CN103893828A - 一种改善磷酸钙骨水泥韧性的方法 - Google Patents
一种改善磷酸钙骨水泥韧性的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103893828A CN103893828A CN201410072035.6A CN201410072035A CN103893828A CN 103893828 A CN103893828 A CN 103893828A CN 201410072035 A CN201410072035 A CN 201410072035A CN 103893828 A CN103893828 A CN 103893828A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- calcium phosphate
- bone cement
- phosphate bone
- plga
- cpc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
本发明涉及磷酸钙骨水泥，特别涉及一种改善磷酸钙骨水泥韧性的方法，本发明公开了一种改善磷酸钙骨水泥韧性的方法，取磷酸钙骨水泥涂抹在PLGA纳米纤维膜表面形成单层状复合，将PLGA纳米纤维膜由一端同轴卷至另一端，固化制得固化体。本方法采用的纤维膜原材料为PLGA，具有无毒、可完全生物降解、降解速率可控性、良好的生物相容性、不污染环境等优点，植入人体后无不良反应。
Description
技术领域
本发明涉及磷酸钙骨水泥，特别涉及一种改善磷酸钙骨水泥韧性的方法。
背景技术
磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement，CPC）它是指一类以各种磷酸钙盐为主要成份,在生理条件下具有自固化能力及降解活性、成骨活性的无机材料。作为一种新型的自固化生物材料，较传统骨水泥材料的理化、生物学性能更为优良，在人工合成材料中，磷酸钙骨水泥有着独特的优势：一方面，固化产物为羟基磷灰石，与人体骨无机矿物成分相一致，具有良好的生物相容性、生物活性与骨传导性；另一方面，作为生物骨水泥，又具有自固化性、可注射性、易塑形性、载药缓释性等优点。现有磷酸钙骨水泥产品主要存在两个方面的不足：第一，脆性大，体内服役时易疲劳失效。第二，体内降解性差，难以与新生骨组织较快的生长速度相匹配；第三，强度普遍偏低（抗压强度一般为30～55MPa)，尚不能用于承力部位骨缺损部位（人体长骨横向抗压强度为106～133MPa)修复。CPC自身强度低、脆性大，只能被应用在牙槽脊增高、颌面骨修复等非承重材料方面，而难以应用于承重骨方面，从而限制了其在临床中的应用。为了解决这难题，研究者们相继采用纤维、有机物、无机物等来增加CPC的韧性及抗弯特性，减少材料脆性。
目前已经研究的纤维有聚乙烯纤维，聚磷酸钙纤维，碳纤维，SiC纤维，碳纳米管(CNTS)等，对CPC进行增强增韧也有一些报道：
1、1、Xu等分别采用碳纤维、玻璃纤维、氮化硅纤维和碳化硅纤维等增强磷酸钙骨水泥，可较大地提高水泥强度，由原来的10MPa达到20-78MPa，但强度的提高幅度与纤维种类、长度、含量及界面结合有关，特别是长度要求较长，这给临床操作增加难度（Xu H.H.ReinforCement of a Self-settingCalcium Phosphate Cement with differentfibers.，J.Biomed Mat.Res.，2000，52(1)：107-114)；2、Santos等与Xu分别采用聚酰胺增强CPC，也可使强度较大提高(Santos L.A.Fiber Reinforced Calcium Phosphate Cement，Artif，Organs，2000，24(3)：212-216)；3、Gonten采用纤维网来增强骨水泥，力图达到负重部位使用要求。上述方法所采用的这些纤维由于大多数不具生物活性，与组织不易牢固结合，在生理环境中或植入体内后常有单体释放和其他降解产物生成，对人体造成危害。在人体内有的不能生物降解，手术后残留体内会对人体产生不利的影响；若通过再次手术取出，则增加了患者的痛苦，同时也增加了手术负担及感染几率。而有些可吸收纤维降解过快或过慢，使骨水泥力学强度下降过快而出现塌陷。人们在寻找一种新的增强效果好、能体内生物降解、生物相容性好、降解速率可控的增强体就成为增强改性CPC的关键。
发明内容
本发明需要解决的技术问题在于提供一种改善磷酸钙复合骨水泥韧性的方法，以克服现有增强纤维在人体内不降解，在生理环境中或植入体内后常有单体释放和其他降解产物生成，对人体造成危害，手术后残留在人体内会对人体产生不利影响，或降解速率不可控的缺陷，在已开发出并已广泛应用的磷酸钙无机骨水泥基础上，根据仿生骨天然结构，将具有良好生物相容性及降解可控性的聚乳酸-羟基乙酸（poly（lactide-co-glycolide），PLGA）纳米纤维膜与磷酸钙骨水泥复合，从而实现有机无机复合，提高材料韧性。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种改善磷酸钙骨水泥韧性的方法，取磷酸钙骨水泥涂抹在PLGA纳米纤维膜表面形成单层状复合，将PLGA纳米纤维膜由一端同轴卷至另一端，卷成圆柱体，固化制得固化体。
优选的是：所述磷酸钙骨水泥的固相为磷酸钙粉末，磷酸钙骨水泥的液相是质量分数为2%的Na2HPO4溶液，磷酸钙骨水泥的固相与磷酸钙骨水泥的液相质量体积比为10︰3。
优选的是：所述的PLGA纳米纤维膜由静电纺丝法制备。
优选的是：所述的磷酸钙骨水泥涂抹厚度为0.3～1mm。
本发明的有益效果：
1、本方法采用的纤维膜原材料为PLGA，具有无毒、可完全生物降解、良好的生物相容性、不污染环境等优点，植入人体后无不良反应。静电纺丝制备的PLGA纳米纤维膜具有柔韧性好，比表面积大、孔隙率高等优点。
2、本发明所选用改善CPC力学性能的材料为静电纺织可吸收高分子PLGA纳米纤维膜，形成稀糊状的CPC与PLGA纳米纤维膜先形成单层状复合，再通过同轴卷入形成所需直径的、模拟人体长骨的柱状。
3、本发明方法，在初期PLGA纳米纤维膜能增强CPC的韧性，后期PLGA膜在体内降解后形成环形的空隙，为新骨形成提供通道，同时促进CPC的降解，通过控制CPC与PLGA膜的比例，从而控制改善CPC的降解。
附图说明
图1为CPC组和CPC/PLGA组韧性强度（WOF）柱状图，其中CPC组数据为左边的柱形，CPC/PLGA组数据为右边的柱形。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细的阐述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。这些实施例仅用于说明本发明，而非用于限制本发明的范围。此外，在阅读本发明的内容后，本领域的技术人员可以对本发明作各种修改，这些等价变化同样落于本发明所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
