專利名稱：注射性多孔骨水泥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種注射性多孔骨水泥及其制備方法。特別是一種快固化、抗?jié)⑸⒌淖⑸湫远嗫坠撬嗉捌渲苽浞椒ā?br> 背景技術(shù)：
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(shí)間)、抗?jié)⑸⑿?、一定的力學(xué)強(qiáng)度、合適的微孔和大孔結(jié)構(gòu)，還要具有良好的生物相容性、骨誘導(dǎo)性、骨傳導(dǎo)性和生物活性及可降解性等特點(diǎn)[Low KL, et al, Journal of BiomedicalMaterials Research Part B-Applied Biomaterials. , 2010]。
用注射性骨水泥進(jìn)行骨修復(fù)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)細(xì)胞和血管的長(zhǎng)入及骨組織的重建，骨水泥最好具有一定的大孔結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的注射性骨水泥制備大孔的方法為添加可溶性或可降解的物質(zhì)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(bào)道碳酸化輕基磷灰石骨水泥制備注射性多孔骨水泥[唐佩福，et al,中國(guó)修復(fù)重建外科雜志，2005]。無(wú)機(jī)鈣基骨水泥體系的普遍性問(wèn)題是滲漏或遇血液潰散從而導(dǎo)致肺栓塞、甚至死亡。通過(guò)加入羥丙基甲基纖維素(HPMC)、海藻酸鈉、殼聚糖等交聯(lián)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(guò),此類物質(zhì)的加入往往會(huì)使骨水泥固化時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致不同程度的滲漏問(wèn)題依然存在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種快固化、抗?jié)⑸⒌淖⑸湫远嗫坠撬?。本發(fā)明的目的之二在于提供一種該多孔骨水泥的制備方法。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)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(lián)劑，兩者按照一定液固比進(jìn)行調(diào)和，利用反應(yīng)生成的二氧化碳進(jìn)行發(fā)泡、通過(guò)原位生成硫酸鈣加速固化、通過(guò)雙組分的交聯(lián)劑提高骨水泥的自粘性，即可得到快固化、抗?jié)⑸⒌淖⑸湫远嗫坠撬?。根?jù)上述機(jī)理，本發(fā)明采用如下技術(shù)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，其特征在于所述的骨水泥粉末中含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-60%的碳酸鹽和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 05-10%的硫酸鹽；所述的固化液中含有質(zhì)量濃度為0. 05-5%殼聚糖和質(zhì)量濃度為0. 01-3%的羥丙基甲基纖維素。上述的骨水泥無(wú)機(jī)鈣基骨水泥粉末。上述的無(wú)機(jī)鈣基骨水泥粉末為含磷酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣和碳酸鈣中至少一種的骨水泥粉末。上述的無(wú)機(jī)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(zhì)量比的混合粉末、β-磷酸三鈣和羥基磷灰石按9:1的質(zhì)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(duì)應(yīng)的碳酸氫鹽中的至少一種，其粒徑不超過(guò)5 μ m。上述的硫酸鹽為硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鈣及對(duì)應(yīng)的硫酸氫鹽中的一種，其粒徑小于60 μ m0上述的固化液為無(wú)機(jī)鈣基骨水泥中的pH值小于4的酸性固化液。 上述的pH值小于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(zhì)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制的溶液。一種制備上述的注射性多孔骨水泥的方法，其特征在于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(lián)劑；
c.將骨水泥粉末和固化液混合均勻后，得到所需的注射性多孔骨水泥。本發(fā)明以碳酸鹽為固體發(fā)泡劑、以硫酸鹽為固化促進(jìn)劑、以殼聚糖和羥丙基甲基纖維素為雙組分交聯(lián)劑，制備快固化、抗?jié)⑸⒌淖⑸湫远嗫坠撬?。本發(fā)明提供的注射性多孔骨水泥的凝固時(shí)間在5-25 min,固化20min_2 h后遇水已不潰散，固化產(chǎn)物具有100-1000μ m的聯(lián)通孔，孔隙率為1-70%，抗壓強(qiáng)度在O. 5 - 40MPa之間。本發(fā)明提供的制備方法工藝簡(jiǎn)單、容易實(shí)施、所制備的注射性多孔骨水泥的綜合性能優(yōu)越，可大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明的注射性多孔骨水泥固化后斷面的掃描電鏡圖片。