骨水泥固化液及其製備方法和應用的製作方法

2023-06-03 21:11:36

骨水泥固化液及其製備方法和應用的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種骨水泥固化液及其製備方法和應用。該固化液，各組分質量百分含量為：檸檬酸3-55%；磷酸化殼聚糖0.05-10%；水溶性高分子類總量不大於15%，無機鹽類總量不大於20%，有機小分子類不大於45%，餘量為水，或酸溶液。本發明提供的固化液配方的製備方法豐富了殼聚糖改性骨水泥的方式，簡單、易行、效果好、適於在不同無機鈣基骨水泥體系中推廣使用，可大規模應用。
【專利說明】骨水泥固化液及其製備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種生物醫用材料【技術領域】的方法，具體是一種磷酸化殼聚糖改性的骨水泥固化液配方及其製備方法。
【背景技術】
[0002]可注射磷酸鈣骨水泥用於骨修復時對其綜合性能要求苛刻，如良好的生物相容性、骨傳導性、可降解性、一定的力學強度、抗潰散、可注射等。而磷酸鈣本身往往不能同時滿足以上要求，一般須往磷酸鈣系骨水泥粉末或固化液中添加改性劑、增強劑、交聯劑等。
[0003]在眾多材料中，殼聚糖及其衍生物由於其生物相容性好、可降解、對骨水泥有明顯增強作用受到廣泛關注。磷酸化殼聚糖是殼聚糖中的一種常見衍生物，常作為骨骼替換和藥物控制釋放材料，適用於整形和組織工程。此外，磷酸化殼聚糖的溶解度和對金屬離子的絡合能力較殼聚糖本身有大幅提高。考慮到磷酸鈣系骨水泥在固化時會涉及到鈣離子的溶解與磷酸鈣再結晶。磷酸基元的引入可以更快地促進骨水泥成型並增強。如果能將殼聚糖與磷酸根的各自優點結合當可開發出綜合性能更加優異的新型骨水泥。
[0004]本發明針對以上背景與現有技術的不足，提供一種新型骨水泥固化液及其製備方法。
【發明內容】

[0005]本發明的目的在於提供一種新型骨水泥固化液配方及其製備方法和應用。結合傳統的殼聚糖改性骨水泥與磷酸鹽改性骨水泥的優點，通過恰當地合成路線及配方製備，開發出一種新型骨水泥固化液配方。
[0006]一種骨水泥固化液，其特徵在於，其中各組分質量百分含量如下:
梓檬酸:3-55% ；
磷酸化殼聚糖:0.05-10% ；
水溶性高分子類總量不大於15%，其中，羧甲基纖維素鈉:0-5%、透明質酸:0-1%、羥丙基甲基纖維素:0-2%、聚乙烯醇:0-1.5%、聚乙二醇:0-10%、澱粉:0-5%、明膠:0-2%、膠原蛋白:0-2% ；
無機鹽類總量不大於20%，其中，硫酸鈉:0-15%、硫酸鉀:0-15%、硫酸銨:0-15%、硫酸鎂:0-10%、氯化鈉:0-10%、氯化鉀:0-10%、氯化鈣:0-15% ；
有機小分子類不大於45%，其中，甘油磷酸鈉:0-15%、葡萄糖:0-15%、甘露糖:0-15%、環糊精:0-5%、甘油:0-40% ；
餘量為水，或酸溶液。
[0007]—種骨水泥固化液的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟:
Cl)配製含3-55%檸檬酸和0.05-10%磷酸化殼聚糖的溶液；
(2)在檸檬酸-殼聚糖溶液的基礎上添加水溶性高分子、無機鹽或有機小分子改性劑中的一種或其組合得到最終的固化液；(3)若固化液長期不用，將其保存於4°C環境，使用前預溶；
(4)將骨水泥粉末與固化液按液固比進行調和，即可得到磷酸化殼聚糖改性的骨水泥。
