CN113368307B - 一种耳支架构建材料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耳支架构建材料及其制备工艺，制备工艺：可溶性固体颗粒、医用液体硅橡胶及助剂混合均匀，混合料经分层涂覆或灌注后在其表面放置支撑芯材，之后在芯材表面继续涂覆或灌注混合料，固化脱模后溶析去除固体颗粒形成多孔结构。本发明所具备的多孔结构可引导血管长入，实现耳支架与组织的紧密结合，解决耳廓再造术中支架外露、软组织破溃等问题；多孔结构可使硅橡胶具备与人体组织相匹配的柔韧性；支撑芯材使其具备足够的强度长期维持三维形态。本发明作为耳支架构建材料后期经个性化雕刻、修剪缝合可用于耳廓再造手术。

Description

一种耳支架构建材料及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种耳支架构建材料及其制备方法，具体属于生物医用材料领域。

背景技术

耳廓再造主要涉及耳支架的构建和包覆耳支架的皮肤软组织的选择。目前用于耳支架的材料包括自体肋软骨、医用硅橡胶和多孔聚乙烯等材料。自体软骨因其不发生免疫排斥反应，少有支架外露，长久以来是支架的首选材料，但自体肋软骨的切取需手术完成，增加了患者的痛苦；硅胶支架具有很高的外露率以及组织炎症反应高的特点，使其在临床上应用受到限制；多孔聚乙烯支架是使用较多的一种人工材料，具备良好的生物相容性、外形可塑性。多孔聚乙烯因其与组织间可以发生一定的血管化，组织相容性较其他生物合成材料较优。但传统方法进行的耳廓再造易出现包覆支架的软组织破溃和程度不同的支架外露，分析其原因，主要在于多孔聚乙烯本身的抗原性和支架质地较硬，偏硬的质地使其缺乏柔韧性，不易耐受外伤，故可产生支架外露。

中国专利CN203183085 U超薄多孔硅橡胶耳支架提供了一种通过改变硅橡胶的厚度的方式，将硅橡胶制成超薄和多孔的形式，同时具备完整的耳轮、对耳轮、耳甲腔结构解决因受压出现皮肤坏死、支架外露的危险，但该专利超薄、多孔的结构会降低支架的支撑强度，强度过低会使其难以长期维持耳廓三维形态，影响植入效果。中国专利CN108888386A局部增强多孔耳支架及其制备方法提供了在耳支架本体的外轮廓均匀设置有多个小孔的方式引导周围组织生长，但小孔直径设计为0.8mm且相邻小孔之间的间距为1mm的方式与人体组织细胞直径20-30μm不匹配，较大的尺寸则会引起组织细胞在微孔内过度生长形成纤维囊性结构。中国专利CN1188090C一种生物材料整体植入式耳软骨仿生支架的制备方法，采用快速成型机的数控代码进行分层堆积或分层切割的方式，直接或翻制后获得仿生耳软骨支架。该方法仅在成型工艺上由传统的制造方式改为三维建模、二维分层堆积或分层切割的方式，对材料本身的结构、性质并无实质改变，最终产品的强度、弹性无法充分保证。

因此耳廓再造手术领域迫切需要寻找一种具备以下三种特点的材料：（1）生物相容性好、免疫原性低、体内炎症反应轻；（2）力学性能优异，既有足够的强度长期维持三维形态，又具有与周围组织匹配的弹性，防止软组织破溃和支架外露（3）可与周围组织发生一定程度的血管化，引导组织在内适当生长，起到固定、防止因外力产生位移的作用，以适应临床需要。

发明内容

发明目的：本发明目的在于提供一种可用于耳再造手术中的耳支架构建材料及其制备方法。

技术方案：本发明的结构特点是耳支架构建材料主体结构由多孔硅橡胶与支撑芯材复合而成，其中硅橡胶内部形成彼此贯通、开放的连通孔，孔隙占有材料空间比例在20-50%之间，连通孔占全部孔隙比例为30-60%，且微孔的形貌、大小及分布可根据实际需求进行调节，支撑芯材铺设层数为1层、2层或3层。

