注射性多孔骨水泥及其製備方法
2023-06-16 00:34:31 2
專利名稱：注射性多孔骨水泥及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種注射性多孔骨水泥及其製備方法。特別是一種快固化、抗潰散的注射性多孔骨水泥及其製備方法。
背景技術：
理想的骨水泥需要滿足良好的注射性、易操作性(低固化溫度及短固化時間)、抗潰散性、一定的力學強度、合適的微孔和大孔結構，還要具有良好的生物相容性、骨誘導性、骨傳導性和生物活性及可降解性等特點[Low KL, et al, Journal of BiomedicalMaterials Research Part B-Applied Biomaterials. , 2010]。
用注射性骨水泥進行骨修復時，為了實現細胞和血管的長入及骨組織的重建，骨水泥最好具有一定的大孔結構。傳統的注射性骨水泥製備大孔的方法為添加可溶性或可降解的物質作為致孔劑，如甘露醇、牛血清蛋白、聚乙丙交酯、明膠等[Xu HHK,et al, Biomaterials, 2006; Sun Q, et al, Journal of Wuhan University ofTechno I ogy-Mat er. Sc1. Ed. , 202012; Xue Z, et al, Journal of Alloys andCompounds, 2012],也有報導碳酸化輕基磷灰石骨水泥製備注射性多孔骨水泥[唐佩福，et al,中國修復重建外科雜誌，2005]。無機鈣基骨水泥體系的普遍性問題是滲漏或遇血液潰散從而導致肺栓塞、甚至死亡。通過加入羥丙基甲基纖維素(HPMC)、海藻酸鈉、殼聚糖等交聯劑或增稠劑，可以提高骨水泥的自粘性，從而改善其耐水性。不過,此類物質的加入往往會使骨水泥固化時間延長，導致不同程度的滲漏問題依然存在。
發明內容
本發明的目的之一在於克服現有技術中存在的問題，提供一種快固化、抗潰散的注射性多孔骨水泥。本發明的目的之二在於提供一種該多孔骨水泥的製備方法。本發明的目的通過以下技術方案來實現向骨水泥粉末中添加一定量的碳酸鹽和硫酸鹽，在酸性固化液中加入殼聚糖和羥丙基甲基纖維素作為雙組分的交聯劑，兩者按照一定液固比進行調和，利用反應生成的二氧化碳進行發泡、通過原位生成硫酸鈣加速固化、通過雙組分的交聯劑提高骨水泥的自粘性，即可得到快固化、抗潰散的注射性多孔骨水泥。根據上述機理，本發明採用如下技術方案
一種注射性多孔骨水泥，由骨水泥粉末與固化液按0. 1-1. O g/lml的固液比組成，其特徵在於所述的骨水泥粉末中含質量分數為1-60%的碳酸鹽和質量分數為0. 05-10%的硫酸鹽；所述的固化液中含有質量濃度為0. 05-5%殼聚糖和質量濃度為0. 01-3%的羥丙基甲基纖維素。上述的骨水泥無機鈣基骨水泥粉末。上述的無機鈣基骨水泥粉末為含磷酸鈣、硫酸鈣、矽酸鈣和碳酸鈣中至少一種的骨水泥粉末。上述的無機鈣基骨水泥粉末有β-磷酸三鈣骨水泥粉末、β-磷酸三鈣和羥基磷灰石按7:3的質量比的混合粉末、β-磷酸三鈣和羥基磷灰石按9:1的質量比的混合粉末。上述的碳酸鹽為碳酸鈣、碳酸鈉、碳酸鉀及對應的碳酸氫鹽中的至少一種，其粒徑不超過5 μ m。上述的硫酸鹽為硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鈣及對應的硫酸氫鹽中的一種，其粒徑小於60 μ m0上述的固化液為無機鈣基骨水泥中的pH值小於4的酸性固化液。 上述的pH值小於4的酸性固化液有磷酸、鹽酸、硫酸、乙酸、檸檬酸溶液，或透明質酸、脂肪酸、羧基大分子等含有羧基、磺酸基的可溶性分子中的至少一種配製的溶液。一種製備上述的注射性多孔骨水泥的方法，其特徵在於該方法的具體步驟為
a.向骨水泥粉末中添加碳酸鹽和硫酸鹽；
b.向固化液中添加殼聚糖和羥丙基甲基纖維素的雙組分交聯劑；
