却，凝固，拉伸和热定型后，卷绕成型，获得含有珍珠粉改性的聚丙烯单丝。单丝的直径为0.07-0.20mm，纤度35-300dtex，断裂强度为3.0-5.0cN/dtex，断裂伸长率为15-30%，珍珠粉含量为1-5%，经MTT发测试，细胞毒性评级为0级。产品具有良好的稳定性和均匀性，各项力学性能达到普通医用级聚丙烯单丝水平，生物相容性优于普通医用级PP单丝。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备生物相容性改善的医用聚丙烯单丝的方法。

背景技术

随着材料科学的不断发展，越来越多的材料进入医学领域作为生物医用材料修复人体各 部位的缺损，医用补片和吊带就是其中之一。目前纯单丝编织的医用补片与吊带在普外科获 得重要应用。主要用于各类疝的修补，女性盆底重建和压力性尿失禁。目前作为补片和吊带 的原料有聚丙烯类、聚酯类、聚四氟乙烯类和羟基乙酸类等等。其中目前应用最广的是聚丙 烯单丝。但是聚丙烯单丝编织的补片和吊带在应用中存在着一些问题，它会引起较强的组织 异物反应，引发一些潜在的危害，比如慢性炎症等。为了有效解决纯聚丙烯单丝编制的补片 和吊带存在炎症问题，目前还没有一种抗炎症性能突出的改性聚丙烯单丝。

现代药理研究显示珍珠粉含有亮氨酸、蛋氨酸、丙氨酸等18种氨基酸,文石结构的碳酸 钙，20多种微量元素及维生素B。其作用分别如下:苏氨酸:多种酶类的构成成分；丝氨酸: 增强机体免疫功能；谷氨酸:过敏性皮炎、失眠；甘氨酸:美容、促进皮肤胶原细胞再生；半 胱氨酸:与免疫功能有关，结氨酸:抗衰老；甲硫氨酸:增强皮肤弹性；异亮氨酸:与毛发的 生长有关；亮氨酸:促进生长发育；牛磺酸:具有良好的镇静安神功效。还有研究显示珍珠粉 还可以促进人体内的胶原细胞生长，同时珍珠粉也有比较显著的消炎作用,能够抑制炎症细 胞再生,防止伤口进一步恶化。珍珠粉外用于伤口能填充组织间隙，黏连血管组织，发挥其 消炎、促进胶原细胞生长的功效，促使机体细胞再生。还有研究显示珍珠粉能明显地提高外 周血Ｔ淋巴细胞的比值，增强外周血中性白细胞的吞噬功能及提高脾脏抗体形成细胞的比值， 这表明珍珠粉具有一定的增强免疫功能的作用。

已知专利“纳米珍珠粉聚丙烯超细旦纤维及其制备方法”中，其涉及的珍珠粉与聚丙烯 混合过程包括：首先要先制成珍珠粉水分散液，再加入稳定剂，得到纳米珍珠粉复合物，再 将复合物与相容剂混合后与聚丙烯切片一起在双螺杆挤出机造粒。其过程相当繁杂，而且加 入除了珍珠粉之外的添加剂，一定程度上提高了成本。由于没有捏合这个过程，上述方法制 得的含珍珠粉聚丙烯纤维中，珍珠粉大量存在于纤维内部，在纤维表面存在相对较少，一定 程度上浪费了珍珠粉。且珍珠粉与聚丙烯纤维没有收到捏合过程中产生的压力，珍珠粉与聚 丙烯分子之间的作用力小，容易引起纤维表面珍珠粉的脱落。

发明内容

本发明的目的是提供一种由医用级聚丙烯粒料和珍珠粉共混制备生物相容性改善的聚丙 烯单丝的方法，要求其力学性能与普通医用级聚丙烯单丝相当，通过珍珠粉改性医用聚丙烯 单丝细胞毒性检测证明该单丝有比普通医用级聚丙烯单丝更好的细胞相容性。本发明采用直 接捏合方式在聚丙烯中混入珍珠粉，方法简单高效，成本较低，而且经捏合后珍珠粉大量存 在于聚丙烯单丝表面，使在使用过程中珍珠粉直接作用于表面，抗菌抗炎效果更佳。

