PPF/PPF‑DA光固化材料在制备骨胶带中的应用

摘要

本发明公开一种PPF/PPF‑DA光固化材料在制备骨胶带中的应用。PPF/PPF‑DA光固化材料中PPF:PPF‑DA的双键比为1:4～3:1；其制备方法是将PPF和PPF‑DA于二氯甲烷中混合均匀，减压蒸馏除去溶剂后备用；将BAPO加入混合物中，超声波震荡，混合均匀；PPF/PPF‑DA光固化材料具有固化时间短，固化后材料强度高，固化过程中放热少，可降解等特点，可应用于生物医用材料领域，解决骨科临床上粉碎性骨折治疗等医学问题。

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及聚富马酸丙二醇酯基/聚富马酸丙二醇酯共二丙烯酸酯光固化材料的新用途。

背景技术

因外伤或病理等原因致使的骨折、骨关节破裂等是骨科临床常见的疾病。据2004年美国学者Horch RA统计，美国每年因骨质疏松、剧烈运动或意外事故等各种因素造成的骨折、关节破裂等超过100万例。我国是一个人口大国，且老龄化问题愈来愈严重，每年需要治疗的骨折、关节破裂等远远超过该数据。目前临床上治疗骨折、关节破裂的主要方法是采取螺钉、骨板等生物惰性金属或生物相容性高分子内固定器直接固定骨折部位(其中负重部位还需要辅以体外固定装置)，使其结构恢复，并依靠骨骼自愈合达到功能恢复。然而，采取内外固定器方法仅适用于大块骨块的固定，而对于粉碎性骨折或骨裂(以下统称粉碎性骨折)等形成的小骨碎片，即使采用最小型的螺钉、骨板等内固定器也难以胜任。至今，如何固定与治疗粉碎性骨折一直是骨科临床急待解决的一个重要医学难题。

为治疗粉碎性骨折，学者们试图采用医用粘合剂，直接涂覆骨折端面固定骨碎片，以实现骨折的结构与功能恢复。早期学者曾将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、α-氰基丙烯酸酯等丙烯酸类材料用作骨粘合剂，但研究表明这类材料具有一定毒副作用，不适合深层骨组织固定，且其降解性差，在骨与骨之间形成较厚的结蒂膜，阻止骨折自身愈合。为开发新型可降解骨粘合剂，华东理工大学在国内率先开发了磷酸钙、磷酸镁基无机骨粘合剂，在固化速率、早期强度、降解性能等方面取得了重要进展，并在修复骨缺损方面表现出良好临床效果，但作为无机骨粘合剂在固定骨折时，仍不可避免存在一些诸如强度偏低、脆性大、占用骨内物理空间多等固有问题尚需进一步解决。最近，启发于海洋沙塔蠕虫分泌物以粘结沙粒或贝壳碎片构建管式巢穴的自然现象，美国犹他州大学Russel Stewart博士开发出了以聚磷酸盐、聚胺等为主要成分的新型仿生骨粘合剂，不仅具有良好的防水性能，且其强度已接近氰基丙烯酸盐强力粘合剂的40％，被学者们誉为“第一代仿生”骨粘合剂。但令人遗憾的是该新型骨粘合剂体内降解性差(与修复部位新生骨组织生长速率相比)，填入骨折面内将会抑制新骨自愈合。迄今为止，尚未出现一种理想的骨粘合剂能完全满足临床的应用要求。而且，即使是理想的骨粘合剂，此直接涂覆骨折端面以治疗粉碎性骨折的思路本身存在两个共性不足：第一，骨粘合剂层在服役初期隔开了骨折面间的直接接触，在植入初期切断了骨内血液循环、营养运输、废物排泄等生理路线，延迟了新骨组织生长与自愈合；第二，骨粘合剂使用过程中由于具有较强的粘性，涂覆在骨折裸面并直接粘合骨折面的骨组织，在手术过程中及术后的外力作用下很容易损伤到骨折面的组织与细胞。因此，采用骨粘合剂思路仍不是治疗粉碎性骨折的最佳方法。

中国专利“一种环保热稳性LED光敏封装胶及其制备方法”(公开号：CN104263305A，公开日：2015年1月7日)利用聚富马酸丙二醇酯制备了一种环保热稳性LED光敏封装胶。尽管其具有较快的光固化速度、力学强度较高、毒性低，但是，其主要用于LED封装领域，因此，主要被关注的是其透光性和耐高温性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PPF/PPF-DA光固化材料在制备骨胶带中的应用。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