c.將骨水泥粉末和固化液混合均勻後，得到所需的注射性多孔骨水泥。本發明以碳酸鹽為固體發泡劑、以硫酸鹽為固化促進劑、以殼聚糖和羥丙基甲基纖維素為雙組分交聯劑，製備快固化、抗潰散的注射性多孔骨水泥。本發明提供的注射性多孔骨水泥的凝固時間在5-25 min,固化20min_2 h後遇水已不潰散，固化產物具有100-1000μ m的聯通孔，孔隙率為1-70%，抗壓強度在O. 5 - 40MPa之間。本發明提供的製備方法工藝簡單、容易實施、所製備的注射性多孔骨水泥的綜合性能優越，可大規模生產。
圖1是本發明的注射性多孔骨水泥固化後斷面的掃描電鏡圖片。
具體實施例方式以下實施例以β -磷酸三鈣骨水泥粉末、β -磷酸三鈣和羥基磷灰石按7:3的質量比的混合粉末、β -磷酸三鈣和羥基磷灰石按9:1的質量比的混合粉末為例，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍並不限於下述的實施例。實施例1:向β -磷酸三鈣骨水泥粉末中加入質量分數6. 5%的商業碳酸鈣及質量分數4. 5%的300-400目之間的無水硫酸鈉粉末，以無水乙醇為介質、轉速500 rpm、球磨12h、離心、加熱乾燥、搗碎，得到骨水泥粉末。配製殼聚糖質量分數2%、羥丙基甲基纖維素質量分數1%、檸檬酸質量分數為20%的水溶液作為固化液。將骨水泥粉末與固化液按Ig 0. 45ml固液比進行調和，製得快固化、抗潰散的注射性多孔骨水泥，參照標準ASTM C191測定初凝時間為25 min。固化反應進行I h後，遇水已不潰散，溫度37 ° C、相對溼度100%條件下養護24 h，其斷面形貌如圖1所示，具有200-700 μ m大小的聯通孔，孔隙率為60%，抗壓強度為14. 2 MPa。實施例2 :向磷酸三鈣/羥基磷灰石(質量比7:3)的混合粉末中加入質量分數6. 5%的商業碳酸鈣及質量分數4. 5%的300-400目之間的無水硫酸鈉粉末，以無水乙醇為介質、轉速500 rpm、球磨12 h、離心、加熱乾燥、搗碎，得到骨水泥粉末。配製殼聚糖質量分數O. 05%、羥丙基甲基纖維素質量分數3%、檸檬酸質量分數為20%的水溶液作為固化液。將骨水泥粉末與固化液按Ig 0. 5 ml固液比進行調和，製得快固化、抗潰散的注射性多孔骨水泥，參照標準ASTM C191測定初凝時間為22 min。固化反應進行I h後，遇水已不潰散，溫度37 ° C、相對溼度100%條件下養護24 h，固化產物的形貌結構與圖1類似，具有200-650 μ m大小的聯通孔，孔隙率為55%，抗壓強度為16. 3 MPa。實施例3 :向磷酸三鈣/羥基磷灰石(質量比7:3)的混合粉末中加入質量分數8%的商業碳酸鈣及質量分數5%的300-400目之間的無水硫酸鈉粉末，以無水乙醇為介質、轉速500 rpm、球磨12 h、離心、加熱乾燥、搗碎，得到骨水泥粉末。配製殼聚糖質量分數2%、羥丙基甲基纖維素質量分數1%、檸檬酸質量分數為30%的水溶液作為固化液。將骨水泥粉末與固化液按0.5 ml :lg液固比進行調和，製得快固化、抗潰散的注射性多孔骨水泥，參照標準ASTM C191測定初凝時間為13 min。固化反應進行45 min後遇水不潰散，溫度37° C、相對溼度100%條件下養護24 h，固化產物的形貌結構與圖1類似，具有250-600 μ m大小的聯通孔，孔隙率為51%，抗壓強度為18.1 MPa。
實施例4 :向β -磷酸三鈣/羥基磷灰石(質量比9:1)的混合粉末中加入質量分數8%的商業碳酸鈣及質量分數6%的300-400目之間的無水硫酸鈉粉末，以無水乙醇為介質、轉速500 rpm、球磨12 h、離心、加熱乾燥、搗碎，得到骨水泥粉末。配製殼聚糖質量分數1. 5%、羥丙基甲基纖維素質量分數O. 8%、檸檬酸質量分數為40%的水溶液作為固化液。將骨水泥粉末與固化液按O. 5 ml/g液固比進行調和，製得快固化、抗潰散的注射性多孔骨水泥，參照標準ASTM C191測定初凝時間為11 min。