取磷酸钙骨水泥（CPC，固相为磷酸钙粉末，购于上海瑞邦生物材料有限公司），液相是质量分数为2%的Na2HPO4溶液。将1g磷酸钙粉末与0.3mL质量分数为2%的Na2HPO4溶液混合制备稀糊状的CPC，把混合物涂抹在长为20mm，宽为20mm的静电纺丝PLGA纳米纤维膜（荷兰牙科学院生物材料中心提供）表面，涂抹厚度为0.3mm，将PLGA纳米纤维膜由一端同轴卷至另一端，卷成圆柱体，置入预先充填少许稀糊状CPC的模具中，清理溢出模具的CPC糊剂，试件在恒温37℃、100%相对湿度的恒温水浴箱固化24小时后脱模，取出试件。实施例2
取磷酸钙骨水泥（CPC，固相为磷酸钙粉末，购于上海瑞邦生物材料有限公司），液相是质量分数为2%的Na2HPO4溶液。将1g磷酸钙粉末与0.3mL质量分数为2%的Na2HPO4溶液混合制备稀糊状的CPC，把混合物涂抹在长为20mm，宽为20mm的静电纺丝PLGA纳米纤维膜（荷兰牙科学院生物材料中心提供）表面，涂抹厚度为1mm，将PLGA纳米纤维膜由一端同轴卷至另一端，卷成圆柱体，置入模具中，清理溢出模具的CPC糊剂。试件在恒温37℃、100%相对湿度的恒温水浴箱固化24小时后脱模，取出试件。
以下为具体实验方法及数据：
一、材料与设备
1、磷酸钙骨水泥（CPC，固相为磷酸钙粉末，液相是质量分数为2%的Na2HPO4溶液）：购于上海瑞邦生物材料有限公司
2、静电纺丝可吸收高分子PLGA纳米纤维膜：由荷兰Radboud University牙科学院生物材料中心惠赠
3、万能测试机AG-IS日本SHIMADZU公司
4、6mm×6mm×20mm不锈钢模具
二、方法
根据材料分为CPC和CPC/PLGA两组：
CPC组：将1g磷酸钙粉末与0.3mL的2%的Na2HPO4溶液混合调拌成稀糊状，填入尺寸为6mm×6mm×20mm（长×宽×高）模具中，静置，在恒温37℃、100%相对湿度的恒温水浴箱固化24小时后脱模，制得尺寸为6mm×6mm×20mm（长×宽×高）的试件。
CPC/PLGA组：将静电纺丝可吸收高分子PLGA纳米纤维膜剪成长为20mm、宽为20mm大小备用，将1g磷酸钙粉末与0.3mL的2%的Na2HPO4溶液混合调拌成稀糊状CPC，将CPC涂抹在PLGA纳米纤维膜的表面，厚度约为0.3mm，将PLGA纳米纤维膜由一端同轴卷至另一端，卷成圆柱体形状，直径约4mm，置入预先充填少许稀糊状CPC的模具中，模具剩余空间用CPC填满，静置，在恒温37℃、100%相对湿度的恒温水浴箱固化24小时后脱模，制得6mm×6mm×20mm（长×宽×高）试件。
三、力学测定
在万能测试机下进行三点弯曲测定，测定其弯曲强度（S）、韧性强度(WOF)弹性模量（E）。三点弯曲试验，跨度15mm，加载速度1mm／min，试件弯曲位移至3mm时试验自动停止，力学试验机记录载荷一位移(P—d)曲线，通过载荷一位移(P—d)曲线计算出弯曲强度（S）、韧性强度(WOF)弹性模量（E），计算结果如下，见表1：
表1CPC组和CPC/PLGA组力学参数比较
*P=0.000差异有统计学意义
根据表1中的数据绘制的韧性强度(WOF)柱状图见图1。
四、结论
通过表1及图1：CPC／PLGA复合物比CPC的弯曲强度、韧性强度分别提高了28.8%、71.42倍，弹性模量适当的降低了38.8%，CPC／PLGA膜复合物弯曲强度及韧性强度提高，说明脆性材料逐渐向韧性材料转变，表明该材料能承受更大的弯曲应力及吸收更多的能量，因而材料在受到外力时，有更强的抗折断能力。
Claims (4)
1.一种改善磷酸钙骨水泥韧性的方法，其特征在于：该方法是取磷酸钙骨水泥涂抹在PLGA纳米纤维膜表面形成单层状复合，将PLGA纳米纤维膜由一端同轴卷至另一端，卷成圆柱体，固化制得固化体。
2.根据权利要求1所述的改善磷酸钙骨水泥韧性的方法，其特征在于：所述磷酸钙骨水泥的固相为磷酸钙粉末，磷酸钙骨水泥的液相是质量分数为2%的Na2HPO4溶液，磷酸钙骨水泥的固相与磷酸钙骨水泥的液相质量体积比为10︰3。
3.根据权利要求1所述的改善磷酸钙骨水泥韧性的方法，其特征在于：所述的PLGA纳米纤维膜由静电纺丝法制备。
4.根据权利要求1所述的改善磷酸钙骨水泥韧性的方法，其特征在于：所述的磷酸钙骨水泥涂抹厚度为0.3～1mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410072035.6A CN103893828B (zh) | 2014-02-28 | 2014-02-28 | 一种改善磷酸钙骨水泥韧性的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410072035.6A CN103893828B (zh) | 2014-02-28 | 2014-02-28 | 一种改善磷酸钙骨水泥韧性的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103893828A true CN103893828A (zh) | 2014-07-02 |
| CN103893828B CN103893828B (zh) | 2016-01-20 |
Family
ID=50985606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410072035.6A Active CN103893828B (zh) | 2014-02-28 | 2014-02-28 | 一种改善磷酸钙骨水泥韧性的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103893828B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018031810A1 (en) * | 2016-08-11 | 2018-02-15 | University of Central Oklahoma | Method and apparatus to control the heterogeneous flow of bone cement and improve osseointegration of cemented implant |
| CN108114323A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-06-05 | 广西医科大学 | 一种多孔可注射的磷酸钙骨水泥复合物 |