PPF/PPF-DA光固化材料在制备骨胶带中的应用。

所述光固化材料中PPF:PPF-DA的双键比为1:4～3:1。

所述光固化材料中PPF:PPF-DA的双键比为3:5。

所述光固化材料采用的光引发剂选自酰基膦氧化物。

所述光固化材料采用的光引发剂选自酰基膦氧化物BAPO、TEPO或TPO，光引发剂与组分A的质量比为0.01～0.05:1。

所述PPF的数均分子量为500～4000，PPF-DA的数均分子量为500～4000。

所述光固化材料的固化条件为：与光源的距离为5～10cm，波长为200～450nm，光照强度为300～574mW/cm²，光照时间为＜5min。

一种骨胶带的使用方法，包括以下步骤：在碎骨拼合区外缘涂敷PPF/PPF-DA光固化材料，然后进行光照固化，使PPF/PPF-DA光固化材料固化，从而固定碎骨。

本发明的有益效果体现在：

本发明所述PPF/PPF-DA光固化材料，具有易涂敷、固化时间短，固化后材料强度高，固化过程中放热少，可降解等特点，可应用于生物医用材料领域，作为解决骨科临床上粉碎性骨折治疗的骨胶带材料使用。该PPF/PPF-DA光固化材料由于固化时间短，可在涂敷后快速光固化，避免材料渗入骨断裂端面，同时，该PPF/PPF-DA光固化材料具有适宜的体液环境下的降解速度，与骨愈合时间相匹配。

附图说明

图1为骨粘合剂(a)与骨胶带材料(b)进行粉碎性骨折手术固定的技术路线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明提出粉碎性骨折固定的新思路，即“骨胶带外涂固定法”，即将碎骨按照断裂前的自然状态拼合，然后用合适的具有较高强度的胶带材料涂贴在碎骨拼合区外缘(如图1b③所示)，以固定碎骨，使其结构与功能逐渐恢复。显然，“骨胶带外涂固定”思路不仅巧妙地回避了骨粘合剂的两个共性不足，而且骨胶带服役在骨折区外缘，不直接占用骨折断裂面内的物理空间，这样骨折断裂面间的自然拼合接触不影响骨内血液循环、营养运输、废物排泄等生理活动。

但是，目前，临床上所使用的医学胶带主要限于皮肤、血管、脏器等软组织表层伤切口及其敷料的固定。迄今，用于体内固定与治疗粉碎性骨折的骨胶带在临床上尚未问世，而有关骨胶带方面的研究报道也鲜为少见。主要原因在于，用于体内固定与治疗粉碎性骨折的骨胶带需要具有可体内使用、力学强度高、无需对骨端面进行固定以及可在一定时间范围内降解等特点。

根据临床实际，骨胶带应具备的性能有：力学性能(压缩强度、粘接强度、剪切强度)、降解性能(失重率、吸水率、溶胀度)。

为此，本发明发现了一种可以满足上述要求的骨胶带材料，即PPF/PPF-DA光固化材料。

该PPF/PPF-DA光固化材料包括光引发剂、组分A以及组分B，所述组分A为聚富马酸丙二醇酯(PPF)，组分B为聚富马酸丙二醇酯共二丙烯酸酯(PPF-DA)，组分A与组分B的双键比为1:4～3:1，光引发剂与组分A的质量比为0.01～0.05:1。

光固化材料制备：将组分A和组分B加入二氯甲烷中，然后搅拌0.5～1h，搅拌后在减压条件下旋转蒸发除去二氯甲烷得混合物；将配制的光引发剂溶液加入混合物中，然后通过超声波震荡混合均匀。

实例1：①分别称取0.50g组分A(PPF)和1.04g组分B(PPF-DA)，组分A与组分B的双键比为1:2，若PPF和PPF-DA粘度较大，不方便量取，可先在真空干燥箱中将温度调成30℃加热5min使其粘度降低，方便量取，量取时用同一个锥形瓶。将称量好的组分A和组分B溶于20mL干燥的二氯甲烷中混合得混合溶液。②将混合溶液用磁力搅拌器搅拌，连续搅拌0.5h。搅拌结束后，取出磁子。混合溶液在抽真空条件(-0.06MPa)下旋转蒸发，温度设定在37℃，连续旋蒸1h。③将装有旋蒸后的混合物的锥形瓶瓶口用粗滤纸封口，以防造成混合物的挥发，放入真空干燥箱，在室温条件下抽真空(-0.06MPa)干燥12h得PPF和PPF-DA的混合物。④配制光致交联所需要的(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(BAPO)溶液。BAPO按0.06g/mL的浓度溶解在二氯甲烷中。BAPO与PPF的质量比为0.018:1。⑤将配制好的BAPO溶液加入PPF和PPF-DA的混合物中，超声波震荡0.5h(450W)，使引发剂(BAPO)与混合物混合均匀，得光固化材料。⑥根据交联固化体所需的测试项目，将光固化材料加入相应的模具中进行处理。如当需要对交联固化体进行测试时，用移液针将光固化材料加入内径5mm，长度2cm的玻璃管中。在3000rpm转速下离心10min以除去气泡等缺陷得预制样品。⑦将预制样品放在点光源紫外固化机载物台上，设置预制样品与点光源的距离为10cm，波长为200～450nm，光照强度为574mW/cm²。光照时间为2min。

