一種磁性骨水泥材料及磁性骨水泥的製備方法
2023-04-24 22:38:51 3
專利名稱：一種磁性骨水泥材料及磁性骨水泥的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種磁性骨水泥及磁性骨水泥的製備方法，屬於生物醫用無機材料技術領域。
背景技術：
骨腫瘤的術後復發問題是困擾醫學界的一大難題。如有潛在惡性的骨巨細胞瘤，復發機率達10-50%，即使使用了廣泛切除手術，仍可能需要再次手術甚至截肢以根治。再如即使使用大劑量化療聯合手術治療，原發性骨肉瘤仍有約30% -40%的復發機率。復發導致60% -70%的5年生存周期降至23% -29%。骨腫瘤復發不僅使患者經受更多的痛苦，甚可威脅生命。由於骨腫瘤的復發問題，人們對原本只有骨修復和重建功能的骨修復材料提出了腫瘤治療功能的要求。
磁熱療法利用磁性物質在交變磁場下可以將外加磁場能量轉換成熱能的特點，如果將磁感應介質適形植入或導入到患者的腫瘤部位，外加交變磁場可靶向加熱腫瘤區。由於腫瘤組織或腫瘤細胞比正常細胞對熱更敏感的特性，癌細胞在42°C以上就會死亡，而正常細胞可抗熱到48°C左右，因此，磁熱可以殺死癌細胞而不傷害正常組織。磁感應熱療具有靶向性高、副作用小、操作簡單和成本低廉等特點，並且磁感應介質一經植入，可重複多次熱療，所以特別適合治療處於身體深處的骨腫瘤。由於磁熱療需要磁感應介質，因此即具有磁性又具有骨修復功能的複合生物材料在骨腫瘤等骨科疾病治療領域具有很大的潛在應用價值，成為各國科學家研究的熱點。目前開發的具有磁性的骨修復材料主要有磁性粉體、磁性流體、磁性凝膠、磁性生物活性玻璃陶瓷和磁性骨水泥等。其中由於骨水泥生物相容性好，可臨床任意塑形，操作方便，並且其可處理成漿料形式直接注入骨缺陷中並原位固化，實現微創，因而在臨床上廣受外科醫生的歡迎，得到廣泛的應用。開發具有磁性的骨水泥，也成為科學家競相研究的對象。但是目前的磁性骨水泥都存在需要改進的地方。一方面由於這些骨水泥基質使用了不可降解的有機物基質或降解性很緩慢的無機物基質，所以其不能降解或降解性很差。另一方面這些材料中大部分可注射性相對較差，不能通過注射的方式注入病灶部位，而需要通過手術植入塊體，不能滿足臨床日益增長的實施微創手術的需求。基於此，開發既具有良好降解性能又能滿足臨床微創手術的需求是磁性骨水泥是一個需要解決的一個問題。透鈣磷石(CaHPO4 ·2Η20)骨水泥是磷酸鈣骨水泥中降解性能最為優異的骨水泥材料之一，其降解性能優於羥基磷灰石骨水泥，甚有研究顯示其可以在體內完全降解。但是純透鈣磷石製成的骨水泥固化時間很短，可注射性差，不利於實現微創治療。同時其降解速率過快，臨床操作效果差。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有適中固化時間、良好可注射性、可降解性和磁熱性的骨水泥。同時還提供一種該磁性骨水泥的製備方法。
為了實現以上目的，本發明磁性骨水泥所採用的技術方案是一種磁性骨水泥材料，是由以下重量份的組分組成100份摩爾比為I : I的β磷酸鈣和一水合磷酸二氫鈣混合物，5 20份納米四氧化三鐵。所述β磷酸鈣採用如下方法製備取碳酸鈣粉末加水調和成漿料，按照Ca/P摩爾比為1.49 1-1.52 1，在超聲波震蕩和劇烈攪拌條件下將漿料加入到磷酸溶液中，加入後繼續超聲充分反應，將沉澱過濾、洗滌後乾燥；將沉澱在1100°C下煅燒2小時，煅燒後冷卻，球磨至過200目篩。所述煅燒的升溫速率5°C/min。所述磷酸溶液的濃度為