本发明的具体技术方案如下：

步骤一、制备混合料：将可流动的医用级液体硅橡胶与可溶性固体颗粒拌和至完全均匀后，加入相应的助剂，继续搅拌均匀形成混合料；

步骤二、制备硅橡胶层：将混合料涂覆至聚四氟乙烯板材或灌注入模腔内形成硅橡胶层；步骤三、铺贴芯材：在步骤二形成的硅橡胶层上铺贴相应的支撑芯材；

步骤四、根据需要可重复形成多层结构：可根据实际需要在步骤三的基础上继续重复1-2次步骤二和步骤三，形成支撑芯材和硅橡胶交替分布且表层为硅橡胶层的结构；

步骤五、形成多孔结构：固化交联后，经水洗涤，除去可溶性固体颗粒，干燥得到耳支架构建材料；

进一步的，步骤一中，所述可流动的医用级液体硅橡胶为加成型乙烯基液体硅橡胶、单组分或双组分缩合型室温硫化液体硅橡胶。

进一步的，步骤一中所述助剂包括硫化交联剂、催化剂和增强补料，更进一步的，根据硅橡胶种类的不同，所述硫化交联剂根据硅橡胶种类为乙酰氧基类硅氧烷、酮肟型、烷氧基硅烷进一步的，步骤一所述催化剂为有机锡类如二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡等或有机铂络合物，所述增强填料为气相法白炭黑、沉淀法白炭黑或纳米活性碳酸钙。

步骤一中，所述可溶性固体颗粒为水溶性的无机盐或糖粒子，进一步的，为氯化钠、氯化铵、碳酸铵、尿素、酒石酸钠、柠檬酸钠、蔗糖、麦芽糖等。

更进一步的，可溶性固体颗粒粒径在20-150μm之间，硅胶层所掺加的颗粒为单一粒径分布颗粒或不同粒径的颗粒间进行混合级配或按照颗粒粒径大小在各硅胶层之间进行梯度化分布。

步骤三中，所述撑芯材为医用级聚乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮等高分子片材或金属材质的不锈钢编织网、铝合金片材、钛合金网板等，片材或网板的厚度为0.1，0.2，0.4，0.6或0.8mm。

步骤四中，所述硅橡胶层的单层涂覆或灌注厚度在0.5-2mm之间，构建材料整体厚度在3 -15mm之间。

步骤五中所述溶析方法为超声溶析或高压蒸煮溶析，进一步的，溶析后可溶性固体颗粒颗粒残留质量分数低于1%。

所述构建材料的整体结构中芯材和基材交替分布，进一步的，构建材料的表层均为硅胶，硅胶对芯材形成包覆结构。

所述耳支架构建材料的邵氏A硬度5.0-15.0度，拉伸强度0.5-1MPa，压缩强度59-110kPa，压缩永久变形率3-5%。

有益效果：

本发明所提供的耳支架构建材料及其制备工艺包含以下几个优点：

（1）本发明所述耳支架所用医用级硅橡胶材料具有生物相容性好、免疫原性低、体内炎症反应轻的特点。

（2）本发明所述耳支架构建材料由硅橡胶与支撑芯材复合组成，支撑芯材使其具有足够的力学强度长期维持三维形态；硅橡胶内部所包含的开放、连通多孔的构造可引导周围血管、组织向内生长，起到固定、防止滑移的作用；多孔构造可改变硅橡胶质地过硬的特点，使其具有与周围组织相匹配柔韧度和弹性，可有效防止软组织破溃和支架外露的发生。

（3）本发明所提供的耳支架构建材料主体硅橡胶层开孔率、孔形貌可由可溶性固体颗粒的用量和形状决定，并可根据实际需要将孔隙率、孔径大小进行设计；所制备的耳支架材料可根据患者实际情况进行个性化裁剪、修饰和缝合，工艺较易控制，实际操作性强。

附图说明：

图1为材料结构示意图。

图2为硅橡胶内部多孔结构扫描电镜图谱。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做更进一步的说明。