固化2min后：压缩强度为27.65MPa、粘结强度为3.45MPa、拉伸剪切强度为2.07MPa、光透过率大于90％、耐高温达287.98℃。在PBS模拟体液环境中浸泡12周后，失重率为19.22％，吸水率为17.51％，溶胀度为14.90％。

实例2：①分别称取1.00g组分A(PPF)和1.73g组分B(PPF-DA)，组分A与组分B的双键比为3:5，若PPF和PPF-DA粘度较大，不方便量取，可先在真空干燥箱中将温度调成30℃加热5min使其粘度降低，方便量取，量取时用同一个锥形瓶。将称量好的组分A和组分B溶于20mL干燥的二氯甲烷中混合得混合溶液。②将混合溶液用磁力搅拌器搅拌，连续搅拌0.5h。搅拌结束后，取出磁子。混合溶液在抽真空条件(-0.06MPa)下旋转蒸发，温度设定在37℃，连续旋蒸1h。③将装有旋蒸后的混合物的锥形瓶瓶口用粗滤纸封口，以防造成混合物的挥发，放入真空干燥箱，在室温条件下抽真空(-0.06MPa)干燥12h得PPF和PPF-DA的混合物。④配制光致交联所需要的(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(BAPO)溶液。BAPO按0.08g/mL的浓度溶解在二氯甲烷中。BAPO与PPF的质量比为0.015:1。⑤将配制好的BAPO溶液加入PPF和PPF-DA的混合物中，超声波震荡0.5h(450W)，使引发剂(BAPO)与混合物混合均匀，得光固化材料。⑥根据交联固化体所需的测试项目，将光固化材料加入相应的模具中进行处理。如当需要对交联固化体进行测试时，用移液针将光固化材料加入内径5mm，长度2cm的玻璃管中。在3000rpm转速下离心10min以除去气泡等缺陷得预制样品。⑦将预制样品放在点光源紫外固化机载物台上，设置预制样品与点光源的距离为10cm，波长为200～450nm，光照强度为574mW/cm²。光照时间为4min。

固化4min后：压缩强度为30.24MPa、粘结强度为4.51MPa、拉伸剪切强度为2.93MPa、光透过率大于90％、耐高温达286.02℃。在PBS模拟体液环境中浸泡12周后，失重率为23.79％，吸水率为22.36％，溶胀度为18.28％。

实例3：①分别称取1.00g组分A(PPF)和1.39g组分B(PPF-DA)，组分A与组分B的双键比为3:4，若PPF和PPF-DA粘度较大，不方便量取，可先在真空干燥箱中将温度调成30℃加热5min使其粘度降低，方便量取，量取时用同一个锥形瓶。将称量好的组分A和组分B溶于20mL干燥的二氯甲烷中混合得混合溶液。②将混合溶液用磁力搅拌器搅拌，连续搅拌0.5h。搅拌结束后，取出磁子。混合溶液在抽真空条件(-0.06MPa)下旋转蒸发，温度设定在37℃，连续旋蒸1h。③将装有旋蒸后的混合物的锥形瓶瓶口用粗滤纸封口，以防造成混合物的挥发，放入真空干燥箱，在室温条件下抽真空(-0.06MPa)干燥12h得PPF和PPF-DA的混合物。④配制光致交联所需要的(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(BAPO)溶液。BAPO按0.06g/mL的浓度溶解在二氯甲烷中。BAPO与PPF的质量比为0.015:1。⑤将配制好的BAPO溶液加入PPF和PPF-DA的混合物中，超声波震荡0.5h(450W)，使引发剂(BAPO)与混合物混合均匀，得光固化材料。⑥根据交联固化体所需的测试项目，将光固化材料加入相应的模具中进行处理。如当需要对交联固化体进行测试时，用移液针将光固化材料加入内径5mm，长度2cm的玻璃管中。在3000rpm转速下离心10min以除去气泡等缺陷得预制样品。⑦将预制样品放在点光源紫外固化机载物台上，设置预制样品与点光源的距离为10cm，波长为200～450nm，光照强度为574mW/cm²。光照时间为4min。