I.42-1. 45mol/L。所述納米四氧化三鐵採用如下方法製備配製亞鐵鹽和鐵鹽溶液，該溶液中Fe2+和Fe3+濃度分別為O. 08-0. 2mol/L和O. 4-0. 6mol/L,在50_60°C攪拌條件下，加入氫氧化鈉溶液至PH值為8-10，然後將溶液保溫晶化O. 9-1. 2小時，洗滌、離心、烘乾。所述亞鐵鹽為硫酸亞鐵。所述鐵鹽為氯化鐵。所述氫氧化鈉溶液的濃度為O. 4mol/L。 本發明的磁性骨水泥的製備方法採用如下步驟I)配製O. 5mol/L的檸檬酸溶液；2)按照摩爾比I : I取β磷酸鈣和一水合磷酸二氫鈣共100份，取納米四氧化三鐵5 20份,研磨混合均勻得到磁性骨水泥固相；3)按照磁性骨水泥固相/檸檬酸溶液為3g/mL的比例，將檸檬酸溶液加入步驟2)得到的磁性骨水泥固相中，調拌均勻。本發明選擇β磷酸鈣與一水合磷酸二氫鈣的混合物替代透鈣磷石，加入納米四氧化三鐵製成磁性骨水泥材料，相對於以透鈣磷石材料的骨水泥，不但延長了骨水泥基質固化的時間，增強了其可注射性，利於實現微創治療；並且降低了透鈣磷石過快的降解速率，使其穩定性增強。同時加入的納米四氧化三鐵使材料具有良好的磁生熱性能，且可調節納米四氧化三鐵的含量來對骨水泥材料的性能進行調節。本發明的磁性骨水泥材料更加滿足臨床使用需求，具備推廣價值。該骨水泥不僅僅可用於骨科腫瘤，也可以用於其他腫瘤。
圖I為所製備四氧化三鐵的透射電鏡圖；圖2為實施例I 3的磁性骨水泥的磁生熱曲線；圖3為實施例2的磁性骨水泥的磁滯回線；圖4為實施例I 3和對比例的磁性骨水泥的浸泡失重曲線；圖5為實施例2的磁性骨水泥的晶相組成圖；圖6為實施例I 3和對比例的磁性骨水泥的MTT增殖曲線。
具體實施例方式實施例I (2#)本實施例的磁性骨水泥材料，是由以下重量份的組分組成100份摩爾比為I : I的β磷酸鈣和一水合磷酸二氫鈣混合物，5份納米四氧化三鐵。其中β磷酸鈣採用如下方法製備取碳酸鈣粉末加水調和成漿料，按照Ca/P摩爾比為I. 49 1，在超聲波震蕩和劇烈攪拌條件下將漿料加入到I. 42mol/L磷酸溶液中，加入後繼續超聲充分反應，將沉澱過濾、洗滌後乾燥；將沉澱在1100°c下煅燒2小時，升溫速率5V /min,煅燒後冷卻,球磨至過200目篩。其中納米四氧化三鐵採用如下方法製備取FeSO4 · 7H20和FeCl3 · 6H20配製亞鐵鹽和鐵鹽溶液，該溶液中Fe2+和Fe3+濃度分別為O. 08mol/L和O. 4mol/L,在50°C攪拌條件下，加入氫氧化鈉溶液至PH值為8，然後將溶液保溫晶化O. 9小時，洗滌、離心、烘乾。將固化劑加入本實施例的磁性骨水泥固相，調拌均勻製成磁性骨水泥。一般固化劑可以採用水或檸檬酸水溶液。磁性骨水泥採用如下步驟製備I)配製O. 5mol/L的檸檬酸溶液作為固化劑；2)按照摩爾比I : I取β磷酸鈣和一水合磷酸二氫鈣共100份，取納米四氧化三鐵5份，研磨混合均勻得到磁性骨水泥固相；
