CN105169470B - 一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，其特征在于将钙盐溶液和硫酸盐溶液加入超重力反应器中，水热条件下合成α‑半水硫酸钙，从而制备得到可注射骨修复材料。本发明的方法能够制得晶粒尺寸与形貌可控的α‑半水硫酸钙，相比普通α‑半水硫酸钙，该发明的机械性能、降解速率和生物学性能均得到有效改善。
Description
技术领域
本发明属于医用生物材料技术领域，具体涉及一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法。
背景技术
随着微创外科发展，人们设计出可注射人工骨材料，在精确定位条件下经皮或微小骨窗注射于所需部位，材料充分填满缺损空间后固化成型，成为具有一定强度的细胞支架，并能稳定降解。α-半水硫酸钙具有可塑性，原位自固化特点，根据填充部位形状可制成各种形状，具有一定的强度，无免疫源性，体内能够降解吸收，适合作可注射人工骨材料填充修复骨缺损。根据硫酸钙的应用领域不同，可以分为四类：工业级，食品级，医用级(齿科硫酸钙和夹板硫酸钙)和外科植入级。目前我国只生产前3类，还没有外科植入级。国外的外科级硫酸钙包括美国Wright公司的Osteoset颗粒、Osteoset-T(含妥布霉素)颗粒、Osteoset DBM(含骨形态蛋白)颗粒、MIIG注射胶质)，英国BioGeneration公司的Stimulan和德国的Surgiplaster。
众多文献表明硫酸钙人工骨具有良好的生物相容性。体外细胞培养、动物实验和临床应用的生物学和组织学观察均表明医用硫酸钙的生物相容性好，植入后无异物表现，周围组织无炎性反应，正常生理过程不受影响。但是硫酸钙骨修复材料通常降解速度较快，与人体骨生长速度不匹配，硫酸钙的力学强度虽不比松质骨差，但与人体皮质骨相比还有较大差距。质地较脆，体内机械强度欠佳。
研究表明，具有均一细小晶粒的α-半水硫酸钙作为可注射骨修复材料表现出优良的力学性能、适中的降解速率和良好的生物性能，因此改进α-半水硫酸钙的制备工艺，引起了国内外众多科研人员的关注。目前，在α-半水硫酸钙粉末制备方面已有一些文献和专利报道。例如，申请号为CN01107002.1，CN03142607.7的中国专利申请公开了半水石膏的制备工艺，制得的半水石膏主要应用于建筑材料领域，与医疗器械领域对α-半水硫酸钙的形貌、大小要求均不同。申请号为CN201210097567.6的中国发明专利申请提供了一种医用α-半水硫酸钙粉体及硫酸钙人工骨材料的制备方法，本发明采用在包含氯化钙、转晶剂与蒸馏水的反应液中加入无水乙醇，使二水硫酸钙在反应液中部分脱去结晶水制得α-半水硫酸钙。申请号为CN 201110123932.1的中国发明专利申请提供了以无定形硫酸钙为原料制备α-半水硫酸钙晶须的方法。
由于反应产物属于难溶性物质，因此以上普通方法制备的α-半水硫酸钙通产存在粒径分布不均匀，晶型不完整等问题。
发明内容
本发明的技术目的是实现α-半水硫酸钙进行粒径和形貌的可控制备，改善其机械性能、降解速率和生物学性能，提供一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，从而得到具有良好机械性能与自固化性能，降解与人体成骨匹配，可维持骨细胞生长与新骨形成的可注射骨修复材料。
超重力技术是强化多相流传递及反应过程的新技术,超重力工程技术的基本原理是利用超重力条件下多相流体系的独特流动行为，强化相与相之间的相对速度和相互接触，从而实现高效的传质传热过程和化学反应过程。超重力技术可以加强液体内部的微观混合，使得传质加快，能够制备粒径分布窄的纳米材料。目前未见有超重力技术制备骨修复材料的专利资料。
本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，包括如下步骤：
一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，其特征在于，包括如下步骤，首先分别配置钙盐溶液和硫酸盐溶液，充分搅拌均匀；将钙盐溶液加入超重力反应器中，使其旋转；然后控制一定加液速度将硫酸盐加入超重力反应器中，升高温度，使混合物进行水热合成反应；过滤洗涤反应产物并进行烘干处理，得到α-半水硫酸钙可注射骨修复材料；
