一种一体成型三维可降解纺织结构骨板及其制备方法

本发明属于生物可降解材料和纺织结构领域，涉及一种一体成型三维可降解纺织结构骨板及其制备方法。

背景技术：

1、传统的骨组织修复材料通常包括金属骨板和螺钉等，但这些材料存在一些问题，如创伤大、需二次手术取出、影响影像检查等，因此需要寻找替代材料。生物可降解材料因其具有良好的生物相容性、可降解性和可塑性等优点，被认为是一种有潜力的骨组织修复材料。可降解材料通常由聚乳酸、聚羟基烷酸酯、聚己内酯等生物可降解聚合物制成，但这些材料存在一些问题，如可塑性差、易破裂、降解速度快等。

2、为了克服这些问题，研究者们提出了生物可降解纺织结构骨板的概念。生物可降解纺织结构骨板通过聚乳酸纤维和可降解玻璃纤维等材料，具有较好的柔韧性和韧性、较高的生物相容性和可降解性，成为了一种有潜力的骨组织修复材料。现有的生物可降解纺织结构骨板大多是以二维层压方式成型的，该方式成型的骨板存在以下问题：

3、(1)骨板整体的力学强度和稳定性差；一方面，二维层压方式通常涉及将多层材料通过压力和热处理粘合在一起，然而，不同材料之间的界面粘结强度可能较低，导致弱点和易发生剥离或分层，这会降低骨板整体的力学强度和稳定性，限制其在应力环境下的表现；另一方面，在二维层压过程中，二维层压方式不可避免地会产生层间孔隙、气泡和缺陷，这些孔隙和缺陷可能导致应力集中和破坏点，降低骨板的力学强度和稳定性差；此外，在二维层压方式中，纤维只能在平面上进行排列，无法实现多方向的纤维交错和优化的纤维分布，这可能导致在某些区域出现纤维密度不均匀、纤维方向单一的问题，局部应力集中和弱点的形成；

4、(2)骨板无法提供足够的骨生长支持；二维层压方式制备的骨板通常是平面结构，无法提供足够的三维支持和连接，这可能限制了骨板与周围骨组织的交互作用，影响骨生长的能力；

5、(3)制备难度大；二维层压方式制备生物可降解纺织结构骨板的过程比较复杂，需要多个步骤和设备，制备过程繁琐；

6、(4)易产生毛羽；一方面，材料层之间的摩擦力会导致纤维或颗粒的错位和移动，从而形成毛羽；另一方面，维层压过程中，压力在材料层之间不均匀地传递，某些区域受到较大压力，而其他区域受到较小压力，这会造成接触不完全，导致毛羽产生；此外，工艺参数选择不当：压合温度、压力大小和持续时间等工艺参数对毛羽的形成有影响，若参数选择不合理，则会增加毛羽的产生风险。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种一体成型三维可降解纺织结构骨板及其制备方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板的制备方法，将由可降解玻璃纤维和其它可降解材料组成的复合纱线通过三维编织、三维机织、三维针织或三维角联锁的方式织造成骨板形态的预成型体，并在织造过程中，通过加入模具的方式在预成型体中形成预制孔，依次对预成型体进行加热固化和冷却处理，即得一体成型的三维可降解纺织结构骨板；加热固化和冷却处理的对象为加工好的预成型体，目的是使复合材料固化并增强材料的力学性能和稳定性，根据实际需求，可进行不同的压力、时间、温度具体进行设计，可以制备出具有优良性能的一体成型的三维可降解编织骨板，具有重要的应用价值和推广前景。

4、作为优选的技术方案：

5、如上所述的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板的制备方法，复合纱线中可降解玻璃纤维的质量含量为5％-95％；可通过调整可降解玻璃纤维和其它可降解材料的比例控制骨板的降解速率，可降解玻璃纤维的含量越高，降解速率越慢，其它可降解材料的含量越高，降解速率越快，也可以通过调整可降解玻璃纤维和其它可降解材料的比例获得理想的力学性能。

6、如上所述的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板的制备方法，其它可降解材料为聚乳酸(pla)、聚己内酯(pcl)、聚乳酸-羟基乙酸(plga)、聚羟基烷酯(pha)和聚酸酯(pga)中的一种以上。