3)按照磁性骨水泥固相/檸檬酸溶液為3g/mL的比例，將檸檬酸溶液加入步驟2)得到的磁性骨水泥固相中，調拌均勻。實施例2 (3#)本實施例的磁性骨水泥材料和磁性骨水泥與實施例I基本相同，區別在於納米四氧化三鐵採用的加入量為10份，具體的實施例內容為本實施例的磁性骨水泥材料，是由以下重量份的組分組成100份摩爾比為I : I的β磷酸鈣和一水合磷酸二氫鈣混合物，10份納米四氧化二鐵。其中β磷酸鈣採用如下方法製備取碳酸鈣粉末加水調和成漿料，按照Ca/P摩爾比為I. 50 1，在超聲波震蕩和劇烈攪拌條件下將漿料加入到I. 43mol/L磷酸溶液中，加入後繼續超聲充分反應，將沉澱過濾、洗滌後乾燥；將沉澱在1100°C下煅燒2小時，升溫速率5V /min,煅燒後冷卻,球磨至過200目篩。其中納米四氧化三鐵採用如下方法製備取FeSO4 · 7H20和FeCl3 · 6H20配製亞鐵鹽和鐵鹽溶液，該溶液中Fe2+和Fe3+濃度分別為O. lmol/L和O. 5mol/L,在55°C攪拌條件下，加入氫氧化鈉溶液至PH值為9，然後將溶液保溫晶化I小時，洗滌、離心、烘乾。將固化劑加入本實施例的磁性骨水泥固相，調拌均勻製成磁性骨水泥。一般固化劑可以採用水或檸檬酸水溶液。磁性骨水泥採用如下步驟製備I)配製O. 5mol/L的檸檬酸溶液作為固化劑；2)按照摩爾比I : I取β磷酸鈣和一水合磷酸二氫鈣共100份，取納米四氧化三鐵10份，研磨混合均勻得到磁性骨水泥固相；3)按照磁性骨水泥固相/檸檬酸溶液為3g/mL的比例，將檸檬酸溶液加入步驟2)得到的磁性骨水泥固相中，調拌均勻。實施例3 (4#)本實施例的磁性骨水泥材料和磁性骨水泥與實施例I基本相同，區別在於納米四氧化三鐵採用的加入量為20份，具體的實施例內容為本實施例的磁性骨水泥材料，是由以下重量份的組分組成100份摩爾比為I : I的β磷酸鈣和一水合磷酸二氫鈣混合物，20份納米四氧化二鐵。其中β磷酸鈣採用如下方法製備取碳酸鈣粉末加水調和成漿料，按照Ca/P摩爾比為I. 52 1，在超聲波震蕩和劇烈攪拌條件下將漿料加入到I. 45mol/L磷酸溶液中，加入後繼續超聲充分反應，將沉澱過濾、洗滌後乾燥；將沉澱在1100°C下煅燒2小時，升溫速率5°C /min,煅燒後冷卻,球磨至過200目篩。其中納米四氧化三鐵採用如下方法製備取FeSO4 · 7H20和FeCl3 · 6H20配製亞鐵鹽和鐵鹽溶液，該溶液中Fe2+和Fe3+濃度分別為O. 2mol/L和O. 6mol/L,在60°C攪拌條件下，加入氫氧化鈉溶液至PH值為10，然後將溶液保溫晶化I. 2小時，洗滌、離心、烘乾。將固化劑加入本實施例的磁性骨水泥固相，調拌均勻製成磁性骨水泥。一般固化劑可以採用水或檸檬酸水溶液。磁性骨水泥採用如下步驟製備I)配製O. 5mol/L的檸檬酸溶液作為固化劑；2)按照摩爾比I : I取β磷酸鈣和一水合磷酸二氫鈣共100份，取納米四氧化三鐵20份，研磨混合均勻得到磁性骨水泥固相；3)按照磁性骨水泥固相/檸檬酸溶液為3g/mL的比例，將檸檬酸溶液加入步驟2) 得到的磁性骨水泥固相中，調拌均勻。對比例(1#)本實施例的磁性骨水泥材料和磁性骨水泥與實施例I基本相同，區別在於採用透鈣磷石為骨水泥材料。實驗例將實施例I 3和對比例進行如下性能試驗I、固化時間測定取固相粉末(磁性骨水泥材料，下同)與液相(檸檬酸溶液，下同)攪拌50s後，移入Φ9Χ5πιπι模具內，壓平，置於相對溼度100%，37°C恆溫箱內。400N負荷下，將一個針尖直徑為Imm的不鏽鋼針扎水泥柱面，至負載停止下移為水泥固化時間。取5個樣，求平均值。具體的測定結果如表I所示 表I磁性骨水泥的固化時間
材料名稱對比例實施例I 實施例2 實施例3
