CN103656739A - 一种高羟基磷灰石含量的复合型骨水泥及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高羟基磷灰石含量的复合型骨水泥，包括粉末部分和液体部分，所述的粉末部分由经P(MMA-co-MPS)表面修饰的羟基磷灰石和聚甲基丙烯酸甲酯组成；所述的液体部分为含有引发剂和对苯二甲酸二甲酯的甲基苯烯酸甲酯。更进一步提供了高羟基磷灰石含量的复合型骨水泥的制备方法和应用，该骨水泥具有适合于注射的固液比，采用本发明的方法制备所得的骨水泥力学性能达标，且无毒性。
Description
技术领域
本发明涉及生物材料领域，更具体地，涉及一种高羟基磷灰石含量的复合型骨水泥及其制备方法和应用。
背景技术
骨水泥是一类通过自行固化后任意塑性的骨修复材料，今年来已被广泛运用于临床外科手术中。在髋关节置换手术，整形美容等领域被广泛应用。目前市场上的骨水泥主要分为两类：磷酸钙(CPC)骨水泥，CPC骨水泥以其优异的生物相容性而占有了骨水泥大量的市场，但是力学性能差导致其不能被运用于承重骨的修复手术中；传统的甲基丙烯酸(PMMA)骨水泥具有优异的力学性能，但是却因其与自然骨的差异较大，导致其生物相容性存在很大的问题。市场上的PMMA骨水泥寿命一般为8年，故在临床手术的使用中有一定局限性。
发明内容
为克服这样的局限性，本发明先提供一种高羟基磷灰石含量的复合型骨水泥，包括粉末部分和液体部分，所述的粉末部分由经P(MMA-co-MPS)表面修饰的羟基磷灰石和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）组成；所述的液体部分为含有引发剂和对苯二甲酸二甲酯的甲基苯烯酸甲酯。
所述的聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为80万~90万。
粉末部分中的经P(MMA-co-MPS)表面修饰的羟基磷灰石和聚甲基丙烯酸甲酯的重量比为1:1.5~2.0。
按重量百分比计，液体部分中的引发剂为0.8~1.2%，对苯二甲酸二甲酯为4~5%，余量为甲基苯烯酸甲酯。
所述的粉末部分和液体部分按重量比为1：2.5~2.9。
所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
更进一步提供一种上述的高羟基磷灰石含量的复合型骨水泥的制备方法，包括以下步骤：
S1. 将表面修饰后的羟基磷灰石粉末和聚甲基丙烯酸甲酯混合，消毒后，得骨水泥的粉末部分；
S2. 将引发剂和对苯二甲酸二甲酯溶解于甲基苯烯酸甲酯中，得骨水泥的液体部分；
使用时，将S1所的粉末部分和S2所得的液体部分混合，成型即可。
更具体地，提供一种上述的高羟基磷灰石含量的复合型骨水泥在制备骨科植入材料中的应用。
在本发明中提到的修饰后的羟基磷灰石粉末、高分子量的PMMA粉末等都记载于申请人的在先申请中（申请号为201310545809.8，发明名称为一种可注射复合型骨水泥及其制备方法和应用），具体公开内容如下：
纳米羟基磷灰石的合成；
称取(CaNO3)2 
4H2O和 (NH4)2HPO4粉末溶解于水中，在超声搅拌的条件下，将(NH4)2HPO4溶液滴加到(CaNO3)2 
4H2O溶液中，加入分散剂，调节pH，陈化，离心，水洗，即得。
P（MMA-co-MPS）的合成：
在惰性气体下，将甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈、硅烷偶联剂和四氢呋喃加入容器中，在60~70℃搅拌反应6~8小时，即得 P（MMA-co-MPS）。
P(MMA-co-MPS)-HA（即表面修饰后的羟基磷灰石粉末）的制备:
将乙醇/水的混合溶液用冰醋酸调节至酸性，将P（MMA-co-MPS）加入其中，再加入上述制备所得的纳米羟基磷灰石，调节至碱性，将产物过滤干燥，再用四氢呋喃超声洗涤，即得。
高分子量PMMA的合成：
将聚乙烯醇 溶于蒸馏水中，搅拌下充分溶解后，加入甲基丙烯酸甲酯 (及过氧化二苯甲酰，升温至60~100℃，反应5~6h后，将所得的产物用蒸馏水洗3~5次，置于70~90℃烘箱中干燥4~8h，即得，将所得的高分子量PMMA碾磨成颗粒，待用。
其中，MMA：甲基丙烯酸甲酯；BPO：过氧化二苯甲酰；
PMMA：聚甲基丙烯酸甲酯；DMT：对苯二甲酸二甲酯；
MPS：硅烷偶联剂；THF：四氢呋喃；PVA：聚乙烯醇。
本发明的优点在于：
1、 本发明公开的骨水泥制备方法，是一种可注射型骨水泥，应用广泛。
2、 本发明公开的骨水泥制备方法，通过P(MMA-co-MPS)对羟基磷灰石进行高程度的表面修饰后，大大提高了羟基磷灰石在骨水泥中的分散性，具有优秀的力学性能。
3、 本发明公开的骨水泥制备方法，羟基磷灰石在骨水泥固体粉末中的含量高达40%，大大提高了PMMA骨水泥的生物相容性。细胞毒性试验结果显示该骨水泥是没有毒性的。
