玻璃基納米羥基磷灰石生物水泥及其製備方法
2023-08-02 14:14:01 1
專利名稱：玻璃基納米羥基磷灰石生物水泥及其製備方法
技術領域：
本項發明涉及一種具有生物活性，能自行凝固成形的骨粘接劑，具有較高的機械強度，並對癌細胞有抑制作用。
本發明提出的骨粘結劑是一種多相複合物，由具有生物活性和水硬性的磷酸鹽玻璃相顆粒和顆粒間充填納米尺寸的羥基磷灰石晶體相粉末所組成(見
圖1)，前後兩者的質量比為60∶40-90∶10。
上述複合物經與調和液配合，形成具有粘結性的生物水泥。
本發明中，主體為磷酸鹽玻璃，其組分配比(按質量)如下P2O5 10-35％，SiO2和/或Al2O3； 15-50％，CaO和/或MgO； 20-40％，F-和/或R2O 0-10％，各組份的總質量滿足100％，其中R為鹼金屬離子，例如可以為Na，K等，F-為金屬氟化物；磷酸鹽玻璃的顆粒尺寸為2～45μm。
本發明中，羥基磷灰石晶體的組分配比(按質量)如下羥基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2 80-100％，各種水化磷灰石Ca10(PO4)6X2·YH2O20-0％，其中X為F-或/和HCO3-，或/和NH2-等陰離子團，Y＝1-10，晶粒的當量尺寸為10～90nm。另外，該晶體的顆粒形貌為球狀，或者為針狀。形貌為球體的，可增加晶體的不飽和鍵，能有較多的鈣離子瀝淅出，提高抑制癌細胞的功能，形貌為針狀的，位於水化玻璃顆粒的塊體間隙，可加大羥基磷灰石晶體的交織程度，提高骨粘結劑的強度。
本發明中，所使用的調和液的組分配比(按重量)如下(NH4)2HPO490-100％，NH4H2PO410-0％，其pH為7.0-8.5。
本發明中，作為骨粘結劑的多相複合物與調和液的配比如下每10g固體粉與2-8ml調和液配合，調成漿體。該漿體能在2-15分鐘之內凝固成堅硬固體。
上述骨粘結劑的製備方法如下按磷酸鹽玻璃的組份配比製備配料，其將其置於鉑坩堝內，熔製成玻璃熔體；再將玻璃熔體淬冷在兩塊銅板之間，得到無色透明的玻璃薄片；將玻璃薄片粉碎研磨成所需的顆粒尺寸，備用；將Ca(NO3)2·4H2O的乙醇溶液與(NH4)2HPO4的水溶液按Ca/P之比為1.6-.17的比例混合，加入表面活性劑乙醇胺，在溫度為5-25℃、pH為9.8-11.2的條件下攪拌反應，產生沉澱物，即得到納米羥基磷灰石。其中，當表面活性劑過量時，得到的羥基磷灰石為球狀形貌，當表面活性劑較少時，得到的羥基磷酸灰石為針狀形貌；將上述磷酸鹽玻璃顆粒和納米羥基磷灰石粉末按配比混合調製成多相複合物。
最後，使用時，將調和液(如(NH4)2HPO4與NH4H2PO4的混合溶液)按配比與多相複合物在室溫下混合，經水化反應，得具粘結性的漿體。漿體逐漸變稠、變硬，形成銨基磷酸鈣水化物，再經生理模擬液的交代反應，在顆粒的表面，逐漸形成新生態的羥基磷灰石。它有較大的活性，對新骨的形成與生長起誘導作用和傳導作用。
由於多相複合物中的納米羥基磷酸鈣具有較大的比表面，能瀝析出鈣離子，對癌細胞的生長有一定抑制作用，在37℃時人體生活模擬液中的Ca離子溶出率為5×10-8-4×10-7g/g(每克試樣溶出率)。此外，顆粒間的納米羥基磷灰石，也彌補了顆粒間所形成的空穴，提高了生物水泥的強度。7天後的最高耐壓強度可達95MPa，最高抗折強度可達36MPa。因此，與現有的產品相比，本發明所涉及的玻璃基納米羥基磷灰石生物水泥更具有生物活性，有更高的機械強度，而且還具有一定的抑制癌細胞生長的作用。
圖2玻璃基納米羥基磷灰石的多相複合物的水化過程簡圖。
圖中標號1為磷酸鹽玻璃顆粒，2為球狀納米羥基磷灰石，3為針狀納米羥基磷灰石。
