CN104496395A

CN104496395A - 一种磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用

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Publication number: CN104496395A
Application number: CN201410704840.6A
Authority: CN
Inventors: 董金美; 肖学英; 余红发; 文静; 李颖; 常成功; 郑卫新
Original assignee: Qinghai Institute of Salt Lakes Research of CAS
Current assignee: Qinghai Institute of Salt Lakes Research of CAS
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2034-11-27
Also published as: CN104496395B

Abstract

本发明公开了一种磷酸镁骨水泥及其制备方法，该磷酸镁骨水泥至少包括按如下质量份数计的组分：100～400份烧结氧化镁，100份磷酸盐和5～80份复合缓凝剂；其中，烧结氧化镁为盐湖提锂副产氧化镁的煅烧产物。复合缓凝剂包括葡萄糖、蔗糖、氯化物中的至少两种混合物，还可包括柠檬酸。该磷酸酶骨水泥的制备方法包括步骤：将烧结氧化镁、磷酸盐和复合缓凝剂混合、球磨得到磷酸镁骨水泥。该复合缓凝剂可应用于骨修复手术中。根据本发明的磷酸镁骨水泥不仅降低了水化反应速度和水化温度，同时该磷酸镁骨水泥的强度满足要求；且操作简单，成本较低。

Description

一种磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于医用生物材料技术领域，具体地讲，涉及一种磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用。

背景技术

磷酸镁水泥(Magnesia-Phosphate Cement，MPC)主要由烧结氧化镁、磷酸盐和缓凝剂按一定比例配制而成，具有快凝、高早强的特性。早在1945年Brookhaven实验室就将MPC用作建筑物的快速修补材料。作为一类无机胶粘剂，MPC与磷酸钙骨水泥(CPC)类似，能在人体生理环境下自行固化，水化产物为磷酸盐类生物矿石，生物相容性好。多年研究表明，MPC具有良好的生物相容性和生物降解性，是一种理想的骨缺损修复材料，但由于MPC具有水化反应速度快及水化放热量极大两大问题，导致其长期以来都未受到人们足够的重视和研究。如MPC在绝热条件下，最高水化温度达到近70℃，这些问题一直未得到很好的解决。

磷酸镁水泥的水化反应其实质是一个以酸碱中和反应为基础的放热反应，反应速度很快，反应过程放出大量的热量，这些热量又进一步加速了体系的反应速度，导致体系的凝结速度很快，几分钟之内就会迅速凝结硬化，快凝特性严重影响了磷酸镁水泥的推广并限制了它的应用范围。

作为快速修补材料，目前，磷酸镁水泥缓凝可采用以下方法：1、加入缓凝剂硼砂、硼酸和三聚磷酸钠等；2、减小死烧MgO活性与细度；3、适当提高磷酸盐的含量；4、冷却拌合用水。这些方法可适当减缓水化反应速度，降低水化温度，但是存在一定的局限性，且不适用于磷酸镁骨水泥的应用。

专利CN102807335A提出了一种利用自包覆控制水化反应合成磷酸镁生物骨水泥的方法，该方法有效地控制了水化反应速度和水化放热温度，将磷酸镁骨水泥的凝结时间从包覆前的0.7min～4min延长至包覆后的6min～17min，放热温度峰值则由55.1℃～70.5℃降至32.6℃～38.3℃，具有了一定有益效果。但本专利所涉及磷酸镁骨水泥，其以盐湖提锂过程中的副产品含硼氧化镁为原料，经高温煅烧获得医用级烧结氧化镁，原料上的差异导致了上述方法具有了局限性，同时上述方法将一些无机离子引入，会对人体的体液环境产生干扰，导致人体功能下降甚至引起人体中毒，副作用明显。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用，该磷酸镁骨水泥通过在其中添加复合缓凝剂，达到了降低磷酸镁骨水泥的水化反应速度和水化温度的目的。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种磷酸镁骨水泥，至少包括按如下质量份数计的组分：100～400份烧结氧化镁，100份磷酸盐和5～80份复合缓凝剂；其中，所述烧结氧化镁为盐湖提锂副产氧化镁的煅烧产物。