附图说明
图1为P(MMA-co-MPS)-HA的红外表征图。
图2为P(MMA-co-MPS)-HA的热重分析图。
图3为骨水泥的压缩强度的结果图。
图4为骨水泥的弯曲强度的结果图。
图5为骨水泥的弯曲模量的结果图。
图6为骨水泥的细胞毒性的结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、设备和方法为本技术领域常规市购的试剂、设备和常规使用的方法。
实施案1
第一步，使用75ml丙酮溶液溶解5g P(MMA-co-MPS)粉末后，加入90%乙醇/水的混合溶液并调节溶液PH值至3.5-4.0，反应一个小时后，加入事先超声分散好的含有8g羟基磷灰石悬液200ml并调节整个体系的PH值至9.0，反应过夜，将产物过滤，用四氢呋喃超声清洗三次，真空干燥得到P(MMA-co-MPS)-HA粉末。实验红外结果如图1，从图中观察到，相对于羟基磷灰石(HA), P(MMA-co-MPS)-HA在1410~1460处的C-O反对称峰吸收峰出现裂峰的现象，说明CO3 2-进入羟基磷灰石的内部，P(MMA-co-MPS)成功修饰到羟基磷灰石的表面。实验热重分析结果如图2，羟基磷灰石(a)的质量随着温度的升高没有变化；经P(MMA-co-MPS)修饰后的羟基磷灰石(b)，其修饰程度高达50%。
第二步，将第一步中所得的表面修饰后的羟基磷灰石粉末0.4g与分子量为85万的PMMA粉末0.6g混合并经消毒后即得骨水泥的粉末部分。骨水泥的液体部分由溶解有0.03gBPO和14ul DMT的MMA溶液3ml组成。将骨水泥粉末组分与液体组分混合后搅拌混匀，经注射器注射成型后，作为实验组骨水泥。对照组骨水泥中羟基磷灰石为未经修饰的羟基磷灰石粉末。
实施案2
压缩性能实验样品尺寸为：高12mm，直径6mm的圆柱体，实验组骨水泥为实施例1所述的骨水泥。
使用万能材料试验机测得压缩强度结果如图3，实验组骨水泥的压缩强度明显高于对照组骨水泥，并且，实验组骨水泥的压缩性能达到 ISO 5833的标准。
实施例3
弯曲性能实验样品尺寸为：长75mm，宽10mm，高3.3mm的板材，实验组骨水泥为实施例1所述的骨水泥。
测试前，样品于37℃的水浴中浸泡72±1.0小时。在万能材料试验机上测得弯曲强度结果如图4，含实验组骨水泥的弯曲强度高于对照组的强度，弯曲模量结果如图5，结果与弯曲强度类似。弯曲性能的结果说明含有共聚物羟基磷灰石的骨水泥的弯曲性能明显得到改善。
实施案4
细胞毒性测试(MTT)实验样品尺寸：高6mm，直径6mm的圆柱体，实验组骨水泥为实施例1所述的骨水泥。
各骨水泥样分别使用酒精，PBS浸泡24小时后，使用完全培养基浸泡24小时得到两组浸提液。以完全培养基为空白对照组，每个样品接种5000个人成骨细胞细胞(HFOB)。测得24小时和48小时后各组的细胞存活率。实验结果如图6，与空白对照组相比，各组细胞存活率均高于80%，说明材料均没有毒性。
Claims (8)
1. 一种高羟基磷灰石含量的复合型骨水泥，包括粉末部分和液体部分，其特征在于，所述的粉末部分由经P(MMA-co-MPS)表面修饰的羟基磷灰石和聚甲基丙烯酸甲酯组成；所述的液体部分为含有引发剂和对苯二甲酸二甲酯的甲基苯烯酸甲酯。
2. 根据权利要求1所述的复合型骨水泥，其特征在于，所述的聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为80万~90万。
3. 根据权利要求1所述的复合型骨水泥，其特征在于，粉末部分中的经P(MMA-co-MPS)表面修饰的羟基磷灰石和聚甲基丙烯酸甲酯的重量比为1:1.5~2.0。
4. 根据权利要求1所述的复合型骨水泥，其特征在于，按重量百分比计，液体部分中的引发剂为0.8~1.2%，对苯二甲酸二甲酯为4.0~5.0%，余量为甲基苯烯酸甲酯。
5. 根据权利要求1所述的复合型骨水泥，其特征在于，所述的粉末部分和液体部分按重量比为1：2.5~2.9。
6. 根据权利要求1所述的复合型骨水泥，其特征在于，所述的引发剂为过氧化苯甲酰。
7. 一种根据权利要求1所述的高羟基磷灰石含量的复合型骨水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 将表面修饰后的羟基磷灰石粉末和聚甲基丙烯酸甲酯混合，消毒后，得骨水泥的粉末部分；
S2. 将引发剂和对苯二甲酸二甲酯溶解于甲基苯烯酸甲酯中，得骨水泥的液体部分；
使用时，将S1所的粉末部分和S2所得的液体部分混合，成型即可。
8. 一种根据权利要求1所述的高羟基磷灰石含量的复合型骨水泥在制备骨科植入材料中的应用。
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