實施例1分別取分析純的原料CaHPO4·2H2O，Al(OH)3，SiO2，CaCO3，MgCO3和CaF2，按質量組成比例為P2O512，Al2O35，SiO240，MgO 5，CaO 36，CaF22配製成玻璃配合料，置於鉑坩堝，在1450～1550℃熔制4～6小時後，將熔體淬冷在兩塊銅板之間，得到無色透明的玻璃薄片，並將其粉碎研磨，其顆粒尺寸為5μm的細粉備用。另取分析純試劑Ca(NO3)2·4H2O 19.7g，溶解在200ml的95％乙醇溶液中，並取分析純試劑(NH4)2HPO47.0g，溶解在200ml的去離子水中，將兩液混合，並加8滴乙醇胺作表面活化劑，用NH4OH溶液把混合溶液的pH調整到10；攪拌4小時後，將其沉澱靜止12小時，抽濾後乾燥，獲得球狀的納米羥基磷灰石，其平均尺寸為45nm。再取分析純試劑(NH4)2HPO450g、NH4H2PO42.5g混合後，溶解於100ml的去離子水中，製備成調和液，其pH值調整為7.8。最後取出10g固體(8g玻璃細粉，2g納米羥基磷灰石)粉末，充分混合，加上調和液3.5ml，均勻調和成漿體，將漿體塑造成1cm×1cm×1cm立方體試樣和4mm×4mm×60mm條狀試樣。在100％的相對溼度下養護7天，然後測得耐壓強度為87MPa，抗折強度32MPa，立方體試樣在100ml生理鹽水中，在37℃條件下，Ca++離子的第一天內析出量為1.2×10-7g/g(每克試樣的溶出率)。
實施例2分別取分析純的原料CaHPO4·2H2O，Al(OH)3，SiO2，CaCO3，MgCO3和CaF2，按質量組成比例為P2O512，Al2O35，SiO240，MgO 5，CaO 36，CaF22配製成玻璃配合料，置於鉑坩堝，在1450～1550℃熔制4～6小時後，將熔體淬冷在兩塊銅板之間，得到無色透明的玻璃薄片，並將其粉碎研磨，其顆粒尺寸為5μm的細粉備用。另取分析純試劑Ca(NO3)2·4H2O 16.8g，溶解在200ml的95％乙醇溶液中，取分析純試劑(NH4)2HPO45.6g，溶解在200ml的去離子水中，將兩液混合，並加5滴乙醇胺作表面活化劑，用NH4OH溶液將混合溶液的酸度調整為pH＝10.5；攪拌2小時，將其沉澱靜止12小時，抽濾後乾燥，獲得平均直徑為12nm，長度為65nm的針狀納米羥基磷灰石。再取分析純試劑(NH4)2HPO450g、NH4H2PO42.5g混合後，溶解於100ml的去離子水中，製備成調和液，其pH值調整為7.8。最後取8g上述玻璃細粉，2g上述針狀納米羥基磷灰石，充分混合，在混合的過程中，滴加3.5ml調和液，調成均勻的漿體，將漿體塑造成1cm×1cm×1cm立方體試樣和4mm×4mm×60mm條狀試樣，分別在100％的溼度下養護7天，然後測得耐壓強度為95MPa，抗折強度36MPa，立方體試樣在100ml生理鹽水中，在37℃條件下，Ca++離子的第一天內析出量為7.4×10-8g/g(每克試樣的溶出率)。
實施例3分別取分析純的原料CaHPO4·2H2O，SiO2，CaCO3和CaF2，按質量組成比例為P2O520，SiO237，CaO 42，CaF21配製成玻璃配合料，置於鉑坩堝，在1450～1550℃熔制4～6小時後，將熔體淬冷於兩塊銅板之間，得到無色透明的玻璃薄片。將玻璃粉碎、研磨成顆粒尺寸為10μm的細粉備用。另取分析純試劑Ca(NO3)2·4H2O 19.7g，溶解在200ml的95％乙醇溶液中，取分析純試劑(NH4)2HPO47.0g，溶解在200ml的去離子水中，將兩液混合，並加8滴乙醇胺用作表面活化劑，用NH4OH溶液將混合液體的酸度調整到pH＝10.0；攪拌4小時後，將其沉澱靜止12小時，抽濾後乾燥，獲得球狀納米羥基磷灰石，其平均直徑為55nm。再取分析純試劑(NH4)2HPO450g、NH4H2PO42.5g混合後，溶解在100ml的去離子水中，製備成調和液，其酸度調整為pH＝7.8。最後取8g上述玻璃細粉，2g上述球狀納米羥基磷灰石，充分混合，在混合的過程中，滴加3.5ml調和液，調成均勻的漿體，將漿體塑造成1cm×1cm×1cm立方體試樣和4mm×4mm×60mm條狀試樣，分別在100％的溼度下養護7天，然後測得耐壓強度為79MPa，抗折強度27MPa，立方體試樣在100ml生理鹽水中，在37℃條件下，Ca++離子的第一天內析出量為2.2×10-7g/g(每克試樣的溶出率)。
實施例4