| CN108283732A (zh) * | 2018-01-21 | 2018-07-17 | 广西医科大学 | 一种用于牙槽骨骨增量的植骨复合材料 |
| CN109101782A (zh) * | 2018-09-07 | 2018-12-28 | 山东大学 | 一种预测Cu-Zr非晶合金强脆转变参数f的方法 |
| US10932910B2 (en) | 2014-08-18 | 2021-03-02 | University of Central Oklahoma | Nanofiber coating to improve biological and mechanical performance of joint prosthesis |
| US11058521B2 (en) | 2014-08-18 | 2021-07-13 | University of Central Oklahoma | Method and apparatus for improving osseointegration, functional load, and overall strength of intraosseous implants |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100471912C (zh) * | 2004-04-06 | 2009-03-25 | 石宗利 | 一种可控降解吸收性生物活性复合材料及其制备方法 |
| CA2650542C (en) * | 2006-04-25 | 2016-09-13 | Teleflex Medical Incorporated | Calcium phosphate polymer composite and method |
| CN101406711B (zh) * | 2008-11-04 | 2012-11-07 | 东华大学 | 一种电沉积钙磷矿化层超细纤维骨材料的制备方法 |
-
2014
- 2014-02-28 CN CN201410072035.6A patent/CN103893828B/zh active Active
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10932910B2 (en) | 2014-08-18 | 2021-03-02 | University of Central Oklahoma | Nanofiber coating to improve biological and mechanical performance of joint prosthesis |
| US11058521B2 (en) | 2014-08-18 | 2021-07-13 | University of Central Oklahoma | Method and apparatus for improving osseointegration, functional load, and overall strength of intraosseous implants |
| WO2018031810A1 (en) * | 2016-08-11 | 2018-02-15 | University of Central Oklahoma | Method and apparatus to control the heterogeneous flow of bone cement and improve osseointegration of cemented implant |
| US9974883B2 (en) | 2016-08-11 | 2018-05-22 | University of Central Oklahoma | Method and apparatus to control the heterogeneous flow of bone cement and improve osseointegration of cemented implant |
| US10286103B2 (en) | 2016-08-11 | 2019-05-14 | University of Central Oklahoma | Method and apparatus to control the heterogeneous flow of bone cement and improve osseointegration of cemented implant |
| CN108283732A (zh) * | 2018-01-21 | 2018-07-17 | 广西医科大学 | 一种用于牙槽骨骨增量的植骨复合材料 |
| CN108114323A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-06-05 | 广西医科大学 | 一种多孔可注射的磷酸钙骨水泥复合物 |
| CN109101782A (zh) * | 2018-09-07 | 2018-12-28 | 山东大学 | 一种预测Cu-Zr非晶合金强脆转变参数f的方法 |
| CN109101782B (zh) * | 2018-09-07 | 2021-12-03 | 山东大学 | 一种预测Cu-Zr非晶合金强脆转变参数f的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103893828B (zh) | 2016-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Luo et al. | 3D printing of concentrated alginate/gelatin scaffolds with homogeneous nano apatite coating for bone tissue engineering | |
| Okamoto et al. | Synthetic biopolymer nanocomposites for tissue engineering scaffolds | |
| Yang et al. | 3D-printed bioactive Ca3SiO5 bone cement scaffolds with nano surface structure for bone regeneration | |
| Park et al. | Fabrication and characterization of 3D-printed bone-like β-tricalcium phosphate/polycaprolactone scaffolds for dental tissue engineering | |
