CN103007341A - 硫酸盐改性的骨水泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硫酸盐改性的骨水泥及其制备方法，该骨水泥由骨水泥粉末与固化液按0.1-1.0g/ml的固液比组成，所述的骨水泥粉末中含有质量分数为0.05-10%硫酸盐；或者在固化液中含有质量浓度为0.05-20%的硫酸盐。该发明将硫酸盐以细粉形式掺入骨水泥粉末或者直接溶解于固化液，在水化反应的同时原位生成硫酸钙，进一步促进固化，从而实现对骨水泥固化时间的缩短，可将大多数骨水泥体系的固化时间缩短到3-15min，更贴近手术临床的操作需求。本发明提供的制备方法简单、易行、适用范围广、适于大规模生产。

Description

硫酸盐改性的骨水泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种硫酸盐改性的骨水泥及其制备方法。

背景技术

含钙无机物如磷酸钙、硫酸钙、硅酸钙等，因其与骨骼、牙齿等天然组织的组分较为接近，是进行硬组织修复的理想源材料之一。根据制备方法的差异，可采用生物陶瓷、骨水泥、生物玻璃、颗粒填料、表面涂层、（中空）微球等不同的使用方法；根据应用角度的不同，可用于组织替代与修复、药物缓释、骨折内固定材料、口腔粘合剂等多个方面。其中，骨水泥可用于骨折及骨质疏松治疗、脊柱重建、微创手术等方面，尤其在微创治疗领域具有显著的优势，具有容易操作、可原位包裹药物等特点。

用于临床的可注射型骨水泥，需满足良好的可注射性、适合手术操作的凝固时间、一定的抗溃散性等要求，根据使用部位的不同还对力学强度有不同程度的要求[Low KL, et al, Journal of Biomedical Materials Research B: Applied Biomaterials, 2010]。改善无机钙基骨水泥注射性可通过改变液固比、钙磷比，或添加增塑剂等方式实现，常见的增塑剂包括柠檬酸、壳聚糖、磷酸钠盐、甘油磷酸钠、羟丙基甲基纤维素、乳酸、甘油、高聚物等。骨水泥初凝时间以控制在15 min以内为宜，常见的固化促进剂包括磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、二水合硫酸钙或半水合硫酸钙、羟基磷灰石晶须等。针对骨水泥遇水溃散、粘结力差的特点，可以通过加入透明质酸、海藻酸钠、羟丙基甲基纤维素、壳聚糖及其衍生物等增稠剂或交联剂，提高骨水泥的耐水性。

硫酸钙骨水泥体系具有降解快、凝固快、生物相容性及骨传导性好等特点，并已有商业化产品上市（美国Wright公司）。也有文献报道了磷酸钙/硫酸钙的骨水泥体系，以实现降解速度、凝固时间、抗压强度等性能的综合调控。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种硫酸盐改性的骨水泥。该骨水泥的固化时间缩短到3-15 min。

本发明的目的之二在于提供一种该骨水泥的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种硫酸盐改性的骨水泥，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有质量分数为0.05-10%的硫酸盐；或者在固化液中含有质量浓度为0.05-20%的硫酸盐。

上述的硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙及其对应的硫酸氢盐或对应的水合化物，其粒径小于60 μm。

一种制备上述的硫酸盐改性的骨水泥的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.制备硫酸盐细粉。

b.将步骤a所得的硫酸盐细粉加入到骨水泥粉末中并混匀或溶解于固化液中；

c.将掺有硫酸盐的骨水泥粉末与固化液调和后，即得到硫酸盐改性的骨水泥。

本发明通过将硫酸盐以细粉形式掺入骨水泥粉末或者直接溶解于固化液，在水化反应的同时原位生成硫酸钙，进一步促进固化，从而实现对骨水泥固化时间的缩短。本发明提供的方法，可将大多数骨水泥体系的固化时间缩短到3-15 min，更贴近手术临床的需求，拓展了可用于注射的骨水泥的范围，使无机钙基骨水泥的应用市场更为开阔。本发明提供的方法简单、易行、适用范围广、适于大规模生产。

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的质量比的混合骨水泥粉末、β-磷酸三钙和羟基磷灰石按9:1的质量比的混合骨水泥粉末为例，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。

第一对照组：以β-磷酸三钙/羟基磷灰石（质量比7:3）及少量碳酸钙的混合粉末为骨水泥粉末，以pH = 2.0的柠檬酸/壳聚糖溶液为固化液。将骨水泥粉末与固化液按1克骨水泥加入0.4, 0.5, 0.6 ml的固化液的液固比依次进行调和。参照标准ASTM C191测定固化时间，均大于2 h。然后在37 ??C、100 %湿度条件下养护24 h，参照标准ASTM C109测定其抗压强度，为24.3 MPa。

 

实施例1 以第一对照组作为对照。以无水乙醇为介质、转速500 rpm，将无水硫酸钠球磨12 h、离心、加热干燥、捣碎、过250目筛网，得到无水硫酸钠的细粉。向骨水泥粉末中加入质量分数4.5%的无水硫酸钠细粉，以无水乙醇为介质、转速400 rpm，球磨2 h、离心、加热干燥、捣碎、得到骨水泥粉末。将骨水泥粉末与固化液按液固比1g：0.5 ml进行调和，测定固化时间为9 min。在37 ??C、相对湿度100 %的条件下养护24 h，测定抗压强度为24.5 MPa。

