CN102989042A - 注射性多孔骨水泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种注射性多孔骨水泥及其制备方法，属于医用生物材料制备领域。该骨水泥以碳酸盐为固体发泡剂、以硫酸盐为固化促进剂、以壳聚糖和羟丙基甲基纤维素为双组分交联剂，所制备骨水泥的凝固时间在5-25min，固化20min-2h后遇水不溃散，固化产物具有100-1000μm的联通孔，孔隙率为1-70%，抗压强度在0.5-40MPa之间。本发明提供的制备方法工艺简单、容易实施、所制备的注射性多孔骨水泥的综合性能优越，可大规模生产。

Description

注射性多孔骨水泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种注射性多孔骨水泥及其制备方法。特别是一种快固化、抗溃散的注射性多孔骨水泥及其制备方法。

背景技术

理想的骨水泥需要满足良好的注射性、易操作性（低固化温度及短固化时间）、抗溃散性、一定的力学强度、合适的微孔和大孔结构，还要具有良好的生物相容性、骨诱导性、骨传导性和生物活性及可降解性等特点[Low KL, et al, Journal of Biomedical Materials Research Part B-Applied Biomaterials., 2010]。

用注射性骨水泥进行骨修复时，为了实现细胞和血管的长入及骨组织的重建，骨水泥最好具有一定的大孔结构。传统的注射性骨水泥制备大孔的方法为添加可溶性或可降解的物质作为致孔剂，如甘露醇、牛血清蛋白、聚乙丙交酯、明胶等[Xu HHK, et al, Biomaterials, 2006; Sun Q, et al, Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed., 202012; Xue Z, et al, Journal of Alloys and Compounds, 2012]，也有报道碳酸化羟基磷灰石骨水泥制备注射性多孔骨水泥[唐佩福, et al, 中国修复重建外科杂志, 2005]。

无机钙基骨水泥体系的普遍性问题是渗漏或遇血液溃散从而导致肺栓塞、甚至死亡。通过加入羟丙基甲基纤维素（HPMC）、海藻酸钠、壳聚糖等交联剂或增稠剂，可以提高骨水泥的自粘性，从而改善其耐水性。不过，此类物质的加入往往会使骨水泥固化时间延长，导致不同程度的渗漏问题依然存在。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的问题，提供一种快固化、抗溃散的注射性多孔骨水泥。

本发明的目的之二在于提供一种该多孔骨水泥的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：向骨水泥粉末中添加一定量的碳酸盐和硫酸盐，在酸性固化液中加入壳聚糖和羟丙基甲基纤维素作为双组分的交联剂，两者按照一定液固比进行调和，利用反应生成的二氧化碳进行发泡、通过原位生成硫酸钙加速固化、通过双组分的交联剂提高骨水泥的自粘性，即可得到快固化、抗溃散的注射性多孔骨水泥。

根据上述机理，本发明采用如下技术方案：

一种注射性多孔骨水泥，由骨水泥粉末与固化液按0.1-1.0 g/1ml的固液比组成，其特征在于所述的骨水泥粉末中含质量分数为1-60%的碳酸盐和质量分数为0.05-10%的硫酸盐；所述的固化液中含有质量浓度为0.05-5%壳聚糖和质量浓度为0.01-3%的羟丙基甲基纤维素。

上述的骨水泥无机钙基骨水泥粉末。

上述的无机钙基骨水泥粉末为含磷酸钙、硫酸钙、硅酸钙和碳酸钙中至少一种的骨水泥粉末。

上述的无机钙基骨水泥粉末有：β-磷酸三钙骨水泥粉末、β-磷酸三钙和羟基磷灰石按7:3的质量比的混合粉末、β-磷酸三钙和羟基磷灰石按9:1的质量比的混合粉末。

上述的碳酸盐为碳酸钙、碳酸钠、碳酸钾及对应的碳酸氢盐中的至少一种，其粒径不超过5 μm。

上述的硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙及对应的硫酸氢盐中的一种，其粒径小于60 μm。