分別取分析純原料CaHPO4·2H2O，SiO2，CaCO3和CaF2，按質量組成比例為P2O520，SiO237，CaO 42，CaF21，配製成玻璃配合料，置於鉑坩堝，在1450～1550℃熔制4～6小時後，將熔體淬冷於兩塊銅板之間，得到無色透明的玻璃薄片。將玻璃粉碎、研磨成顆粒尺寸為10μm的細粉備用。另取分析純試劑Ca(NO3)2·4H2O 16.8g，溶解在200ml的95％乙醇溶液中；取分析純試劑(NH4)2HPO45.6g，溶解在200ml的去離子水中，將兩液混合，並加5滴乙醇胺用作表面活化劑，用NH4OH溶液將混合液體的酸度調整到pH＝10.5；攪拌4小時後，將其沉澱靜止12小時，抽濾後乾燥，獲得平均直徑為18nm長度為75nm的針狀納米羥基磷灰石。再取分析純試劑(NH4)2HPO450g、NH4H2PO42.5g混合後，溶解在100ml的去離子水中，製備成調和液，其pH值調整到7.8。最後取8g上述玻璃細粉，2g上述針狀納米羥基磷灰石，充分混合，在混合的過程中，滴加3.5ml調和液，調成均勻的漿體，將漿體塑造成1cm×1cm×1cm立方體試樣和4mm×4mm×60mm長條狀試樣，分別在100％的溼度下養護7天，然後測得立方體試樣的耐壓強度為91MPa，長方體試樣的抗折強度33MPa，立方體試樣在100ml生理鹽水中，在37℃條件下，Ca++離子的第一天內析出量為8.9×10-8g/g(每克試樣的溶出率)。
權利要求
1.一種骨粘結劑，其特徵在於為一種多相複合物，由具有生物活性和水硬性的磷酸鹽玻璃顆粒和顆粒間充填納米尺寸的羥基磷灰石晶體粉末所組成，前後兩者的質量比為60∶40-90∶10。
2.根據權利要求1所述的骨粘結劑，其特徵在於每10g多相複合物與2-8ml調和液配合，形成具有粘結性的生物水泥。
3.根據權利要求1所述的骨粘結劑，其特徵在於主體磷酸鹽玻璃的組分按質量的配比如下P2O5 10-35％，SiO2和/或Al2O3；15-50％，CaO和/或MgO； 20-40％，F-和/或R2O0-10％，各組份的總質量滿足100％，其中R為鹼金屬離子，F-為金屬氟化物；磷酸鹽玻璃的顆粒尺寸為2～45μm。
4.根據權利要求1所述的骨粘結劑，其特徵在於羥基磷灰石晶體的組分按質量的配比如下羥基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2 80-100％，各種水化磷灰石Ca10(PO4)6X2YH2O20-0％，其中X為F-或/和HCO3-，或/和NH2-陰離子團，Y＝1-10，晶粒的當量尺寸為10～90nm。
5.根據權利要求2所述的骨粘結劑，其特徵在於羥基磷灰石晶體組分按質量的配比如下(NH4)2HPO490-100％，NH4H2PO410-0％，其pH為 7.0-8.5。
6.一種如權利要求1-5所述的骨粘結劑的製備方法，其特徵在於具體步驟如下按磷酸鹽玻璃的組份配比製備配合料，其將其置於鉑坩堝內，熔製成玻璃熔體；再將玻璃熔體淬冷在兩塊銅板之間，得到無色透明的玻璃薄片；將玻璃薄片粉碎研磨成所需的粒尺寸，備用；將Ca(NO3)2·4H2O的乙醇溶液與(NH4)2HPO4的水溶液按Ca/P之比為1.6-.17的比例混合，加入表面活性劑乙醇胺，在溫度為5-25℃、pH為9.8-11.2的條件下攪拌反應，產生沉澱物，即得到納米羥基磷灰石；將上述磷酸鹽玻璃顆粒和納米羥基磷灰石粉術按配比混合調製成多相複合物。
7.根據權利要求6所述的製備方法，其特徵在於將調和液(NH4)2HPO4與NH4H2PO4的混合液按配比和多相複合物在室溫下混合，經水化反應，得具有粘結性的漿體。
全文摘要
本項發明涉及一種具有生物活性、能自行凝固成形的骨粘接劑(又稱生物水泥)，它是一種多相複合物，由磷酸鹽玻璃相和納米羥基磷灰石晶體相所組成。磷酸鹽玻璃相賦予生物水泥以優良的生物相容性與生物活性，與調和液混合後，具有粘度逐漸增大的性能，形成的混合物最終能自行固化，粘接骨組合件。混合時固化反應的產物銨基磷酸鈣水化物經人體生理模擬液作用，生成新生態羥基磷灰石，對新骨的形成與生長起誘導作用。本發明用於外科手術中的骨缺損的修補和人造骨與自然骨的粘接，有較高的耐壓強度，並具有抑制癌細胞生長的功能。
文檔編號A61L27/12GK1446588SQ0311510
公開日2003年10月8日 申請日期2003年1月23日 優先權日2003年1月23日
發明者黃文旵, 王德平, 周萘 申請人:同濟大學