7、对于制备纺织结构骨板而言，使用单一的可降解玻璃纤维或其它可降解材料制备纱线并不太适合，因为这些材料的特性可能无法满足骨板的性能要求；而采用同时含有可降解玻璃纤维和其它可降解材料的复合纱线，可以利用两种不同的材料的特性互补，从而获得更好的性能；具体来说，可降解玻璃纤维具有较好的强度和刚度，但柔韧性较差，而其它可降解材料柔韧性较好，但强度和刚度较差；因此，将这两种材料复合起来，既可以保持骨板的刚性和强度，又可以增加其柔韧性和韧性，使其更适合在人体内进行修复和替代；此外，通过制备复合纱线，可以更好地控制不同材料的比例和分布，从而更好地调节骨板的性能；如果使用单一的材料制备纱线，则无法灵活地控制材料比例和分布，从而难以满足骨板的性能要求。

8、如上所述的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板的制备方法，复合纱线的制备过程为：将其它可降解材料纤维束和可降解玻璃纤维束通过捻线机按200捻/10cm的捻度以s捻进行加捻，再将加捻得到的纱线和其它可降解材料纤维束通过捻线机按200捻/10cm的捻度以z捻进行加捻，即得复合纱线。

9、如上所述的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板的制备方法，复合纱线的制备过程为：将其它可降解材料纤维束包覆在可降解玻璃纤维束的表面，即得复合纱线。

10、如上所述的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板的制备方法，复合纱线的制备过程为：利用注塑机，将其它可降解材料(形式不限，颗粒状、纤维状等都可以)加热为熔融状态，使可降解玻璃纤维束从熔融状态的其它可降解材料中间通过，使其它可降解材料包覆在可降解玻璃纤维束的表面，即得复合纱线。

11、如上所述的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板的制备方法，复合纱线的制备过程为：采用二维编织技术，将可降解玻璃纤维束作为轴纱(即芯纱)，其它可降解材料纤维束作为编织纱，利用回转角轮系统与“8”字形轨道相结合的方式来实现纱锭有规律的移动，即得复合纱线。

12、如上所述的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板的制备方法，可降解玻璃纤维束中可降解玻璃纤维的纤度为100-1600tex。

13、如上所述的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板的制备方法，其它可降解材料纤维束中其它可降解材料纤维的纤度为100-1600tex。

14、如上所述的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板的制备方法，三维编织时，编织角为5°-70°，预成型体的厚度为5-30mm；三维机织时，层数为2-12层，经密为3-10根/cm，纬密由打纬力度确定；三维针织时，预成型体的厚度为5-30mm，横密为40-90根/5cm，纵密为40-90根/5cm；三维角联锁时，层数为2-12层，经密为3-10根/cm，纬密由打纬力度确定。

15、如上所述的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板的制备方法，加热固化的温度比其它可降解材料的熔点高5-40℃，时间为30-70min。

16、如上所述的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板的制备方法，加热固化和冷却处理采用硫化机，硫化机的压强为10-30mpa，预热10min后先热轧进行加热固化，再进行冷却处理。

17、本发明还提供采用如上任一项所述的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板的制备方法制得的三维可降解纺织结构骨板，三维可降解纺织结构骨板相对于二维层压结构具有更高的弯曲强度，三维可降解纺织结构骨板的弯曲强度可以比相同材料组分的二维层压复合材料提高20％以上，三维可降解纺织结构骨板在三点弯曲测试中展现出的弯曲强度为80-200mpa；

18、三维可降解纺织结构骨板在抗拉强度方面也表现出优势，研究结果显示，三维可降解纺织结构骨板的抗拉强度可以比相同材料组分的二维层压复合材料提高10％-60％，三维可降解纺织结构骨板在拉伸测试中展现出的出平均拉伸强度为60-200mpa；

19、三维可降解纺织结构骨板在冲击吸收性能方面也表现出优势，能够有效缓解外部冲击带来的损伤，研究结果显示，三维可降解纺织结构骨板的冲击强度可以比相同材料组分的二维层压复合材料提高10％-80％，三维可降解纺织结构骨板的吸能能力可以比相同材料组分的二维层压复合材料提高20％-50％；

20、三维可降解纺织结构骨板在断裂韧性测试中展现出的平均断裂韧性为1-8kj/m2；

21、三维可降解纺织结构骨板在体外模拟实验中在2周开始逐渐降解，并在52周内完全被人体吸收；

22、由此可知，本发明的三维可降解纺织结构骨板具有一定的韧性和强度，能够在一定的时间内稳定地支撑骨折部位，同时在适当的时间内被人体吸收降解；

23、相对于二维层压方式，三维可降解纺织结构骨板在压缩性能方面通常表现出明显的改善，它们能够更均匀地分散应力并吸收能量，减少应力集中和破坏的发生，这种改善可以显著提高骨板的稳定性和抗压性能，具体的提升百分比会受到多种因素的影响，如纤维类型、纤维含量、编织结构的密度和形式等，针对特定材料和设计，三维可降解纺织结构骨板的压缩强度可以比相同材料组分的二维层压复合材料提高10％-30％；