[0008]步驟(1)所述的檸檬酸-磷酸化殼聚糖溶液的溶劑為水溶液，或酸性溶液。
[0009]所述酸性溶液為0.01-0.3 M鹽酸溶液、0.01-0.3 M硫酸溶液、0.01-0.5 M磷酸溶液、0.01-0.6 M乙酸溶液、0.01-0.2 M硝酸溶液、0.01-0.5 M抗壞血酸溶液、0.01-0.5 M乳酸溶液中的一種或其組合。
[0010]步驟(2)所述的溶液的配製方式為室溫溶解，或60°C以下加熱助溶，還可以輔以機械攪拌或磁力攪拌。
[0011]步驟(3)所述的預溶方式為在37°C以下加熱使固化液成為可流動的液體。
[0012]步驟(5)所述的骨水泥粉末為磷酸三鈣為主體成份、羥基磷灰石為輔助成分的骨水泥粉末，羥基磷灰石的含量為0.5-49%。
[0013]步驟(5)所述的液固比為每I克骨水泥粉末中加入0.30-0.70毫升的固化液。
[0014]一種骨水泥固化液作為骨水泥固化液的應用。
[0015]表觀密度測試方法為:首先採用直徑6 mm高度10 mm的圓柱狀模具製備骨水泥樣品，然後測量固化24小時後的骨水泥樣品的實際直徑、高度和質量，計算出其密度即為表觀密度。
[0016]潰散係數的測試方法為:將固化後骨水泥在水中浸泡10天後質量減少百分比作為潰散係數。
[0017]含骨水泥水溶液的pH值測`試方法為:將1.0 g固化24小時後的骨水泥放在20 mL超純水中，然後用PH計測定其在不同浸泡時間的pH值。
[0018]抗壓強度測試方法為:首先採用直徑6 mm高度10 mm的圓柱狀模具製備骨水泥樣品，在37 °C，100%溼度條件下固化。然後利用萬能力學試驗機測量固化24小時後的骨水泥樣品的抗壓強度。
[0019]骨水泥在擠壓注射時無固液分離現象，注射能力係數不小於80%，初凝時間不超過40 min。其固化後加入水中pH值在5-9範圍內，表觀密度不小於1.30 g/cm3，潰散係數不大於3%,抗壓強度不小於2.5 MPa。
【具體實施方式】
[0020]以下實施例以發明技術方案為前提進行實施，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。
[0021]實施例1:
稱取86 g 二水合磷酸氫|丐和25 g碳酸|丐，將其加入到165 mL水中球磨混合均勻。然後將水減壓蒸餾，在80 °C真空乾燥箱中乾燥得到混合粉體。將粉體在900 °(:爐中段燒15h後採用溼法球磨得到骨水泥分散液。將分散液離心、乾燥後得到骨水泥粉末主體成分，主要為磷酸三鈣。將96 g β-磷酸三鈣和4 g羥基磷灰石混合均勻得到骨水泥粉末。
[0022]實施例2:
稱取0.2 g磷酸化殼聚糖加入到10 mL 40 ?丨％檸檬酸水溶液中，加水到總質量為19.8克。然後加入0.2克羧甲基纖維素鈉，得到磷酸化殼聚糖與羧甲基纖維素鈉改性的固化液。將固化液與實施例1中由β -磷酸三鈣與羥基磷灰石組成的骨水泥粉末按0.5 mL/g的液固比進行調和，參照標準ASTM C191測定初凝時間為31 min。注射能力係數為94%。固化24小時後骨水泥表觀密度為1.47 g/cm3，水中潰散係數為1.5%，抗壓強度6.7 MPa。將其加入水中，溶液呈中性。
[0023]實施例3:
稱取0.2 g磷酸化殼聚糖加入到10 mL 40 ?丨％檸檬酸水溶液中，加水到總質量為17.8go然後加入0.2 g羧甲基纖維素鈉和2 g甘油，得到磷酸化殼聚糖與羧甲基纖維素鈉改性的固化液。將固化液與實施例1中由磷酸三鈣與羥基磷灰石組成的骨水泥粉末按0.5mL/g的液固比進行調和，參照標準ASTM C191測定初凝時間為23 min。注射能力係數為93%。固化24小時後骨水泥表觀密度為1.44 g/cm3，水中潰散係數為1.0%，抗壓強度7.0MPa。將其加入水中，溶液呈中性。
[0024]實施例4:
稱取0.2 g磷酸化殼聚糖加入到10 mL 40 ?丨％檸檬酸水溶液中，加水到總質量為19.8go然後加入0.2 g明膠，得到磷酸化殼聚糖與明膠改性的固化液。將固化液與實施例1中由磷酸三鈣與羥基磷灰石組成的骨水泥粉末按0.5 mL/g的液固比進行調和，參照標準ASTM C191測定初凝時間為6 mi n。注射能力係數為97%。固化24小時後骨水泥表觀密度為1.45 g/cm3，水中潰散係數為0.9%，抗壓強度5.3 MPa。將其加入水中，溶液呈中性。
[0025]實施例5:
稱取0.2 g磷酸化殼聚糖加入到10 mL 40 ?丨％檸檬酸水溶液中，加水到總質量為17.8go然後加入0.2 g明膠和2 g甘油，得到磷酸化殼聚糖與明膠改性的固化液。將固化液與實施例1中由磷酸三鈣與羥基磷灰石組成的骨水泥粉末按0.5 mL/g的液固比進行調和，參照標準ASTM C191測定初凝時間為31 min。注射能力係數為94%。固化24小時後骨水泥表觀密度為1.46 g/cm3，水中潰散係數為1.3%，抗壓強度2.7 MPa。將其加入水中，溶液呈中性。
[0026]實施例6:
稱取0.2 g磷酸化殼聚糖加入到10 mL 40 ?丨％檸檬酸水溶液中，加水到總質量為19.8go然後加入0.2 g羥丙基甲基纖維素，得到磷酸化殼聚糖與羥丙基甲基纖維素改性的固化液。將固化液與實施例1中由β -磷酸三鈣與羥基磷灰石組成的骨水泥粉末按0.5 mL/g的液固比進行調和，參照標準ASTM C191測定初凝時間為19 min。注射能力係數為92%。固化24小時後骨水泥表觀密度為1.51 g/cm3，水中潰散係數為1.4%，抗壓強度4.6 MPa。將其加入水中，溶液呈中性。
[0027]實施例7:
稱取0.2 g磷酸化殼聚糖加入到10 mL 40 ?丨％檸檬酸水溶液中，加水到總質量為17.8go然後加入0.2 g羥丙基甲基纖維素和2 g甘油，得到磷酸化殼聚糖與羥丙基甲基纖維素改性的固化液。將固化液與實施例1中由磷酸三鈣與羥基磷灰石組成的骨水泥粉末按
0.5 mL/g的液固比進行調和，參照標準ASTM C191測定初凝時間為26 min。注射能力係數為90%。固化24小時後骨水泥表觀密度為1.48 g/cm3,水中潰散係數為1.7%，抗壓強度3.5MPa。將其加入水中，溶液呈中性。
[0028]實施例8:
稱取0.2 g磷酸化殼聚糖加入到10 mL 40 ?丨％檸檬酸水溶液中，加水到總質量為19.6go然後加入0.2 g羥丙基甲基纖維素和0.2 g明膠，得到磷酸化殼聚糖、羥丙基甲基纖維素和明膠改性的固化液。將固化液與實施例1中由磷酸三鈣與羥基磷灰石組成的骨水泥粉末按0.5 mL/g的液固比進行調和，參照標準ASTM C191測定初凝時間為15 min。注射能力係數為98%。固化24小時後骨水泥表觀密度為1.51 g/cm3，水中潰散係數為0.7%，抗壓強度11.25 MPa。將其加入水中，溶液呈中性。
[0029]實施例9:
稱取0.2 g磷酸化殼聚糖加入到10 mL 40 ?丨％檸檬酸水溶液中，加水到總質量為17.6go然後加入0.2 g羥丙基甲基纖維素、0.2 g明膠和2 g甘油，得到最終固化液。將固化液與實施例1中由β -磷酸 三鈣與羥基磷灰石組成的骨水泥粉末按0.5 mL/g的液固比進行調和，參照標準ASTM C191測定初凝時間為15min。注射能力係數為98%。固化24小時後骨水泥表觀密度為1.47 g/cm3，水中潰散係數為0.5%，抗壓強度2.7 MPa。將其加入水中，溶液呈中性。
【權利要求】
1.一種骨水泥固化液，其特徵在於，其中各組分質量百分含量如下: 梓檬酸:3-55% ； 磷酸化殼聚糖:0.05-10% ； 水溶性高分子類總量不大於15%，其中，羧甲基纖維素鈉:0-5%、透明質酸:0-1%、羥丙基甲基纖維素:0-2%、聚乙烯醇:0-1.5%、聚乙二醇:0-10%、澱粉:0-5%、明膠:0-2%、膠原蛋白:0-2% ； 無機鹽類總量不大於20%，其中，硫酸鈉:0-15%、硫酸鉀:0-15%、硫酸銨:0-15%、硫酸鎂:0-10%、氯化鈉:0-10%、氯化鉀:0-10%、氯化鈣:0-15% ； 有機小分子類不大於45%，其中，甘油磷酸鈉:0-15%、葡萄糖:0-15%、甘露糖:0-15%、環糊精:0-5%、甘油:0-40% ； 餘量為水，或酸溶液。
2.根據權利要求1所述骨水泥固化液的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)配製含3-55%檸檬酸和0.05-10%磷酸化殼聚糖的溶液； (2)在檸檬酸-殼聚糖溶液的基礎上添加水溶性高分子、無機鹽或有機小分子改性劑中的一種或其組合得到最終的固化液； (3)若固化液長期不用，將其保存於4°C環境，使用前預溶； (4)將骨水泥粉末與固化液按液固比進行調和，即可得到磷酸化殼聚糖改性的骨水泥。
3.根據權利要求2所述骨水泥固化液的製備方法，其特徵在於，步驟(1)所述的檸檬酸-磷酸化殼聚糖溶液的溶劑為水溶液，或酸性溶液。
4.根據權利要求3所述骨水泥固化液的製備方法，其特徵在於，所述酸性溶液為0.01-0.3 M鹽酸溶液、0.01-0.3 M硫酸溶液、0.01-0.5 M磷酸溶液、0.01-0.6 M乙酸溶液、0.01-0.2 M硝酸溶液、0.01-0.5 M抗壞血酸溶液、0.01-0.5 M乳酸溶液中的一種或其組合。
5.根據權利要求2所述骨水泥固化液的製備方法，其特徵在於，步驟(2)所述的溶液的配製方式為室溫溶解，或60°C以下加熱助溶，還可以輔以機械攪拌或磁力攪拌。
6.根據權利要求2所述骨水泥固化液的製備方法，其特徵在於，步驟(3)所述的預溶方式為在37°C以下加熱使固化液成為可流動的液體。
7.根據權利要求2所述骨水泥固化液的製備方法，其特徵在於，步驟(5)所述的骨水泥粉末為β_磷酸三鈣為主體成份、羥基磷灰石為輔助成分的骨水泥粉末，羥基磷灰石的含量為 0.5-49%ο
8.根據權利要求2所述骨水泥固化液的製備方法，其特徵在於，步驟(5)所述的液固比為每I克骨水泥粉末中加入0.30-0.70毫升的固化液。
9.根據權利要求1所述骨水泥固化液作為骨水泥固化液的應用。
【文檔編號】A61L27/50GK103656744SQ201310642408
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】劉濤, 楊迪誠, 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