固化時間 Onin) 4 + 0.59+ 12 + 227 + 2表I顯示，純的透鈣磷石骨水泥其固化時間為4min左右，時間較短不利於臨床操作的要求。而本發明的磁性骨水泥固化時間被延長至8-27min，但固化時間都再30min之內，符合骨科臨床操作的時間要求。2、可注射係數的測定取規格為2mL的注射器稱重，記為Hitl ;然後取3g固體粉末和固化液混合，並開始計時，攪拌均勻填入注射器(注射器內徑為9mm、出口端內徑為1mm)，再次稱重記為Hi1 ;待到2min時。以恆定速率150mm/min擠出CPC泥漿。待到推力大於200N時停止。取出注射器稱重記為m2。採用以下公式可計算可注射係數(IC)IC = (Hi2-In1)/Oii1-mQ) X 100%,取 5 個樣,求平均值。測定的結果見表2所示表2磁性骨水泥的可注射係數
權利要求
1.一種磁性骨水泥材料，其特徵在於是由以下重量份的組分組成100份摩爾比為I : 1的P磷酸鈣和一水合磷酸二氫鈣混合物，5 20份納米四氧化三鐵。
2.根據權利要求I所述的磁性骨水泥材料，其特徵在於所述3磷酸鈣採用如下方法製備取碳酸鈣粉末加水調和成漿料，按照Ca/P摩爾比為1.49 1-1.52 1，在超聲波震蕩和劇烈攪拌條件下將漿料加入到磷酸溶液中，加入後繼續超聲充分反應，將沉澱過濾、洗滌後乾燥；將沉澱在1100°C下煅燒2小時，煅燒後冷卻，球磨至過200目篩。
3.根據權利要求2所述的磁性骨水泥材料，其特徵在於所述煅燒的升溫速率5°C /min0
4.根據權利要求2所述的磁性骨水泥材料，其特徵在於所述磷酸溶液的濃度為I. 42-1. 45mol/L。
5.根據權利要求I所述的磁性骨水泥材料，其特徵在於所述納米四氧化三鐵採用如下方法製備配製亞鐵鹽和鐵鹽溶液，該溶液中Fe2+和Fe3+濃度分別為0. 08-0. 2mol/L和0.4-0. 6mol/L,在50_60°C攪拌條件下，加入氫氧化鈉溶液至pH值為8_10，然後將溶液保溫晶化0. 9-1. 2小時，洗滌、離心、烘乾。
6.根據權利要求I所述的磁性骨水泥材料，其特徵在於所述亞鐵鹽為硫酸亞鐵。
7.根據權利要求I所述的磁性骨水泥材料，其特徵在於所述鐵鹽為氯化鐵。
8.根據權利要求I所述的磁性骨水泥材料，其特徵在於所述氫氧化鈉溶液的濃度為0.4mol/L。
9.一種磁性骨水泥的製備方法，其特徵在於其步驟如下 1)配製0.5mol/L的檸檬酸溶液； 2)按照摩爾比I: 1取P磷酸鈣和一水合磷酸二氫鈣共100份，取納米四氧化三鐵5 20份，混合均勻得到磁性骨水泥固相材料； 3)按照磁性骨水泥材料/檸檬酸溶液為3g/mL的比例，將檸檬酸溶液加入步驟2)得到的磁性骨水泥固相材料中，調拌均勻。
全文摘要
本發明公開了一種磁性骨水泥材料及磁性骨水泥的製備方法，其中磁性骨水泥材料是由以下重量份的組分組成100份摩爾比為1∶1的β磷酸鈣和一水合磷酸二氫鈣混合物，5～20份納米四氧化三鐵。使用時以檸檬酸溶液為固化液。本發明選擇納米四氧化三鐵與磷酸鈣和一水合磷酸二氫鈣混合物為磁性骨水泥固相基質材料，相對於純透鈣磷石骨水泥，不但延長了骨水泥固化的時間，增強了其可注射性，利於實現微創治療；而且降低了透鈣磷石過快的降解速率，使其穩定性增強。同時加入的納米四氧化三鐵使材料具有良好的磁生熱性能，且可調節納米四氧化三鐵的含量來對骨水泥材料的性能進行調節。本發明的磁性骨水泥材料更加滿足臨床使用需求，具備推廣價值。
文檔編號A61L27/50GK102671245SQ20121000734
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者喬曉嵐, 馮書營, 李光大, 薛雲, 謝蟪旭, 趙三團, 馬建華 申請人:河南科技大學