24、采用三维可降解纺织结构骨板治疗骨折时，骨整合时间为6-8周；一般情况下，三维纺织结构的孔隙率在30％到70％之间，这种孔隙率可以提供足够的空间供血管和骨细胞生长，并促进新骨组织的生成；通常，三维纺织结构的孔径大小在100微米至500微米之间，这种孔径大小可以为骨细胞提供适宜的生长环境，并促进细胞的附着、增殖和分化；

25、由此可知本发明的三维可降解纺织结构骨板提供足够的骨生长支持。

26、有益效果：

27、本发明所制备的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板，具有良好的力学性能和可塑性，相比于传统的二维层压结构，该结构的骨板不会出现层间缺陷，具有更好的力学性质和可塑性。

28、本发明所制备的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板，通过调节纺织结构和纤维比例，可以根据不同患者的骨折情况和个体差异，个性化定制骨板结构和原材料等，可以更好地适应不同的医学治疗需求。

29、本发明所制备的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板由三维一体织造成型，在织造过程中，可以提前在适当的位置留下孔洞，以便于在后续安装骨板不需要进行打孔，整个骨板一体成型，制备完成后不需要再次加工打孔。

30、本发明所制备的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板的外形尺寸和形状可根据需要进行设计和制造，以适应不同的骨修复需求。

31、本发明所制备的一种一体成型的三维可降解纺织结构骨板具有良好的生物相容性和生物可降解性，可以逐渐被人体代谢和吸收，避免二次手术取出。

32、本发明通过采用三维编织、机织、角联锁、针织等纺织结构，将可降解其它材料纤维和可降解玻璃纤维制成复合纱线，接着利用三维纺织结构制成预成型体，通过加热固化和冷却处理，制得骨板，使得骨板材料在三维空间内具有更好的结合力学性质，这4种三维纺织结构能够提高骨板层间的结合强度和粘合性，整个骨板为一体成型，均匀受力，无需进行层压，整个骨板整体受力，使骨板具有更好的整体力学性能。

33、本发明的骨板采用三维纺织结构，三维纺织结构采用了立体的编织方式，纤维在三个维度上交织和交错排列，形成了一种连续的纺织网络结构，相比之下，二维层压复合材料只在二维平面上进行层压，容易在层与层之间形成不完全结合的区域，导致层间孔隙和缺陷的产生，三维编织结构通过纤维在三维空间中的交织，能够有效地填充空隙，减少层间孔隙的形成，纤维之间的交织和交错作用使得整个结构更加紧密和均匀，减少了气泡的产生。

34、本发明的骨板采用三维纺织结构，三维纺织结构具有在三个维度上进行纤维交织和交错的优势，通过纤维在三维空间中的多方向排列和交错，可以实现更加均匀和优化的纤维分布，这种纤维分布方式能够更好地分散应力，并提供多方向的强度支撑，减少局部应力集中和弱点的形成，同时，三维纺织结构还可以调整纤维的密度和分布，使其适应不同部位的力学需求，进一步优化骨板的力学性能。

35、本发明采用了多种不同的三维纺织结构，包括三维编织、三维机织、角联锁、三维针织等，这些结构可以根据不同的应用场景和材料特性进行灵活选择，可以更好地控制骨板的力学性能和可塑性，同时，这些结构的设计可以增加材料的表面积，促进骨细胞的附着和生长，从而促进骨板的支持和修复。

36、本发明中采用的三维编织、机织、角联锁、针织等纺织结构制备方法相对简化，通过调节纺织工艺参数，如纺丝速度、加捻数等，可以有效控制可降解其它材料纤维和玻璃纤维的比例和分布，实现骨板的定制化设计，同时，由于三维纺织结构为一体成型的，只需要进行一体编织即可，无需层间结合，这种制备方法简单、灵活，提高了制备效率，降低了制备难度。

37、本发明的三维纺织结构中纤维交织交错、结构稳定性高、纤维固定性强，相比于传统的二维层压方式，三维纺织结构能够提供更牢固的纤维连接，减少纤维移动和脱离，从而不会有毛羽产生的风险，获得更均匀、整洁的骨板表面。