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)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(zhì)量比的混合粉末、β -磷酸三鈣和羥基磷灰石按9:1的質(zhì)量比的混合粉末為例，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1:向β -磷酸三鈣骨水泥粉末中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)6. 5%的商業(yè)碳酸鈣及質(zhì)量分?jǐn)?shù)4. 5%的300-400目之間的無(wú)水硫酸鈉粉末，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)、轉(zhuǎn)速500 rpm、球磨12h、離心、加熱干燥、搗碎，得到骨水泥粉末。配制殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%、羥丙基甲基纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%、檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jìn)行調(diào)和，制得快固化、抗?jié)⑸⒌淖⑸湫远嗫坠撬?，參照?biāo)準(zhǔn)ASTM C191測(cè)定初凝時(shí)間為25 min。固化反應(yīng)進(jìn)行I h后，遇水已不潰散，溫度37 ° C、相對(duì)濕度100%條件下養(yǎng)護(hù)24 h，其斷面形貌如圖1所示，具有200-700 μ m大小的聯(lián)通孔，孔隙率為60%，抗壓強(qiáng)度為14. 2 MPa。實(shí)施例2 :向磷酸三鈣/羥基磷灰石(質(zhì)量比7:3)的混合粉末中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)6. 5%的商業(yè)碳酸鈣及質(zhì)量分?jǐn)?shù)4. 5%的300-400目之間的無(wú)水硫酸鈉粉末，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)、轉(zhuǎn)速500 rpm、球磨12 h、離心、加熱干燥、搗碎，得到骨水泥粉末。配制殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)O. 05%、羥丙基甲基纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%、檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jìn)行調(diào)和，制得快固化、抗?jié)⑸⒌淖⑸湫远嗫坠撬啵瑓⒄諛?biāo)準(zhǔn)ASTM C191測(cè)定初凝時(shí)間為22 min。固化反應(yīng)進(jìn)行I h后，遇水已不潰散，溫度37 ° C、相對(duì)濕度100%條件下養(yǎng)護(hù)24 h，固化產(chǎn)物的形貌結(jié)構(gòu)與圖1類似，具有200-650 μ m大小的聯(lián)通孔，孔隙率為55%，抗壓強(qiáng)度為16. 3 MPa。實(shí)施例3 :向磷酸三鈣/羥基磷灰石(質(zhì)量比7:3)的混合粉末中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的商業(yè)碳酸鈣及質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的300-400目之間的無(wú)水硫酸鈉粉末，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)、轉(zhuǎn)速500 rpm、球磨12 h、離心、加熱干燥、搗碎，得到骨水泥粉末。配制殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%、羥丙基甲基纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%、檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jìn)行調(diào)和，制得快固化、抗?jié)⑸⒌淖⑸湫远嗫坠撬?，參照?biāo)準(zhǔn)ASTM C191測(cè)定初凝時(shí)間為13 min。固化反應(yīng)進(jìn)行45 min后遇水不潰散，溫度37° C、相對(duì)濕度100%條件下養(yǎng)護(hù)24 h，固化產(chǎn)物的形貌結(jié)構(gòu)與圖1類似，具有250-600 μ m大小的聯(lián)通孔，孔隙率為51%，抗壓強(qiáng)度為18.1 MPa。
實(shí)施例4 :向β -磷酸三鈣/羥基磷灰石(質(zhì)量比9:1)的混合粉末中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的商業(yè)碳酸鈣及質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%的300-400目之間的無(wú)水硫酸鈉粉末，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)、轉(zhuǎn)速500 rpm、球磨12 h、離心、加熱干燥、搗碎，得到骨水泥粉末。配制殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)1. 5%、羥丙基甲基纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)O. 8%、檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jìn)行調(diào)和，制得快固化、抗?jié)⑸⒌淖⑸湫远嗫坠撬?，參照?biāo)準(zhǔn)ASTM C191測(cè)定初凝時(shí)間為11 min。