高強(qiáng)度的新型羥基磷灰石骨水泥的制備方法
【專利說(shuō)明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種高強(qiáng)度的新型羥基磷灰石骨水泥及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前骨水泥作為骨填充、修復(fù)材料已經(jīng)在臨床上大量應(yīng)用，其主要包括以聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥為代表的第一代骨水泥和第二代磷酸鈣骨水泥。磷酸鈣骨水泥克服了第一代骨水泥生物相容性差、凝固聚合過(guò)程中大量放熱、單體細(xì)胞毒性作用、可操作時(shí)間有限等問(wèn)題，但磷酸鈣骨水泥的固化是基于磷酸鈣鹽間的酸堿反應(yīng)(即水化作用)進(jìn)行的，固化過(guò)程中會(huì)造成骨水泥周圍體液pH值的改變,從而引起骨水泥周圍組織產(chǎn)生免疫反應(yīng)；同時(shí)目前磷酸鈣骨水泥抗壓強(qiáng)度一般僅為20~40MPa，有的甚至更低，從而使其應(yīng)用受到很大程度的限制。
[0003]第二代骨水泥固化后的最終產(chǎn)物為羥基磷灰石或缺鈣型羥基磷灰石，羥基磷灰石具有完美的生物相容性和骨傳導(dǎo)性，但由于羥基磷灰石本身不具備水化固化能力，目前羥基磷灰石在第二代骨水泥中還只是作為晶種加入固相粉劑中，用來(lái)促進(jìn)骨水泥的固化。只有天津大學(xué)的高川等以單相羥基磷灰石粉體為固相粉劑，以濃度為50%以上的高濃度檸檬酸水溶液為固化液制備了羥基磷灰石骨水泥，但其抗壓強(qiáng)度只達(dá)到13.06MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于臨床應(yīng)用的要求；另外雖然檸檬酸溶液濃度與骨水泥的抗壓強(qiáng)度成正比，但是其固化液中檸檬酸濃度過(guò)高，會(huì)引起骨水泥周圍組織產(chǎn)生免疫反應(yīng)；此外，檸檬酸溶液濃度與骨水泥的固化時(shí)間成反比，其過(guò)高的檸檬酸濃度使骨水泥固化速度過(guò)快，可操作時(shí)間有限。
[0004]日本學(xué)者M(jìn)amoru Aizawa在公開(kāi)號(hào)為JP2005-95346A的專利中提出了新一代骨水泥，即利用經(jīng)植酸溶液表面改性的單相羥基磷灰石粉體與去離子水調(diào)和來(lái)制備骨水泥，固化過(guò)程不依靠酸堿反應(yīng)從而避免了第二代骨水泥固化過(guò)程中因酸堿反應(yīng)引起的PH值改變的問(wèn)題，但其抗壓強(qiáng)度只有6.8MPa ;之后他在公開(kāi)號(hào)為JP2008-200476A的專利中通過(guò)對(duì)羥基磷灰石粉體粒徑進(jìn)行優(yōu)化，可使骨水泥抗壓強(qiáng)度最高達(dá)到16MPa ;他在公開(kāi)號(hào)為JP2009-178225A的專利中通過(guò)向固化液中加入葡聚糖硫酸酯等多聚糖及植酸使骨水泥的抗壓強(qiáng)度最高達(dá)到34MPa ;另外他在公開(kāi)號(hào)為US2010/0132593A1的專利中通過(guò)優(yōu)化羥基磷灰石合成工藝使骨水泥的抗壓強(qiáng)度達(dá)到25.3MPa，此外在公開(kāi)號(hào)為JP2012-130672的專利中他還通過(guò)向固化液中加入殼聚糖使骨水泥的抗壓強(qiáng)度達(dá)到36MPa。綜上所述，目前日本學(xué)者提出的新一代骨水泥的抗壓強(qiáng)度僅達(dá)到了松質(zhì)骨的水平，在臨床上不能用于受力部位或骨質(zhì)薄弱部位。值得注意的是，以上所述專利中骨水泥力學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品在制樣模具中都被施加了軸向成型壓力，才可使其達(dá)到專利中所描述的抗壓強(qiáng)度水平，但這與臨床實(shí)際應(yīng)用操作不符。
[0005]綜上所述，第一代骨水泥存在生物相容性差、凝固聚合過(guò)程中大量放熱、單體的細(xì)胞毒性作用、可操作時(shí)間有限等問(wèn)題；第二代磷酸鈣骨水泥在固化過(guò)程中發(fā)生酸堿反應(yīng)會(huì)引起骨水泥周圍體液pH值的改變，同時(shí)抗壓強(qiáng)度比較低；日本學(xué)者M(jìn)amoru Aizawa提出的新一代骨水泥，其最高抗壓強(qiáng)度也僅達(dá)到了松質(zhì)骨的水平，不能用于受力部位或骨質(zhì)薄弱部位。針對(duì)目前骨水泥存在的以上問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種高強(qiáng)度的新型羥基磷灰石骨水泥，其具有良好的生物相容性、骨傳導(dǎo)性及高的抗壓強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度最高可達(dá)66MPa，固化過(guò)程不依靠酸堿反應(yīng)且放熱極低，在23°C下固化時(shí)其最高溫度僅為25.4°C，同時(shí)由于羥基磷灰石中的磷羥基與檸檬酸中的羧基相互作用使骨水泥呈中性，其優(yōu)異的綜合性能完全滿足了臨床應(yīng)用的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有骨水泥存在的不足，提供一種具有良好的生物相容性，高的抗壓強(qiáng)度，固化過(guò)程放熱極低且不依靠酸堿反應(yīng)，同時(shí)pH值呈中性的新型羥基磷灰石骨水泥。