一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，其特征在于所述的超重力反应器的分离系数为100～1000(离心力加速度与重力加速度之比值)；
一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，其特征在于所述的钙盐与硫酸盐的摩尔比为0.7～2；
一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，其特征在于所述的钙盐水溶液中钙盐与纯化水的的质量比为0.001～0.05，所述的钙盐包括但不限于氯化钙、葡萄糖酸钙、磷酸氢钙中的一种或几种的混合。
一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，其特征在于所述的硫酸盐水溶液中硫酸盐与纯化水的的质量比为0.001～0.05，所述的硫酸盐包括但不限于硫酸钠、硫酸铵和硫酸钾中的一种或几种的混合，所述的加液速度为0.1～500升每分钟；
一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，其特征在于所述的水热合成反应的反应温度为100～220℃，所述的水热合成反应的反应温度为1-24小时；
一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，其特征在于所述的烘干处理的温度为80～150℃，所述的烘干处理的时间为1～4小时。
综上所述，本发明分别配置钙盐溶液和硫酸盐溶液，在超重力反应器中进行水热合成，由于超重力作用的强化传质和离心分离作用，有效地改善了α-半水硫酸钙粉体的晶粒形貌和尺寸，能够得到高纯度，晶体结构和粒度分布均匀的α-半水硫酸钙，从而得到具有良好机械性能与自固化性能，降解与人体成骨匹配，可维持骨细胞生长与新骨形成的可注射骨修复材料。
实验证实，利用本发明制备得到的可注射骨修复材料，具有如下优点：
(1)抗压强度能够达到最高能够达到50MPa，是普通半水硫酸钙的2倍以上；
(2)其降解速率大大延长，可维持骨细胞正常生长与新骨形成；
(3)无需使用转晶剂，能够制备得到高纯度的可注射骨修复材料。
该可注射骨修复材料与可注射用水配合，可注射使用。
附图说明：
图1是实施例1制得的α-半水硫酸钙(α-CSH)的XRD图谱；
图2是实施例1制得的α-半水硫酸钙(α-CSH)的的DTA图片；
图3是实施例1制得的α-半水硫酸钙(α-CSH)的SEM照片；
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步阐明本发明。这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。
实施例1：
分别配置氯化钙溶液(氯化钙与纯化水的的质量比为0.001)和硫酸钾溶液(硫酸钾与纯化水的的质量比为0.001)，充分搅拌均匀；将0.9升氯化钙溶液加入超重力反应器中，使其旋转(离心系数为300)；然后控制加液速度为0.001升每分钟将1升硫酸钾溶液加入超重力反应器中，升高温度，保持温度在200℃的条件下，反应12小时，过滤反应产物并进行100℃下烘干4小时，得到α-半水硫酸钙可注射骨修复材料；
对上述制得的α-半水硫酸钙的物相进行分析，得到如图1所示的XRD谱，如图2所示的DTA图片，如图3所示的SEM照片，结果表明为纯度很高的α-半水硫酸钙，无二水硫酸钙和其它相生成。α-半水硫酸钙的晶粒细小，轴长径比约为10从图3的SEM照片可以看出，α-半水硫酸钙的晶粒尺寸均一。
利用上述制得的α-半水硫酸钙与注射用水均匀混合，固化时间为10分钟，固化后抗压强度为50MPa。
实施例2：
分别配置葡萄糖酸钙溶液(葡萄糖酸钙与纯化水的的质量比为0.01)和硫酸钾溶液(硫酸钾与纯化水的的质量比为0.01)，充分搅拌均匀；将1升葡萄糖酸钙溶液加入超重力反应器中，使其旋转(离心系数为500)；然后控制加液速度为0.01升每分钟缓慢将1升硫酸钾溶液加入超重力反应器中，升高温度，保持温度在180℃的条件下，反应10小时，过滤反应产物并进行120℃下烘干4小时，得到α-半水硫酸钙可注射骨修复材料；
对上述制得的α-半水硫酸钙的物相进行分析，结果表明为纯度很高的α-半水硫酸钙，无二水硫酸钙和其它相生成。α-半水硫酸钙的晶粒细小，轴长径比约为8。