进一步地，所述复合缓凝剂包括葡萄糖、蔗糖、氯化物中的至少两种混合物；其中，所述葡萄糖、蔗糖、氯化物的质量分数均不超过50％。

进一步地，所述复合缓凝剂还包括柠檬酸；其中，所述柠檬酸占所述复合缓凝剂的质量分数不超过10％。

进一步地，所述氯化物包括氯化钠、氯化镁、氯化钾、氯化钙中的至少一种。

进一步地，所述磷酸盐包括正磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐中的至少一种。

进一步地，所述磷酸二氢盐包括磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢铵中的至少一种。

本发明的另一目的在于提供了一种上述磷酸镁骨水泥的制备方法，包括步骤：将所述烧结氧化镁、磷酸盐和复合缓凝剂混合、球磨得到所述磷酸镁骨水泥。

进一步地，所述烧结氧化镁是盐湖提锂副产氧化镁在温度为800℃～1400℃、煅烧3h～6h获得的煅烧产物。

进一步地，球磨时间为5min～60min，所述磷酸镁骨水泥的粒径为5μm～100μm。

本发明的另一目的还在于提供了一种上述磷酸镁骨水泥在骨修复手术中的应用。

本发明通过在制备磷酸镁骨水泥的过程中添加复合缓凝剂，不仅起到了降低磷酸镁骨水泥的水化反应速度和水化温度的目的，同时复合缓凝剂的加入不会大幅度降低该磷酸镁骨水泥的强度，不改变其水化产物的组成和形貌；且操作简单，成本较低。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的实施例的磷酸镁骨水泥的制备方法的流程图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

实施例1

参照图1，根据本发明的实施例的磷酸镁骨水泥的制备方法包括步骤：

步骤110：将盐湖提锂副产品含硼氧化镁在1000℃煅烧3h，制成医用级烧结氧化镁。其中，本实施例的烧结氧化镁是指：富含氧化镁的镁渣(即本实施例的盐湖提锂副产品含硼氧化镁)经过高温煅烧后，使其中的氧化镁组分全部或部分转化为氧化镁晶体。该氧化镁晶体具有一定的活性，活性氧化镁的存在有助于磷酸镁骨水泥形成骨架结构。高温煅烧的温度范围可在800℃～1400℃之间。

对盐湖提锂副产品含硼氧化镁在煅烧前后各离子的质量分数进行了分析，结果如表1所示；对经过煅烧后的烧结氧化镁中的有毒有害元素的含量也进行了分析，结果如表2所示。

表1

其中，“——”表示未检出。

表2

有毒有害元素	Cd	Hg	As	Pb
					含量/mg·kg^-1	2×10^-4	4.6×10^-3	1.19	5.2×10^-3

从表1和表2可以看出，上述含硼氧化镁在较低的温度下煅烧，可以达到《中国药典》(2010年版，第二部)中医用级MgO对杂质离子的规定的要求，同时也符合国家标准GB23101.1-2008《外科植入物-羟基磷灰石》对骨修复材料中的微量元素极限含量规定的要求。

步骤120：将上述获得的烧结氧化镁与磷酸盐、复合缓凝剂混合、球磨得到磷酸镁骨水泥。

具体地，将步骤110得到的烧结氧化镁100份与磷酸二氢钾100份在球磨机中混料、球磨5min，制成粒径为100μm左右的磷酸镁骨水泥粉体。

再将5份复合缓凝剂添加到二次蒸馏水中，搅拌均匀，配置成浓度均匀的液相。其中，每份复合缓凝剂中葡萄糖、蔗糖和柠檬酸的质量分数分别为50％、40％和10％。

在使用时，按0.2mL/g的液固比将上述液相加入到磷酸镁骨水泥粉体中，搅拌制得均匀的磷酸镁骨水泥浆料，即可用于骨修复手术；此处液固比指上述二次蒸馏水的体积与磷酸镁骨水泥粉体的质量之比。按照《外科植入物-丙烯酸类骨水泥附录C体系放热最高温度的测定》所规定的方法设计测试模具对体系放热最高温度进行测定。测得当复合缓凝剂的用量为烧结氧化镁用量的5％时，其最高水化温度为52.4℃。该磷酸镁骨水泥的凝结时间和抗压强度见表3。

表3

实施例2

在实施例2的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例2与实施例1的不同之处在于：在步骤110中，在煅烧温度为800℃下煅烧3h得到烧结氧化镁；在步骤120中，烧结氧化镁用量为200份，磷酸二氢铵为100份，球磨30min得到粒径为10μm左右的磷酸镁骨水泥粉体。复合缓凝剂的用量为20份，为烧结氧化镁用量的10％，其中，每份复合缓凝剂中葡萄糖、蔗糖、柠檬酸和氯化物的质量分数分别为25％、25％、10％、40％；在本实施例中，氯化物为氯化钠，但本发明并不限制于此，其他具有相似性质的氯化物均可。