上述的固化液为无机钙基骨水泥中的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、盐酸、硫酸、乙酸、柠檬酸溶液，或透明质酸、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种配制的溶液。

一种制备上述的注射性多孔骨水泥的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.向骨水泥粉末中添加碳酸盐和硫酸盐；

b.向固化液中添加壳聚糖和羟丙基甲基纤维素的双组分交联剂；

c.将骨水泥粉末和固化液混合均匀后，得到所需的注射性多孔骨水泥。

本发明以碳酸盐为固体发泡剂、以硫酸盐为固化促进剂、以壳聚糖和羟丙基甲基纤维素为双组分交联剂，制备快固化、抗溃散的注射性多孔骨水泥。本发明提供的注射性多孔骨水泥的凝固时间在5-25 min，固化20min-2 h后遇水已不溃散，固化产物具有100-1000 μm的联通孔，孔隙率为1-70%，抗压强度在0.5 - 40MPa之间。本发明提供的制备方法工艺简单、容易实施、所制备的注射性多孔骨水泥的综合性能优越，可大规模生产。

附图说明

图1是本发明的注射性多孔骨水泥固化后断面的扫描电镜图片。

具体实施方式

以下实施例以β-磷酸三钙骨水泥粉末、β-磷酸三钙和羟基磷灰石按7:3的质量比的混合粉末、β-磷酸三钙和羟基磷灰石按9:1的质量比的混合粉末为例，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。

实施例1：向β-磷酸三钙骨水泥粉末中加入质量分数6.5%的商业碳酸钙及质量分数4.5%的300-400目之间的无水硫酸钠粉末，以无水乙醇为介质、转速500 rpm、球磨12 h、离心、加热干燥、捣碎，得到骨水泥粉末。配制壳聚糖质量分数2%、羟丙基甲基纤维素质量分数1%、柠檬酸质量分数为20%的水溶液作为固化液。将骨水泥粉末与固化液按1g：0.45 ml固液比进行调和，制得快固化、抗溃散的注射性多孔骨水泥，参照标准ASTM C191测定初凝时间为25 min。固化反应进行1 h后，遇水已不溃散，温度37 °C、相对湿度100%条件下养护24 h，其断面形貌如图1所示，具有200-700 μm大小的联通孔，孔隙率为60%，抗压强度为14.2 MPa。

实施例2：向β-磷酸三钙/羟基磷灰石（质量比7:3）的混合粉末中加入质量分数6.5%的商业碳酸钙及质量分数4.5%的300-400目之间的无水硫酸钠粉末，以无水乙醇为介质、转速500 rpm、球磨12 h、离心、加热干燥、捣碎，得到骨水泥粉末。配制壳聚糖质量分数0.05%、羟丙基甲基纤维素质量分数3%、柠檬酸质量分数为20%的水溶液作为固化液。将骨水泥粉末与固化液按1g：0.5 ml固液比进行调和，制得快固化、抗溃散的注射性多孔骨水泥，参照标准ASTM C191测定初凝时间为22 min。固化反应进行1 h后，遇水已不溃散，温度37 °C、相对湿度100%条件下养护24 h，固化产物的形貌结构与图1类似，具有200-650 μm大小的联通孔，孔隙率为55%，抗压强度为16.3 MPa。

实施例3：向β-磷酸三钙/羟基磷灰石（质量比7:3）的混合粉末中加入质量分数8%的商业碳酸钙及质量分数5%的300-400目之间的无水硫酸钠粉末，以无水乙醇为介质、转速500 rpm、球磨12 h、离心、加热干燥、捣碎，得到骨水泥粉末。配制壳聚糖质量分数2%、羟丙基甲基纤维素质量分数1%、柠檬酸质量分数为30%的水溶液作为固化液。将骨水泥粉末与固化液按0.5 ml：1g液固比进行调和，制得快固化、抗溃散的注射性多孔骨水泥，参照标准ASTM C191测定初凝时间为13 min。固化反应进行45 min后遇水不溃散，温度37 °C、相对湿度100%条件下养护24 h，固化产物的形貌结构与图1类似，具有250-600 μm大小的联通孔，孔隙率为51%，抗压强度为18.1 MPa。