本发明的一种制备生物相容性改善的医用聚丙烯单丝的方法，包括下列步骤：

（1）聚丙烯树脂切片与珍珠粉的共混；

将聚丙烯树脂切片与珍珠粉按重量比95-99:5-1经捏合机捏合制得聚丙烯树脂与珍 珠粉的共混物；捏合温度控制在50-100℃，捏合速度控制在10-60r/min，捏合时间控制 在0.5-3h。

（2）对共混物的熔融挤出制备单丝；

将上述制得的共混物加入螺杆挤出机，螺杆各段温度控制在210-270℃，纺丝组件温度 控制在250-270℃，共混熔体通过计量泵控制挤出速度，经过喷丝孔后的熔体细流进入水浴 冷却，冷却温度20-40℃，随后在热水浴中拉伸，温度在85-95℃，拉伸倍数3-7倍，拉伸后 在热空气中定型，定型温度110-140℃，然后以单根纤维为单元进行卷绕成型，卷绕速度 120-140m/min；

所制得的生物相容性改善的医用聚丙烯单丝的断裂强度为3.0-5.0cN/dtex，断裂伸长率为 15-30%，热水收缩率在4-10%，细胞毒性评级为0级，相同条件下细胞增殖比常规聚丙烯单 丝多5-20%。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种制备生物相容性改善的医用聚丙烯单丝的方法，所述聚丙烯树脂切片的 流动指数MFI_{230℃/2.16kg}为8-16g/10min。熔体熔融指数大于16g/10min的树脂流体粘度不够高， 不利于珍珠粉在聚丙烯基体中混合均匀；熔体熔体熔融指数小于8g/10min的缺点是纺丝温度 过高，会在一定程度上影响珍珠粉的生物活性。

如上所述的一种制备生物相容性改善的医用聚丙烯单丝的方法，所述珍珠粉的粒径控制 在100-1000nm。珍珠粉粒径过大，混合熔体在通过滤网的过程中珍珠粉颗粒可能被滤网拦截， 一方面得不到珍珠粉改性的医用聚丙烯单丝，另一方面可能会导致纺丝机内部压力过大，损 坏机器。珍珠粉粒径太小的粒径因表面能太高导致分散更加困难，况且过小的商品在市场上 难以购买。

如上所述的一种制备生物相容性改善的医用聚丙烯单丝的方法，所述生物相容性改善的 医用聚丙烯单丝的直径为0.07-0.20mm，相当于纤度为35-300dtex。

如上所述的一种制备生物相容性改善的医用聚丙烯单丝的方法，所述经捏合机捏合是指 将特定比例的医用聚丙烯和珍珠粉放入干净的捏合机中，以一定的转速搅拌混合料，利用珍 珠粉与聚丙烯粒料表面之间相互作用力使珍珠粉均匀包覆在聚丙烯粒料表面。

本发明的有益效果是:

本发明中制备的珍珠粉改性医用聚丙烯单丝首次将珍珠粉添加到医用聚丙烯单丝中，且 珍珠粉在医用聚丙烯单丝表面分布均匀。此外，该类聚丙烯在添加珍珠粉之后，没有影响医 用聚丙烯单丝的力学性能，细胞毒性评级为0级，单位时间内细胞增殖率优于普通聚丙烯单 丝。

附图说明

图1是共混单丝纺丝流程图

图2是珍珠粉在共混单丝表面分布情况

图3是改性聚丙烯单丝浸提液L929细胞形态

其中1.熔融纺丝机2.机头3.冷却水槽4.第一牵伸辊5.热拉伸水槽6.第二牵伸辊

7.空气热定型箱体8.卷绕装置

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而 不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员 可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范 围。

实施例1

以熔体流动指数（MFI）_{230℃/2.16kg}为8g/10min的医用级聚丙烯粒料为原料。每次将2kg 的聚丙烯粒料与30g的珍珠粉（粒径100nm）放入捏合机中进行捏合。经捏合后的混合粒料(珍 珠粉含量约1.48%）直接加入融入纺丝机1中进行纺丝。图1是共混单丝纺丝流程图，由熔 融纺丝机1、机头2、冷却水槽3、第一牵伸辊4、热拉伸水槽5、第二牵伸辊6、空气热定 型箱体7、卷绕装置8.八大部分组成，在纺丝过程中，原料经熔融纺丝机1后，经过喷丝板 进入冷却水槽3，拉伸定型卷绕后制得所需珍珠粉改性聚丙烯单丝。