实施例所采用的测试标准：

邵氏硬度：GB/T531.2-2009硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法；

压缩强度：GB T 7757-2009 硫化橡胶或热塑性橡胶压缩应力应变性能的测定；

拉伸强度：GB/T 528-2009 硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测试；

孔隙率计算方法：准确测量实心硅橡胶构建材料和多孔硅橡胶构建材料的质量和体积，有公式计算得到密度。根据基本配方相同的实心构建材料和多孔硅橡胶构建材料的密度，由该公式计算得到多孔硅橡胶构建材料的孔隙率：

A=(Pa-Pf)/ Pa×100%

式中A为构建材料孔隙率，%；Pa为多孔硅橡胶的密度，mg/m³；Pf为实心硅胶的密度，mg/m³。

开孔率：GB/T 10799-2008 硬质泡沫塑料开孔和闭孔体积百分率的测定标准；

细胞毒性试验：GB/T16886.5-2017医疗器械生物学评价第5部分：体外细胞毒性试验；

迟发型超敏反应与皮内刺激试验：GB/T16886.10-2017医疗器械生物学评价第10部分：刺激与迟发型超敏反应试验。

实施例1 ：

在50g医用级双组分室温硫化硅橡胶生胶中加入粒径大小为50μm的氯化钠25g，使用高速搅拌机在2000r/min的速度下充分拌和均匀，注意搅拌时不引入气泡；氯化钠和液体硅橡胶混合均匀后，依次加入气相白炭黑填料2.5g和交联剂硅酸酯1g，继续搅拌至均匀状态；在体系内加入催化剂二丁基二月桂酸锡0.25g并在10min内充分搅拌形成均匀混合料；使用涂膜器将混合料涂覆在聚四氟乙烯板上形成厚度为1.5mm的硅橡胶层，在形成的硅橡胶层表面铺贴厚度为0.5mm的医用级聚乙烯片材，并确保片材与硅橡胶充分接触、浸润；之后继续使用涂膜器在其表面涂覆1.5mm厚的硅橡胶层，并放置在室温环境中静置硅橡胶进行充分交联。充分交联固化后，脱模并将其放入超声清洗机中，在温度为60℃条件下，超声溶析120小时，期间每隔4h更换一次纯化水，充分溶析氯化钠形成内部孔隙，60℃烘箱处理烘干24h，除去水分得到耳支架构建材料。

实施例2：

各步骤等同于实施例1，但不同的是，所述氯化钠掺量增加至50g。

实施例3 :

50g医用级双组分室温硫化硅橡胶生胶中加入粒径大小为75μm的氯化钠颗粒25g，使用高速搅拌机在2000r/min的速度下充分拌和均匀形成混合料A；另取50g医用级双组分室温硫化硅橡胶生胶中加入粒径大小为50μm的氯化钠颗粒25g，使用高速搅拌机在2000r/min的速度下充分拌和均匀形成混合料B。A组氯化钠和液体硅橡胶混合均匀后，依次加入气相白炭黑填料2.5g和交联剂硅酸酯1g，继续充分搅拌均匀；之后在体系内加入催化剂二丁基二月桂酸锡0.25g并在10min内充分搅拌形成均匀混合料；并在5min内使用涂膜器将混合料涂覆在聚四氟乙烯板上形成厚度为2mm的硅橡胶层，在形成的硅橡胶层表面铺贴0.5mm厚的医用级聚醚醚酮网板，确保网板表面充分浸润硅橡胶；B组氯化钠和液体硅橡胶混合均匀后，加入铂金硫化剂氯铂酸/烯烃硅氧络合物1g、气相白炭黑填料2.5g，在10min内充分搅拌形成均匀混合料并涂覆在聚醚醚酮网板表面形成1.5mm厚的硅橡胶层，并铺贴第二层聚醚醚酮网板，网板与硅橡胶充分接触后涂覆厚度为1.5mm的A组混合料。将其放置在室温环境中进行充分交联固化，脱模后放入超声清洗机中，在温度为60℃条件下，超声溶析120小时，期间每隔4h更新一次纯化水，充分溶析氯化钠完全形成孔洞，80℃烘箱处理烘干24h，除去水分得到耳支架构建材料。