实施例4：向β-磷酸三钙/羟基磷灰石（质量比9:1）的混合粉末中加入质量分数8%的商业碳酸钙及质量分数6%的300-400目之间的无水硫酸钠粉末，以无水乙醇为介质、转速500 rpm、球磨12 h、离心、加热干燥、捣碎，得到骨水泥粉末。配制壳聚糖质量分数1.5%、羟丙基甲基纤维素质量分数0.8%、柠檬酸质量分数为40%的水溶液作为固化液。将骨水泥粉末与固化液按0.5 ml/g液固比进行调和，制得快固化、抗溃散的注射性多孔骨水泥，参照标准ASTM C191测定初凝时间为11 min。固化反应进行1 h后遇水不溃散，温度37 °C、相对湿度100%条件下养护24 h，固化产物的形貌结构与图1类似，具有250-500 μm大小的联通孔，孔隙率为46%，抗压强度为17.6 MPa。

实施例5： 向β-磷酸三钙/羟基磷灰石（质量比9:1）双相磷酸钙的粉末中加入质量分数8%的商业碳酸钙及质量分数5%的300-400目之间的无水硫酸钠粉末，以无水乙醇为介质、转速500 rpm、球磨12 h、离心、加热干燥、捣碎，得到骨水泥粉末。配制壳聚糖质量分数5%、羟丙基甲基纤维素质量分数0.01%、柠檬酸质量分数为30%的水溶液作为固化液。将骨水泥粉末与固化液按0.43 ml/g液固比进行调和，制得快固化、抗溃散的注射性多孔骨水泥，参照标准ASTM C191测定初凝时间为12 min。固化反应进行45 min后遇水不溃散，温度37 °C、相对湿度100%条件下养护24 h，固化产物的形貌结构与图1类似，具有200-650 μm大小的联通孔，孔隙率为55%，抗压强度为19.3 MPa。 

Claims (9)

1.一种注射性多孔骨水泥，由骨水泥粉末与固化液按1g：0.1-1.0ml的固液比组成，其特征在于所述的骨水泥粉末中含质量分数为1-60%的碳酸盐和质量分数为0.05-10%的硫酸盐；所述的固化液中含有质量浓度为0.05-5%壳聚糖和质量浓度为0.01-3%的羟丙基甲基纤维素。

2.根据权利要求1所述的注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的骨水泥无机钙基骨水泥粉末。

3.根据权利要求2所述的注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的无机钙基骨水泥粉末有：含磷酸钙、硫酸钙、硅酸钙和碳酸钙中至少一种的骨水泥粉末。

4.根据权利要求3所述的注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的无机钙基骨水泥粉末有：β-磷酸三钙骨水泥粉末、β-磷酸三钙和羟基磷灰石按7:3的质量比的混合粉末、β-磷酸三钙和羟基磷灰石按9:1的质量比的混合粉末。

5.根据权利要求1所述的注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的碳酸盐为碳酸钙、碳酸钠、碳酸钾及对应的碳酸氢盐中的至少一种，其粒径不超过5 μm。

6.根据权利要求1所述的注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙及对应的硫酸氢盐中的一种，其粒径小于60 μm。

7.根据权利要求1所述的一种注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的固化液为无机钙基骨水泥中的pH值小于4的酸性固化液。

8.根据权利要求1所述的一种注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的pH值小于4的酸性固化液有：磷酸、盐酸、硫酸、乙酸、柠檬酸溶液，或透明质酸、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种配制的溶液。

9.一种制备根据权利要求1—8中任一项所述的注射性多孔骨水泥的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.向骨水泥粉末中添加碳酸盐和硫酸盐；

b.向固化液中添加壳聚糖和羟丙基甲基纤维素的双组分交联剂；

c.将骨水泥粉末和固化液混合均匀后，得到所需的注射性多孔骨水泥。