捏合条件

捏合温度：50℃

捏合速度：60r/min

捏合时间：0.5h

纺丝条件

螺杆1-5区温度：210/230/250/250/265/270℃

纺丝组件温度：270℃

喷丝板孔径：3mm

冷却水槽3温度：40℃

热拉伸水槽5温度85℃

拉伸倍数：3倍

空气热定型箱体7温度：110℃

卷绕装置8速度：140m/min

该珍珠粉改性医用聚丙烯单丝性能测试结果如下：纤度为70dtex，断裂强度为 5.0cN/dtex，断裂伸长率为23.7%。

珍珠粉在单丝中的分布：珍珠粉在该聚丙烯表面分布均匀。[图2]

按文献MTT法评价医用高分子材料的细胞毒性对得到的聚丙烯单丝的细胞毒性进行评 价，该改性聚丙烯单丝的细胞生长情况测试如图3所示，在该珍珠粉单丝存在的情况下，L-929 细胞生长形态良好，L-929（小鼠成纤维细胞）培养1,4,7天相对于不含珍珠粉聚丙烯单丝相 对增殖率为108%，109%，108%。

实施例2

将2千克熔融指数为12g/10min医用级聚丙烯粒料分别于80的珍珠粉（400nm）经捏 合机制得共混粒料，捏合条件

捏合温度：80℃

捏合速度：30r/min

捏合时间：2h

纺丝条件

螺杆1-5区温度：210/230/240/250/255/260℃

纺丝组件温度：260℃

喷丝板孔径：3mm

冷却水槽3温度：30℃

热拉伸水槽5温度90℃

拉伸倍数：7倍

空气热定型箱体7温度：140℃

卷绕装置8速度：130m/min

纺成珍珠粉含量为4%的改性聚丙烯单丝。

各项性能测试显示，该改性医用聚丙烯单丝纤度为200dtex，单丝的断裂强度为 4.5cN/dtex,断裂伸长率27%.

MTT法细胞毒性测试结果显示,该珍珠粉改性医用聚丙烯单丝更利于细胞的生长，生物活 性很好，细胞毒性评级为0级，生物活性也有一定程度的提高，更加利于L-929（小鼠成纤 维细胞和PIEC（猪内皮细胞）的生长。

按本发明制备的珍珠粉改性聚丙烯单丝适用于生产医用补片和吊带。

实施例3

将3批2千克熔融指数为16g/10min医用级聚丙烯粒料分别于20g，60g，100g的珍珠 粉（1000nm）经捏合机制得共混粒料，捏合条件

捏合温度：100℃

捏合速度：10r/min

捏合时间：3h

纺丝条件

螺杆1-5区温度：210/230/240/240/245/250℃

纺丝组件温度：250℃

喷丝板孔径：3mm

冷却水槽3温度：20℃

热拉伸水槽5温度95℃

拉伸倍数：7倍

空气热定型箱体7温度：140℃

卷绕装置8速度：120m/min

纺成三种规格的珍珠粉改性聚丙烯单丝（约1%，3%，5%）。

各项性能测试见表1，表1中显示，三种改性医用聚丙烯单丝纤度一样，随着珍珠粉含 量的增加，单丝的断裂强度和断裂伸长率没有明显的变化，分别在4.0-4.3cN/dtex和15-30% 范围内。

MTT法细胞毒性测试[表2-5]结果显示，珍珠粉改性后的医用聚丙烯单丝更利于细胞的生 长，生物活性很好，细胞毒性评级为0级，且在一定范围内，随着珍珠粉含量的提高，生物 活性也有一定程度的提高，更加利于L-929（小鼠成纤维细胞和PIEC（猪内皮细胞）的生长。 按本发明制备的珍珠粉改性聚丙烯单丝适用于生产医用补片和吊带。

表1 珍珠粉共混PP单丝力学性能

珍珠粉含量% 0% 1 3 5 纤度dtex 150 150 150 150 断裂强力cN 637 641 633 638 断裂伸长率% 25 24 22 26 强度cN/dtex 4.2 4.3 4.2 4.3

表2 珍珠粉共混PP单丝浸提液L929相对增殖率（492nm）

表3 珍珠粉共混PP单丝浸提液L929相对增殖率（570nm）

表4 珍珠粉共混PP单丝浸提液PIEC相对增殖率（492nm）

表5 珍珠粉共混PP单丝浸提液PIEC相对增殖率（570nm）