实施例4:

50g医用级双组分室温硫化硅橡胶生胶中加入粒径大小为150μm的氯化铵颗粒25g，使用高速搅拌机在2000r/min的速度下充分拌和均匀形成混合料A；使用同样的方法形成混合料B，所不同的是，加入的氯化铵的粒径大小为75μm，含量为15g;使用同样的方法形成混合料C，所不同的是，加入的氯化铵的粒径大小为45μm，含量为8g。模腔内灌注前，混合料A、B和C内依次加入气相白炭黑填料2.5g和交联剂硅酸酯1g，继续充分搅拌均匀；之后在体系内加入催化剂二丁基二月桂酸锡0.25g并在10min内充分搅拌形成均匀混合料。按照实施例1所述方法铺层钛合金网板，其中硅胶层与钛合金网板交替分布，从外层向内层的所灌注的混合料依次为混合料A、混合料B和混合料C。按照实施例1中的方式溶析、干燥，得到耳支架构建材料。

实施例5:

实施例5各步骤等同于实施例4，但不同的是，混合料A粒径大小为150μm和75μm的氯化铵各12.5g混合而成，混合料B由75和45μm的氯化铵各7.5g混合而成，混合料C由45μm和25μm的氯化铵各4g混合而成。

对比例1:

在50g医用级双组分室温硫化硅橡胶生胶中加入粒径大小为50μm的氯化钠25g，使用高速搅拌机在2000r/min的速度下充分拌和均匀，注意搅拌时不引入气泡；氯化钠和液体硅橡胶混合均匀后，依次加入气相白炭黑填料2.5g和交联剂硅酸酯1g，继续充分搅拌均匀；在体系内加入催化剂二丁基二月桂酸锡0.25g并在10min内充分搅拌形成均匀混合料。将混合料倒入模腔内，流延均匀，交联固化。将交联固化后的材料脱模后放入超声清洗机中，在温度为60℃条件下，超声溶析120小时，期间每隔10h更新一次纯化水，充分溶析氯化钠完全形成孔洞，80℃烘箱处理烘干24h，除去水分得到多孔结构的耳支架构建材料。

对比例2 :

在50g医用级双组分室温硫化硅橡胶生胶中加入气相白炭黑填料2.5g和交联剂硅酸酯1g，继续充分搅拌均匀；在体系内加入催化剂二丁基二月桂酸锡0.25g并在10min内充分搅拌形成均匀混合料，将50%质量份的混合料经涂膜器涂膜到聚四氟乙烯板上，铺贴加入聚乙烯片材后，将剩余的50%质量份的混合料涂覆其上，交联固化形成耳支架构建材料。

表1 实施例及对比例力学性能对比

在上述表1的对比中，实施例2相对于实施例1可溶性固体颗粒氯化钠掺量增加1倍，相应的孔隙率从32.1%提高至48.7%，邵氏A硬度从13度下降到9度，说明可通过控制氯化钠的掺量控制孔隙率，进而调节硅橡胶材料的硬度；实施例3相对于实施例1芯材由一层变为二层，可溶性固体颗粒的粒径分布从外到内为75μm和50μm，说明本发明所提供的制备方法可根据实际需要调节孔径大小、形态和分布和芯材铺设层数，进而调节构建材料的强度、弹性等力学性能。

实施例4和实施例5可溶性固体颗粒掺加量和芯材铺贴层数均相同，所不同的是，实施例5相对于实施例4可溶性固体颗粒在粒径梯度分布上更细化，实施例5的压缩强度和邵氏硬度上有所降低，说明梯度分布使材料内部孔径尺寸分布更加细化、级配合理，材料的柔性和回弹性增强。

对比例1与实施例1-5相比，对比例1中未掺加增强芯材；实施例1-5的拉伸强度范围在4.21-6.19 MPa，而对比例1因未掺加增强芯材拉伸强度为2.45 MPa；硅胶层多孔结构会在一定程度上降低材料拉伸强度，当其内部复合芯材时，芯材对基体的增强作用使构建材料整体在拉伸强度上提高，耳廓构建材料在使用过程中具备足够的强度长期维持三维形态。