[0007]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):以經(jīng)植酸溶液表面改性的單相羥基磷灰石粉體為固相粉劑，以低濃度檸檬酸水溶液為固化液，將固相粉劑與固化液按一定固液比進(jìn)行調(diào)和，即可得到高強(qiáng)度的新型羥基磷灰石骨水泥。
[0008]一種高強(qiáng)度的新型羥基磷灰石骨水泥的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:將羥基磷灰石粉體與植酸溶液置于球磨罐中，在室溫下對(duì)粉體進(jìn)行球磨同時(shí)改性，其中植酸與羥基磷灰石的質(zhì)量比為0.005-0.05，球磨后得到漿體；
步驟二:對(duì)球磨后得到的漿體進(jìn)行抽濾、清洗、干燥，即可得到經(jīng)過(guò)植酸溶液表面改性的羥基磷灰石粉體；
步驟三:將經(jīng)植酸溶液表面改性的羥基磷灰石粉體與檸檬酸水溶液進(jìn)行調(diào)和，即可得到高強(qiáng)度的新型羥基磷灰石骨水泥；其中經(jīng)植酸溶液表面改性的羥基磷灰石粉體與檸檬酸水溶液調(diào)和時(shí)的固液質(zhì)量比為1:0.25-0.45，液相中檸檬酸的質(zhì)量濃度為10%~40%。
[0009]步驟一所述的球磨時(shí)間為l~4h。
[0010]步驟一所述的植酸溶液的濃度為1000~10000ppm。
[0011]步驟二所述的干燥方法為真空冷凍干燥。
[0012]本發(fā)明具有以下有益效果:
(O具有較高的抗壓強(qiáng)度，最高抗壓強(qiáng)度可達(dá)66MPa ；
(2)固化過(guò)程放熱極低，在23°C下固化時(shí)其最高溫度僅為25.40C ；
(3)骨水呈中性；
(4)固化過(guò)程不依靠酸堿反應(yīng)，不會(huì)引起周圍體液pH值的改變；
(5)具有良好的生物相容性及骨傳導(dǎo)性。
[0013]其優(yōu)異的綜合性能滿足了臨床應(yīng)用的要求，可適用于硬組織骨的缺損修復(fù)、骨質(zhì)疏松的治療及骨折的固定和治療。
[0014]
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1所示為骨水泥浸泡液pH值隨時(shí)間變化曲線；
圖2所示為骨水泥浸泡液pH值隨時(shí)間變化曲線；
圖3所示為骨水泥浸泡液pH值隨時(shí)間變化曲線； 圖4所示為骨水泥浸泡液pH值隨時(shí)間變化曲線；
圖5所示為固化過(guò)程中骨水泥溫度隨時(shí)間變化曲線；
圖6所示為固化過(guò)程中骨水泥溫度隨時(shí)間變化曲線；
圖7所示為固化過(guò)程中骨水泥溫度隨時(shí)間變化曲線；
圖8所示為固化過(guò)程中骨水泥溫度隨時(shí)間變化曲線；
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下實(shí)施例以發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的事實(shí)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。
[0017]實(shí)施例1:
步驟一:
1)稱取1g羥基磷灰石粉末；
2)配置濃度為1000ppm的植酸溶液:稱取1.43g質(zhì)量濃度為70%的植酸溶液，向其加入蒸餾水配成40ml，用0.lmol/L的NaOH溶液將其pH值調(diào)節(jié)到7.3左右，最后用蒸餾水將溶液定容到50ml，即可得到50ml濃度為1000ppm的植酸溶液；
3)將稱好的羥基磷灰石粉體與配好的植酸溶液置于球磨罐中，在室溫下對(duì)粉體進(jìn)行球磨同時(shí)改性，其中植酸與羥基磷灰石的質(zhì)量比為0.05，控制球磨時(shí)間為2h，球磨后得到漿體；
步驟二:
對(duì)球磨后得到的漿體進(jìn)行抽濾、蒸餾水清洗及真空冷凍干燥，即可得到球磨2h后的經(jīng)1000ppm植酸溶液表面改性的羥基磷灰石粉體。
[0018]步驟三:
I)配置質(zhì)量濃度為40%的檸檬酸水溶液:稱取8g檸檬酸，將其溶于12g蒸餾水中，即可得到質(zhì)量濃度為40%的檸檬酸水溶液。
[0019]2)將球磨2h后的經(jīng)1000ppm植酸溶液表面改性的羥基磷灰石的粉體與40%的檸檬酸水溶液按固液質(zhì)量比1:0.35混合均勻，即可得到高強(qiáng)度的新型羥基磷灰石骨水泥。
[0020]抗壓強(qiáng)度測(cè)試:將混合均勻后得到的骨水泥立即填入尺寸為cp6mmX 12mm的模具孔中，稍有過(guò)量。約Ih后用砂紙打磨骨水泥試樣上下兩個(gè)端面，并進(jìn)行脫模，即可得到骨水泥壓縮試樣。待骨水泥壓縮試樣在室溫下固化24h后，在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(CMT5105)上對(duì)試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，載荷5KN，加壓速度為0.5mm/min, 一組試樣平行測(cè)定3次。骨水泥