| CN103893828A (zh) | 一种改善磷酸钙骨水泥韧性的方法 | |
| Krüger et al. | Fiber reinforced calcium phosphate cements–on the way to degradable load bearing bone substitutes? | |
| Sun et al. | Hydroxyapatite nanowire@ magnesium silicate core–shell hierarchical nanocomposite: Synthesis and application in bone regeneration | |
| Guo et al. | Hybrid nanostructured hydroxyapatite–chitosan composite scaffold: Bioinspired fabrication, mechanical properties and biological properties | |
| Canal et al. | Fibre-reinforced calcium phosphate cements: a review | |
| US7713542B2 (en) | Three dimensional cell protector/pore architecture formation for bone and tissue constructs | |
| Bao et al. | Effects of electrospun submicron fibers in calcium phosphate cement scaffold on mechanical properties and osteogenic differentiation of umbilical cord stem cells | |
| Zhou et al. | Innovative biodegradable poly (L-lactide)/collagen/hydroxyapatite composite fibrous scaffolds promote osteoblastic proliferation and differentiation | |
| Park et al. | Surface modification of a three-dimensional polycaprolactone scaffold by polydopamine, biomineralization, and BMP-2 immobilization for potential bone tissue applications | |
| Li et al. | Fabrication and properties of Ca-P bioceramic spherical granules with interconnected porous structure | |
| Kucko et al. | Tough and osteocompatible calcium phosphate cements reinforced with poly (vinyl alcohol) fibers | |
| Weir et al. | Culture human mesenchymal stem cells with calcium phosphate cement scaffolds for bone repair | |
| Wang et al. | Electrospun nanofiber-reinforced three-dimensional chitosan matrices: Architectural, mechanical and biological properties | |
| Parsons et al. | Mimicking bone structure and function with structural composite materials | |
| CN101041087A (zh) | 高强可降解含锶磷酸钙双相陶瓷骨支架及其制备方法 | |
| Mobika et al. | Substantial effect of silk fibroin reinforcement on properties of hydroxyapatite/silk fibroin nanocomposite for bone tissue engineering application | |
| CN108273131B (zh) | 一种复合骨水泥、制备方法及其应用和一种骨修复材料 | |
| Govindan et al. | Effect of phosphate glass reinforcement on the mechanical and biological properties of freeze-dried gelatin composite scaffolds for bone tissue engineering applications | |
| Cao et al. | Development of degradable and bioactive composite as bone implants by incorporation of mesoporous bioglass into poly (L-lactide) | |
| Chern et al. | 3D scaffold with PCL combined biomedical ceramic materials for bone tissue regeneration | |
| CN107137773A (zh) | 用于骨修复的纤维基三维多孔复合材料及其制备方法以及成型品 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liao Hongbing Inventor after: Huang Linhui Inventor after: Wang Lingfei Inventor after: Mai Yuying Inventor after: Qin Yuan Inventor before: Liao Hongbing Inventor before: Huang Linhui |
|
| COR | Change of bibliographic data |