固化4min后：压缩强度为20.16MPa、粘结强度为3.02MPa、拉伸剪切强度为1.86MPa、光透过率大于90％、耐高温达285.67℃。在PBS模拟体液环境中浸泡12周后，失重率为18.76％，吸水率为18.96％，溶胀度为15.94％。

实例4：①分别称取1.00g组分A(PPF)和1.04g组分B(PPF-DA)，组分A与组分B的双键比为1:1，若PPF和PPF-DA粘度较大，不方便量取，可先在真空干燥箱中将温度调成30℃加热5min使其粘度降低，方便量取，量取时用同一个锥形瓶。将称量好的组分A和组分B溶于20mL干燥的二氯甲烷中混合得混合溶液。②将混合溶液用磁力搅拌器搅拌，连续搅拌0.5h。搅拌结束后，取出磁子。混合溶液在抽真空条件(-0.06MPa)下旋转蒸发，温度设定在37℃，连续旋蒸1h。③将装有旋蒸后的混合物的锥形瓶瓶口用粗滤纸封口，以防造成混合物的挥发，放入真空干燥箱，在室温条件下抽真空(-0.06MPa)干燥12h得PPF和PPF-DA的混合物。④配制光致交联所需要的(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(BAPO)溶液。BAPO按0.08g/mL的浓度溶解在二氯甲烷中。BAPO与PPF的质量比为0.024:1。⑤将配制好的BAPO溶液加入PPF和PPF-DA的混合物中，超声波震荡1h(450W)，使引发剂(BAPO)与混合物混合均匀，得光固化材料。⑥根据交联固化体所需的测试项目，将光固化材料加入相应的模具中进行处理。如当需要对交联固化体进行测试时，用移液针将光固化材料加入内径5mm，长度2cm的玻璃管中。在3000rpm转速下离心10min以除去气泡等缺陷得预制样品。⑦将预制样品放在点光源紫外固化机载物台上，设置预制样品与点光源的距离为10cm，波长为200～450nm，光照强度为574mW/cm²。光照时间为4min。

固化4min后：压缩强度为13.29MPa、粘结强度为1.87MPa、拉伸剪切强度为1.53MPa、光透过率大于90％、耐高温达285.26℃。在PBS模拟体液环境中浸泡12周后，失重率为18.03％，吸水率为16.40％，溶胀度为14.09％。

实例5：①分别称取1.00g组分A(PPF)和0.69g组分B(PPF-DA)，组分A与组分B的双键比为3:2，若PPF和PPF-DA粘度较大，不方便量取，可先在真空干燥箱中将温度调成30℃加热5min使其粘度降低，方便量取，量取时用同一个锥形瓶。将称量好的组分A和组分B溶于20mL干燥的二氯甲烷中混合得混合溶液。②将混合溶液用磁力搅拌器搅拌，连续搅拌0.5h。搅拌结束后，取出磁子。混合溶液在抽真空条件(-0.06MPa)下旋转蒸发，温度设定在37℃，连续旋蒸1h。③将装有旋蒸后的混合物的锥形瓶瓶口用粗滤纸封口，以防造成混合物的挥发，放入真空干燥箱，在室温条件下抽真空(-0.06MPa)干燥12h得PPF和PPF-DA的混合物。④配制光致交联所需要的(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(BAPO)溶液。BAPO按0.06g/mL的浓度溶解在二氯甲烷中。BAPO与PPF的质量比为0.02:1。⑤将配制好的BAPO溶液加入PPF和PPF-DA的混合物中，超声波震荡0.5h(450W)，使引发剂(BAPO)与混合物混合均匀，得光固化材料。⑥根据交联固化体所需的测试项目，将光固化材料加入相应的模具中进行处理。如当需要对交联固化体进行测试时，用移液针将光固化材料加入内径5mm，长度2cm的玻璃管中。在3000rpm转速下离心10min以除去气泡等缺陷得预制样品。⑦将预制样品放在点光源紫外固化机载物台上，设置预制样品与点光源的距离为10cm，波长为200～450nm，光照强度为574mW/cm²。光照时间为2min。

固化2min后：压缩强度为10.43MPa、粘结强度为2.86MPa、拉伸剪切强度为1.48MPa、光透过率大于90％、耐高温达280.44℃。在PBS模拟体液环境中浸泡12周后，失重率为18.54％，吸水率为17.16％，溶胀度为14.65％。