利用上述制得的α-半水硫酸钙与注射用水均匀混合，固化时间为10分钟，固化后抗压强度为25MPa。
实施例3：
分别配置碳酸氢钙溶液(碳酸氢钙与纯化水的的质量比为0.02)和硫酸钠溶液(硫酸钾与纯化水的的质量比为0.02)，充分搅拌均匀；将1升碳酸氢钙溶液加入超重力反应器中，使其旋转(离心系数为600)；然后控制加液速度为0.02升每分钟将1升硫酸钠溶液加入超重力反应器中，升高温度，保持温度在210℃的条件下，反应12小时，过滤反应产物并进行100℃下烘干3小时，得到α-半水硫酸钙可注射骨修复材料；
对上述制得的α-半水硫酸钙的物相进行分析，结果表明为纯度很高的α-半水硫酸钙，无二水硫酸钙和其它相生成。α-半水硫酸钙的晶粒细小，轴长径比约为12。
利用上述制得的α-半水硫酸钙与注射用水均匀混合，固化时间为8分钟，固化后抗压强度为32MPa。
实施例4：
分别配置碳酸氢钙溶液(碳酸氢钙与纯化水的的质量比为0.02)和硫酸钠溶液(硫酸钠与纯化水的的质量比为0.02)，充分搅拌均匀；将1升碳酸氢钙溶液加入超重力反应器中，使其旋转(离心系数为700)；然后控制加液速度为0.04升每分钟将1升硫酸钠溶液加入超重力反应器中，升高温度，保持温度在180℃的条件下，反应12小时，过滤反应产物并进行100℃下烘干3小时，得到α-半水硫酸钙可注射骨修复材料；
对上述制得的α-半水硫酸钙的物相进行分析，结果表明为纯度很高的α-半水硫酸钙，无二水硫酸钙和其它相生成。α-半水硫酸钙的晶粒细小，轴长径比约为15。
利用上述制得的α-半水硫酸钙与注射用水均匀混合，固化时间为8分钟，固化后抗压强度为40MPa。
实施例5：
分别配置葡萄糖酸钙溶液(硝酸钙与纯化水的的质量比为0.05)和硫酸氢钠溶液(硫酸氢钠与纯化水的的质量比为0.048)，充分搅拌均匀；将1.1升葡萄糖酸钙溶液加入超重力反应器中，使其旋转(离心系数为800)；然后控制加液速度为0.01升每分钟缓慢将0.9升硫酸氢钠溶液加入超重力反应器中，升高温度，保持温度在200℃的条件下，反应10小时，过滤反应产物并进行90℃下烘干2小时，得到α-半水硫酸钙可注射骨修复材料；
对上述制得的α-半水硫酸钙的物相进行分析，结果表明为纯度很高的α-半水硫酸钙，无二水硫酸钙和其它相生成。α-半水硫酸钙的晶粒细小，轴长径比约为18。
利用上述制得的α-半水硫酸钙与注射用水均匀混合，固化时间为7分钟，固化后抗压强度为45MPa。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，其特征在于，包括如下步骤，首先分别配置钙盐水溶液和硫酸盐水溶液，充分搅拌均匀，将钙盐溶液加入超重力反应器中，使其旋转，然后控制一定的加液速度将硫酸盐水溶液加入超重力反应器中，升高温度，使混合物进行水热合成反应，过滤洗涤反应产物并进行烘干处理，得到一种可注射骨修复材料，其中所述的超重力反应器的分离系数为100～1000，所述分离系数为离心力加速度与重力加速度之比值。
2.如权利要求1所述的一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，其特征在于所述的钙盐与硫酸盐的摩尔比为0.7～2。
3.如权利要求1所述的一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，其特征在于所述的钙盐水溶液中钙盐与纯化水的质量比为0.001～0.05，所述的钙盐包括氯化钙、葡萄糖酸钙、磷酸氢钙中的一种或几种的混合。
4.如权利要求1所述的一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，其特征在于所述的硫酸盐水溶液中硫酸盐与纯化水的质量比为0.001～0.05，所述的硫酸盐包括硫酸钠、硫酸铵和硫酸钾中的一种或几种的混合，所述的加液速度为0.001～1升每分钟。
5.如权利要求1所述的一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，其特征在于所述的水热合成反应的反应温度为100～200℃，所述的水热合成反应的反应时间为1～24小时。
6.如权利要求1所述的一种超重力法制备可注射骨修复材料的方法，其特征在于所述的烘干处理的温度为80～150℃，所述的烘干处理的时间为1～4小时。
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