实施例2 以第一对照组作为对照。以无水乙醇为介质、转速500 rpm，将无水硫酸钠球磨12 h、离心、加热干燥、捣碎、筛分并收集250-300目之间的粉末，得到无水硫酸钠的细粉。向骨水泥粉末中加入质量分数6%的无水硫酸钠细粉，以无水乙醇为介质、转速400 rpm，球磨2 h、离心、加热干燥、捣碎、得到骨水泥粉末。将骨水泥粉末与固化液按液固比0.45 ml/g进行调和，测定固化时间为6 min。在37 ??C、相对湿度100 %的条件下养护24 h，测定抗压强度为22.9 MPa。

第二对照组：以β-磷酸三钙/羟基磷灰石（质量比9:1）及少量碳酸钙的混合粉末为骨水泥粉末，以pH = 2.0的柠檬酸/壳聚糖溶液为固化液。将骨水泥粉末与固化液按液固比1g：0.42 ml进行调和。参照标准ASTM C191测定固化时间约为3 h。然后在37 ??C、100 %湿度条件下养护24 h，参照标准ASTM C109测定其抗压强度，为22.8 MPa。

实施例3 以第二对照组作为对照。以无水乙醇为介质、转速500 rpm，将无水硫酸钠球磨12 h、离心、加热干燥、捣碎、过250目筛网，得到无水硫酸钠的细粉。向骨水泥粉末中加入质量分数6%的无水硫酸钠细粉，以无水乙醇为介质、转速400 rpm，球磨2 h、离心、加热干燥、捣碎、得到骨水泥粉末。将骨水泥粉末与固化液按液固比1g：0.42 ml进行调和，测定固化时间为10 min。在37 ??C、相对湿度100 %的条件下养护24 h，测定抗压强度为21.4 MPa。

第三对照组：以β-磷酸三钙及3 wt%碳酸钙的混合粉末为骨水泥粉末，以pH = 2.0的柠檬酸/壳聚糖溶液为固化液。将骨水泥粉末与固化液按液固比1g：0.41 ml进行调和。参照标准ASTM C191测定固化时间大于2 h。然后在37 ??C、100 %湿度条件下养护24 h，参照标准ASTM C109测定其抗压强度，为21.9 MPa。

实施例4以第三对照组作为对照。以无水乙醇为介质、转速500 rpm，将无水硫酸钠球磨12 h、离心、加热干燥、捣碎、过250目筛网，得到无水硫酸钠的细粉。向骨水泥粉末中加入质量分数6%的无水硫酸钠细粉，以无水乙醇为介质、转速400 rpm，球磨2 h、离心、加热干燥、捣碎、得到骨水泥粉末。将骨水泥粉末与固化液按液固比0.41 ml：1g进行调和，测定固化时间为6 min。在37 ??C、相对湿度100 %的条件下养护24 h，测定抗压强度为20.9 MPa。

第四对照组：以β-磷酸三钙及5 wt%碳酸钙的混合粉末为骨水泥粉末，以pH = 2.0的柠檬酸/壳聚糖溶液为固化液，以液固比0.4、 0.5、 0.6 ml：1g依次进行调和。参照标准ASTM C191测定固化时间，均大于1.5 h。然后在37 ??C、100 %湿度条件下养护24 h，参照标准ASTM C109测定其抗压强度，为20.5 MPa。

实施例5 以第四对照组作为对照。向固化液中加入质量分数9%的无水硫酸钠，机械搅拌使其溶解。然后以液固比0.55 ml：1g进行调和，测定固化时间为12 min。在37 ??C、相对湿度100 %的条件下养护24 h，测定抗压强度为19.9 MPa。

实施例6以第四对照组作为对照。向固化液中加入质量分数9%的无水硫酸钠，机械搅拌使其溶解。然后以液固比0.45 ml：1g进行调和，测定固化时间为5 min。在37 ??C、相对湿度100 %的条件下养护24 h，测定抗压强度为19.3 MPa。

Claims (8)

1.一种硫酸盐改性的骨水泥，由骨水泥粉末与固化液按1g：0.1-1ml的固液比组成，其特征在于所述的骨水泥粉末中含有质量分数0.05-10%的硫酸盐；或者在固化液中含有质量浓度为0.05-20%的硫酸盐。

2.根据权利要求1所述的硫酸盐改性的骨水泥，其特征在于所述的硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙及其对应的硫酸氢盐或对应的水合化物，其粒径小于60 μm。

3.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。

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：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。

5.根据权利要求4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。

6.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。

7.根据权利要求5所述的明胶增强的骨水泥的制备方法，其特征在于所述的固化液为pH = 2.0的壳聚糖/柠檬酸酸性固化液。

8.一种制备根据权利要求1—6中任一项所述的硫酸盐改性的骨水泥的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.制备硫酸盐细粉。

b.将步骤a所得的硫酸盐细粉加入到骨水泥粉末中并混匀或溶解于固化液中；

c.将掺有硫酸盐的骨水泥粉末与固化液调和后，即得到硫酸盐改性的骨水泥。