对盐湖提锂副产品含硼氧化镁在煅烧前后各离子的质量分数进行了分析，结果如表4所示。

表4

其中，“——”表示未检出。

从表4可以看出，上述含硼氧化镁在较低的温度下煅烧，可以达到《中国药典》(2010年版，第二部)中医用级MgO对杂质离子的规定的要求，同时也符合国家标准GB23101.1-2008《外科植入物-羟基磷灰石》对骨修复材料中的微量元素极限含量规定的要求。

在使用时，按照0.35mL/g的液固比制备得到磷酸镁骨水泥浆料，即可用于骨修复手术，此处液固比定义同实施例1中所述。经测定，该磷酸镁骨水泥的最高水化温度为43.9℃，其凝结时间和抗压强度见表5。

表5

实施例3

在实施例3的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例3与实施例1的不同之处在于：在步骤110中，在煅烧温度为1400℃下煅烧6h得到烧结氧化镁；在步骤220中，烧结氧化镁用量为400份，磷酸二氢钠为100份，球磨10min得到粒径为70μm左右的磷酸镁骨水泥粉体；复合缓凝剂的用量为60份，为烧结氧化镁用量的15％，其中，每份复合缓凝剂中蔗糖和氯化钠的质量分数均为50％。

对盐湖提锂副产品含硼氧化镁在煅烧前后各离子的质量分数进行了分析，结果如表6所示。

表6

其中，“——”表示未检出。

从表6可以看出，上述含硼氧化镁在较低的温度下煅烧，可以达到《中国药典》(2010年版，第二部)中医用级MgO对杂质离子的规定的要求，同时也符合国家标准GB23101.1-2008《外科植入物-羟基磷灰石》对骨修复材料中的微量元素极限含量规定的要求。

在使用时，按照0.15mL/g的液固比制备得到磷酸镁骨水泥浆料，即可用于骨修复手术，此处液固比同实施例1中所述。对制备得到的磷酸镁骨水泥进行测定，其最高水化温度为40.8℃，凝结时间和抗压强度见表7。

表7

实施例4

在实施例4的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例4与实施例1的不同之处在于：在步骤220中，烧结氧化镁用量为400份，磷酸氢二钠为100份，球磨60min得到粒径为5μm左右的磷酸镁骨水泥粉体；复合缓凝剂的用量为80份，为烧结氧化镁用量的20％，其中，每份复合缓凝剂中葡萄糖和氯化钾的质量分数均为50％。

在使用时，按照0.2mL/g的液固比制备得到磷酸镁骨水泥浆料，即可用于骨修复手术，此处液固比同实施例1中所述。测得最高水化温度为35.8℃，其凝结时间和抗压强度见表8。

表8

实施例5

在实施例5的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例5与实施例1的不同之处在于：在步骤110中，在煅烧温度为800℃下煅烧3h得到烧结氧化镁；在步骤220中，磷酸盐为磷酸钾；在每份复合缓凝剂中，葡萄糖和蔗糖总含量占复合缓凝剂的50％，其中葡萄糖和蔗糖可以任意比例混合，其余为10％的柠檬酸和40％的氯化钠，以上均为质量分数。

在使用时，按照0.35mL/g的液固比制备得到磷酸镁骨水泥浆料，即可用于骨修复手术，此处液固比同实施例1中所述。测得最高水化温度为33.9℃，其凝结时间和抗压强度见表9。

表9

实施例6

在实施例6的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例6与实施例1的不同之处在于，在步骤120中，烧结氧化镁的份数为400份，磷酸二氢钾的份数为100份，复合缓凝剂的份数为40份，以上均为质量份数；复合缓凝剂的用量为烧结氧化镁用量的10％，在每份复合缓凝剂中葡萄糖、氯化钠、柠檬酸的质量分数分别为50％、45％、5％。

在使用时，按照0.2mL/g的液固比制备得到磷酸镁骨水泥浆料，即可用于骨修复手术，此处液固比同实施例1中所述。测得最高水化温度为42.9℃，其凝结时间和抗压强度见表10。

表10

实施例7

在实施例7的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例7与实施例1的不同之处在于，在步骤120中，烧结氧化镁的份数为200份，磷酸二氢钾的份数为100份，复合缓凝剂的份数为40份，以上均为质量份数；其中，每份复合缓凝剂的组成与实施例2中的组成相同。

在使用时，按照0.2mL/g的液固比制备得到磷酸镁骨水泥浆料，即可用于骨修复手术，此处液固比同实施例1中所述。测得最高水化温度为37.8℃，其凝结时间和抗压强度见表11。