对比例2与实施例1-5对比，对比例2中未加入可溶性固体颗粒，硅橡胶中不具备多孔结构。

从表1中能够看出，各组实施例的邵氏硬度值为8.7-13.0，而对比例2中材料的邵氏硬度值为17.6，且各组实施例中硬度值随孔隙率的增高而降低，说明本发明的制备方法中通过溶析可溶性固体颗粒的方法形成多孔结构，多孔结构使得材料整体质地柔软，与耳廓周围组织硬度匹配性更好。

下表2为实施例1-5和对比例1-5安全性试验结果。

表2. 实施例1-5和对比例1-2安全性试验结果

通过表2所示生物学评价结果可知，从体外细胞毒性、迟发型超敏反应和皮内反应试验结果均符合生物安全性要求，说明本发明具备良好的生物相容性。

Claims (7)

1.一种耳支架构建材料，其主体结构由多孔硅橡胶与支撑芯材复合而成，其中硅橡胶内部包含彼此贯通、开放的连通孔，孔隙占有材料空间比例为20-50%，连通孔占全部孔隙比例为30-60%，支撑芯材铺设层数为1层、2层或3层；

具体制备工艺为：

步骤一、将可流动的医用级液体硅橡胶与粒径为20-150μm的可溶性固体颗粒拌和至完全均匀状态后，加入相应的助剂，再次充分搅拌形成混合料；

步骤二、将混合料涂覆至聚四氟乙烯模板或灌注入模腔后形成硅橡胶层，硅橡胶层厚度为0.5-2mm；

步骤三、在步骤二形成的硅橡胶层放置支撑芯材，轻轻压合使支撑芯材表面充分浸润硅橡胶；

步骤四、在步骤三的基础上可重复1-2次步骤二和步骤三，形成支撑芯材和硅橡胶交替分布且表层为硅橡胶层的结构；

步骤五、硅胶层充分交联固化后，脱模、溶析除去可溶性固体颗粒，干燥得到耳支架构建材料，构建材料总体厚度为3-15mm；

耳支架构建材料中可溶性固体颗粒残留质量分数在1%以下；邵氏A硬度为5.0-15.0度，拉伸强度为0.5-1MPa，压缩强度为59-110kPa，压缩永久变形率为3-5%。

2.根据权利要求1所述的一种耳支架构建材料，所述硅橡胶为医用级加成型乙烯基液体硅橡胶、单组分或双组分缩合型室温硫化液体硅橡胶。

3.根据权利要求1所述的一种耳支架构建材料，所述支撑芯材为医用级的聚乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮高分子片材或金属材质的不锈钢编织网、铝合金片材、钛合金网板，片材或网板的厚度为0.1mm，0.2mm，0.4mm，0.6mm或0.8mm。

4.根据权利要求1所述的一种耳支架构建材料，所述可溶性固体颗粒为氯化钠、氯化钾、氯化铵、碳酸铵、尿素、酒石酸钠、柠檬酸钠水溶性无机盐或蔗糖、麦芽糖粒子。

5.根据权利要求1所述的一种耳支架构建材料，步骤一所述助剂包括硫化交联剂、催化剂和增强填料，所述硫化交联剂根据硅橡胶种类为乙酰氧基类硅氧烷、酮肟型、烷氧基硅烷类、硅酸酯或钛酸酯类，所述催化剂为有机锡类或铂化合物，所述增强填料为气相法白炭黑、沉淀法白炭黑或纳米活性碳酸钙。

6.根据权利要求1所述的一种耳支架构建材料，其特征在于，硅胶层所掺加的可溶性固体颗粒为单一粒径分布颗粒或不同粒径的颗粒间进行混合级配或按照颗粒粒径大小在各硅胶层之间进行梯度化分布。

7.根据权利要求1所述的一种耳支架构建材料，所述溶析工艺为超声溶析、高温蒸煮工艺中的一种或两种。

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