固化反應(yīng)進(jìn)行I h后遇水不潰散，溫度37° C、相對(duì)濕度100%條件下養(yǎng)護(hù)24 h，固化產(chǎn)物的形貌結(jié)構(gòu)與圖1類似，具有250-500 μ m大小的聯(lián)通孔，孔隙率為46%，抗壓強(qiáng)度為17. 6 MPa。實(shí)施例5 :向β -磷酸三鈣/羥基磷灰石(質(zhì)量比9:1)雙相磷酸鈣的粉末中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的商業(yè)碳酸鈣及質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的300-400目之間的無(wú)水硫酸鈉粉末，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)、轉(zhuǎn)速500 rpm、球磨12 h、離心、加熱干燥、搗碎，得到骨水泥粉末。配制殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、羥丙基甲基纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)O. 01%、檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jìn)行調(diào)和，制得快固化、抗?jié)⑸⒌淖⑸湫远嗫坠撬啵瑓⒄諛?biāo)準(zhǔn)ASTM C191測(cè)定初凝時(shí)間為12 min。固化反應(yīng)進(jìn)行45 min后遇水不潰散，溫度37 ° C、相對(duì)濕度100%條件下養(yǎng)護(hù)24 h，固化產(chǎn)物的形貌結(jié)構(gòu)與圖1類似，具有200-650 μ m大小的聯(lián)通孔，孔隙率為55%，抗壓強(qiáng)度為19. 3 MPa。
權(quán)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，其特征在于所述的骨水泥粉末中含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-60%的碳酸鹽和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 05-10%的硫酸鹽；所述的固化液中含有質(zhì)量濃度為O. 05-5%殼聚糖和質(zhì)量濃度為O. 01-3%的羥丙基甲基纖維素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的骨水泥無(wú)機(jī)鈣基骨水泥粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的無(wú)機(jī)鈣基骨水泥粉末有含磷酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣和碳酸鈣中至少一種的骨水泥粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的無(wú)機(jī)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(zhì)量比的混合粉末、 β -磷酸三鈣和羥基磷灰石按9:1的質(zhì)量比的混合粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的碳酸鹽為碳酸鈣、碳酸鈉、碳酸鉀及對(duì)應(yīng)的碳酸氫鹽中的至少一種，其粒徑不超過(guò)5 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的硫酸鹽為硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鈣及對(duì)應(yīng)的硫酸氫鹽中的一種,其粒徑小于60 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的固化液為無(wú)機(jī)鈣基骨水泥中的pH值小于4的酸性固化液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的pH值小于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(zhì)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制的溶液。
9.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1一8中任一項(xiàng)所述的注射性多孔骨水泥的方法，其特征在于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(lián)劑；c.將骨水泥粉末和固化液混合均勻后，得到所需的注射性多孔骨水泥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種注射性多孔骨水泥及其制備方法，屬于醫(yī)用生物材料制備領(lǐng)域。該骨水泥以碳酸鹽為固體發(fā)泡劑、以硫酸鹽為固化促進(jìn)劑、以殼聚糖和羥丙基甲基纖維素為雙組分交聯(lián)劑，所制備骨水泥的凝固時(shí)間在5-25min，固化20min-2h后遇水不潰散，固化產(chǎn)物具有100-1000μm的聯(lián)通孔，孔隙率為1-70%，抗壓強(qiáng)度在0.5-40MPa之間。本發(fā)明提供的制備方法工藝簡(jiǎn)單、容易實(shí)施、所制備的注射性多孔骨水泥的綜合性能優(yōu)越，可大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)A61L27/20GK102989042SQ20121055935
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者閆策, 鐘建, 金彩虹, 何丹農(nóng) 申請(qǐng)人:上海納米技術(shù)及應(yīng)用國(guó)家工程研究中心有限公司