表11

实施例8

在实施例8的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例8与实施例1的不同之处在于，在步骤120中，烧结氧化镁的份数为150份，磷酸二氢钾的份数为100份，复合缓凝剂的份数为30份，以上均为质量份数；复合缓凝剂的用量为烧结氧化镁用量的20％，在每份复合缓凝剂中，蔗糖、氯化钠、柠檬酸的质量分数分别为50％、40％、10％。

在使用时，按照0.2mL/g的液固比制备得到磷酸镁骨水泥浆料，即可用于骨修复手术，此处液固比同实施例1中所述。测得最高水化温度为38.4℃，其凝结时间和抗压强度见表12。

表12

为更好地说明根据本发明的磷酸镁骨水泥不仅起到了降低磷酸镁骨水泥的水化反应速度和水化温度的目的，同时不会大幅度降低该磷酸镁骨水泥的强度，还进行了针对根据本发明的实施例的对比例，下面将对根据本发明的实施例的对比例进行详细的描述。

对比实验

本对比实验旨在通过与实施例的对比，得到复合缓凝剂对最高水化温度的影响。

分别对实施例1、6、7、8进行了对比实验1、2、3、4的对照实验，即对比实验1、2、3、4的实验条件分别与实施例1、6、7、8对应，只是在实施过程中，对比实验中没有加入复合缓凝剂。对比实验组获得的磷酸镁骨水泥浆料，按照《外科植入物-丙烯酸类骨水泥附录C体系放热最高温度的测定》所规定的方法设计测试模具对体系放热最高温度进行测定。制备得到的磷酸镁骨水泥的凝结时间和抗压强度见表13。

表13

从表13中可以发现，与对比例1中的磷酸镁骨水泥相比，没有添加复合缓凝剂的磷酸镁骨水泥的最高水化温度均比加入复合缓凝剂的实施例中的最高水化温度有大幅升高。较高的水化温度不利于人体的耐受性和适应性。故此，复合缓凝剂的加入能大大降低磷酸镁骨水泥的水化温度，有利于人体的适应性。通过表13还发现，复合缓凝剂的加入并未引起抗压强度的大幅度降低。同时，各个实施例的磷酸镁骨水泥的抗压强度范围为25.2MPa～52.4MPa(正常松质骨的抗压强度约为20MPa)，满足骨的抗压强度要求。

根据本发明的磷酸镁骨水泥通过在制备的过程中，添加复合缓凝剂，使得其不仅起到了降低磷酸镁骨水泥的水化反应速度和水化温度的目的，同时复合缓凝剂的加入不会大幅度降低该磷酸镁骨水泥的强度，不改变其水化产物的组成和形貌；且操作简单，成本较低。根据本发明的磷酸镁骨水泥可应用在骨修复手术中，其水化反应速度和水化温度等特性满足了其在临床医学上的应用要求。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims

1.一种磷酸镁骨水泥，其特征在于，至少包括按如下质量份数计的组分：100～400份烧结氧化镁，100份磷酸盐和5～80份复合缓凝剂；

其中，所述烧结氧化镁为盐湖提锂副产氧化镁的煅烧产物。

2.根据权利要求1所述的磷酸镁骨水泥，其特征在于，所述复合缓凝剂包括葡萄糖、蔗糖、氯化物中的至少两种；其中，所述葡萄糖、蔗糖、氯化物的质量分数均不超过50％。

3.根据权利要求2所述的磷酸镁骨水泥，其特征在于，所述复合缓凝剂还包括柠檬酸；所述柠檬酸占所述复合缓凝剂中的质量分数不超过10％。

4.根据权利要求3所述的磷酸镁骨水泥，其特征在于，所述氯化物包括氯化钠、氯化镁、氯化钾、氯化钙中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的磷酸镁骨水泥，其特征在于，所述磷酸盐包括正磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的磷酸镁骨水泥，其特征在于，所述磷酸二氢盐包括磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢铵中的至少一种。

7.一种如权利要求1-6任一所述的磷酸镁骨水泥的制备方法，其特征在于，包括步骤：将所述烧结氧化镁、磷酸盐和复合缓凝剂混合、球磨得到所述磷酸镁骨水泥。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述烧结氧化镁是盐湖提锂副产氧化镁在温度为800℃～1400℃、煅烧3h～6h获得的煅烧产物。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，球磨时间为5min～60min，所述磷酸镁骨水泥的粒径为5μm～100μm。

10.如权利要求1-6任一所述的磷酸镁骨水泥在骨修复手术中的应用。