实例6：①分别称取1.00g组分A(PPF)和0.52g组分B(PPF-DA)，组分A与组分B的双键比为2:1，若PPF和PPF-DA粘度较大，不方便量取，可先在真空干燥箱中将温度调成30℃加热5min使其粘度降低，方便量取，量取时用同一个锥形瓶。将称量好的组分A和组分B溶于20mL干燥的二氯甲烷中混合得混合溶液。②将混合溶液用磁力搅拌器搅拌，连续搅拌0.5h。搅拌结束后，取出磁子。混合溶液在抽真空条件(-0.06MPa)下旋转蒸发，温度设定在37℃，连续旋蒸1h。③将装有旋蒸后的混合物的锥形瓶瓶口用粗滤纸封口，以防造成混合物的挥发，放入真空干燥箱，在室温条件下抽真空(-0.06MPa)干燥12h得PPF和PPF-DA的混合物。④配制光致交联所需要的(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(BAPO)溶液。BAPO按0.1g/mL的浓度溶解在二氯甲烷中。BAPO与PPF的质量比为0.03:1。⑤将配制好的BAPO溶液加入PPF和PPF-DA的混合物中，超声波震荡0.5h(500W)，使引发剂(BAPO)与混合物混合均匀，得光固化材料。⑥根据交联固化体所需的测试项目，将光固化材料加入相应的模具中进行处理。如当需要对交联固化体进行测试时，用移液针将光固化材料加入内径5mm，长度2cm的玻璃管中。在3000rpm转速下离心10min以除去气泡等缺陷得预制样品。⑦将预制样品放在点光源紫外固化机载物台上，设置预制样品与点光源的距离为10cm，波长为200～450nm，光照强度为574mW/cm²。光照时间为3min。

固化3min后：压缩强度为5.10MPa、粘结强度为2.71MPa、拉伸剪切强度为1.27MPa、光透过率大于90％、耐高温达271.60℃。在PBS模拟体液环境中浸泡12周后，失重率为19.94％，吸水率为17.11％，溶胀度为14.61％。

实例7：①分别称取1.00g组分A(PPF)和0.42g组分B(PPF-DA)，组分A与组分B的双键比为5:2，若PPF和PPF-DA粘度较大，不方便量取，可先在真空干燥箱中将温度调成30℃加热5min使其粘度降低，方便量取，量取时用同一个锥形瓶。将称量好的组分A和组分B溶于20mL干燥的二氯甲烷中混合得混合溶液。②将混合溶液用磁力搅拌器搅拌，连续搅拌0.5h。搅拌结束后，取出磁子。混合溶液在抽真空条件(-0.06MPa)下旋转蒸发，温度设定在37℃，连续旋蒸1h。③将装有旋蒸后的混合物的锥形瓶瓶口用粗滤纸封口，以防造成混合物的挥发，放入真空干燥箱，在室温条件下抽真空(-0.06MPa)干燥12h得PPF和PPF-DA的混合物。④配制光致交联所需要的(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(BAPO)溶液。BAPO按0.06g/mL的浓度溶解在二氯甲烷中。BAPO与PPF的质量比为0.045:1。⑤将配制好的BAPO溶液加入PPF和PPF-DA的混合物中，超声波震荡0.5h(450W)，使引发剂(BAPO)与混合物混合均匀，得光固化材料。⑥根据交联固化体所需的测试项目，将光固化材料加入相应的模具中进行处理。如当需要对交联固化体进行测试时，用移液针将光固化材料加入内径5mm，长度2cm的玻璃管中。在3000rpm转速下离心10min以除去气泡等缺陷得预制样品。⑦将预制样品放在点光源紫外固化机载物台上，设置预制样品与点光源的距离为10cm，波长为200～450nm，光照强度为574mW/cm²。光照时间为3min。

固化3min后：压缩强度为4.12MPa、粘结强度为1.81MPa、拉伸剪切强度为1.24MPa、光透过率大于90％、耐高温达268.53℃。在PBS模拟体液环境中浸泡12周后，失重率为21.43％，吸水率为20.54％，溶胀度为17.04％。

经过实验，当聚富马酸丙二醇酯的数均分子量为500～4000，聚富马酸丙二醇酯共二丙烯酸酯的数均分子量为500～4000。

实例中分别展示了PPF/PPF-DA光固化材料的双键比(PPF:PPF-DA)为：0.5、0.6、0.75、1、1.5、2、2.5。总体上随着双键比的减小，其力学性能越好(三种力学强度越大)，但是综合考虑力学强度以及其他要求，双键比为0.6的性能最优。其力学性能最佳、降解最快，满足骨折愈合周期(3个月)。

可以预见的，上述实例制备的光固化材料也可以用于骨粘合剂，在骨断裂面粘合固定中发挥作用。