固化反應進行I h後遇水不潰散，溫度37° C、相對溼度100%條件下養護24 h，固化產物的形貌結構與圖1類似，具有250-500 μ m大小的聯通孔，孔隙率為46%，抗壓強度為17. 6 MPa。實施例5 :向β -磷酸三鈣/羥基磷灰石(質量比9:1)雙相磷酸鈣的粉末中加入質量分數8%的商業碳酸鈣及質量分數5%的300-400目之間的無水硫酸鈉粉末，以無水乙醇為介質、轉速500 rpm、球磨12 h、離心、加熱乾燥、搗碎，得到骨水泥粉末。配製殼聚糖質量分數5%、羥丙基甲基纖維素質量分數O. 01%、檸檬酸質量分數為30%的水溶液作為固化液。將骨水泥粉末與固化液按O. 43 ml/g液固比進行調和，製得快固化、抗潰散的注射性多孔骨水泥，參照標準ASTM C191測定初凝時間為12 min。固化反應進行45 min後遇水不潰散，溫度37 ° C、相對溼度100%條件下養護24 h，固化產物的形貌結構與圖1類似，具有200-650 μ m大小的聯通孔，孔隙率為55%，抗壓強度為19. 3 MPa。
權利要求
1.一種注射性多孔骨水泥，由骨水泥粉末與固化液按Ig :0. 1-1. Oml的固液比組成，其特徵在於所述的骨水泥粉末中含質量分數為1-60%的碳酸鹽和質量分數為O. 05-10%的硫酸鹽；所述的固化液中含有質量濃度為O. 05-5%殼聚糖和質量濃度為O. 01-3%的羥丙基甲基纖維素。
2.根據權利要求1所述的注射性多孔骨水泥，其特徵在於所述的骨水泥無機鈣基骨水泥粉末。
3.根據權利要求2所述的注射性多孔骨水泥，其特徵在於所述的無機鈣基骨水泥粉末有含磷酸鈣、硫酸鈣、矽酸鈣和碳酸鈣中至少一種的骨水泥粉末。
4.根據權利要求3所述的注射性多孔骨水泥，其特徵在於所述的無機鈣基骨水泥粉末有β -磷酸三鈣骨水泥粉末、β -磷酸三鈣和羥基磷灰石按7:3的質量比的混合粉末、 β -磷酸三鈣和羥基磷灰石按9:1的質量比的混合粉末。
5.根據權利要求1所述的注射性多孔骨水泥，其特徵在於所述的碳酸鹽為碳酸鈣、碳酸鈉、碳酸鉀及對應的碳酸氫鹽中的至少一種，其粒徑不超過5 μ m。
6.根據權利要求1所述的注射性多孔骨水泥，其特徵在於所述的硫酸鹽為硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鈣及對應的硫酸氫鹽中的一種,其粒徑小於60 μ m。
7.根據權利要求1所述的一種注射性多孔骨水泥，其特徵在於所述的固化液為無機鈣基骨水泥中的pH值小於4的酸性固化液。
8.根據權利要求1所述的一種注射性多孔骨水泥，其特徵在於所述的pH值小於4的酸性固化液有磷酸、鹽酸、硫酸、乙酸、檸檬酸溶液，或透明質酸、脂肪酸、羧基大分子等含有羧基、磺酸基的可溶性分子中的至少一種配製的溶液。
9.一種製備根據權利要求1一8中任一項所述的注射性多孔骨水泥的方法，其特徵在於該方法的具體步驟為a.向骨水泥粉末中添加碳酸鹽和硫酸鹽；b.向固化液中添加殼聚糖和羥丙基甲基纖維素的雙組分交聯劑；c.將骨水泥粉末和固化液混合均勻後，得到所需的注射性多孔骨水泥。
全文摘要
本發明涉及一種注射性多孔骨水泥及其製備方法，屬於醫用生物材料製備領域。該骨水泥以碳酸鹽為固體發泡劑、以硫酸鹽為固化促進劑、以殼聚糖和羥丙基甲基纖維素為雙組分交聯劑，所製備骨水泥的凝固時間在5-25min，固化20min-2h後遇水不潰散，固化產物具有100-1000μm的聯通孔，孔隙率為1-70%，抗壓強度在0.5-40MPa之間。本發明提供的製備方法工藝簡單、容易實施、所製備的注射性多孔骨水泥的綜合性能優越，可大規模生產。
文檔編號A61L27/20GK102989042SQ20121055935
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者閆策, 鍾建, 金彩虹, 何丹農 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司