CN105731990A - 一种可控降解磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

一种可控降解磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用，其特征在于：所述可控降解磷酸镁骨水泥由下述质量百分比的原料组成，其中：氧化镁粉体35~65%、磷酸二氢钾15~40%、硼砂2~7%、去离子水10~25%、壳聚糖0~1%、羟丙基甲基纤维素0~1%。与现有材料相比，本发明的可控降解磷酸镁骨水泥强度较高，生物活性良好的，降解速率可控，在生物医用材料领域作为骨修复材料使用具有良好的应用前景。

Description

一种可控降解磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及生物医用材料技术领域，具体涉及一种可控降解磷酸镁骨水泥的制备方法及其应用。

背景技术

骨是人体中最重要的组织之一，在保护体内器官等方面起着重要的作用。由于交通事故、工伤、运动创伤、疾病以及人口老龄化等原因导致的骨缺损是骨科常见病，需要大量优质生物医用材料及器件以供临床治愈和修复。全球对骨修复材料及其制品的需求量近年一直保持着20%左右的增长速度。我国作为人口大国，骨修复材料需求量的增长速度更为明显。因此，研制生物骨修复材料具有重要的社会意义和巨大的经济效益。当前临床上广泛采用的骨植入材料是自体骨和异体骨。自体骨易被患者接受，但会造成患者的二次损伤和痛苦；异体骨取材简便，但存在免疫排斥和疾病传播等生物安全性隐患，而且在材料筛选、储存方面也相当困难和昂贵。因此，可对机体组织进行修复、替代与再生，同时可避免采用自体骨和异体骨所带来问题的人工合成骨修复材料吸引各国学者广泛研究。

磷酸镁水泥(MagnesiumPhosphateCement，MPC)，主要由MgO、磷酸盐和缓凝剂按一定比例配制而成，具有凝结硬化快、早强高、热膨胀低及粘结性好等优点，在建筑上主要用于混凝土工程的快速抢修。近年来，磷酸镁生物骨水泥(Magnesiumphosphatebonecement，MPBC)由于潜在可作为解决不稳定骨折治疗、人工关节假体粘结、固定等问题的骨水泥材料而受到重视。研究者对这类材料的体内外生物学行为进行了研究，结果表明：MPBC及镁钙磷酸盐能提供合适的生物相容性、工作性、可降解性、比透磷灰石更好的强度、无明显的毒副作用，且在体内具有与磷灰石、透磷灰石相似的成骨活性，可作为一种新型的骨修复替代材料。MPBC是一种性能优异的人体硬组织修复材料,它的应用将使骨修复效果跃上一个台阶,但其与骨组织形成化学结合的速度及可控降解性还不够理想,有些材料降解太快有些则难降解,使材料在体内的代谢速度与新骨生长速度难以匹配；另外MPBC抗水性能不足，在潮湿环境下，水泥石中的可溶性磷酸盐易溶出，留下疏松的孔隙结构，强度下降很快。

壳聚糖(Chitosan，CS)是甲壳素的脱乙酰物，只溶于稀酸，不溶于水及有机溶剂，其降解产物是氨基葡萄糖，对人体组织无毒、无刺激，生物相容性好，已广泛应用于生物医学材料领域。CS能诱导受损生物特殊细胞生长，能促进伤口和骨伤愈合，根据CS溶于酸不溶于碱的特性，将CS掺入MPBC中，CS可以溶解于MPBC水化反应时的酸性环境，当反应完成后形成碱性环境时，CS析出，覆在MPBC水化产物表面，阻断与水接触，从而提高抗水性，延缓MPBC降解速度。

羟丙基甲基纤维素(HydroxyPropylMethylCellulose，HPMC)具有优良的增稠性，可作为一种优良的抗分散剂，可增强水泥强度。HPMC是高分子聚合物，为大分子线状结构，官能团上带有羟基，能与拌和水分子形成氢键，使拌和水黏度增加。HPMC的长分子链间会相互吸引，使HPMC分子间相互缠结形成网状结构，把MPBC包裹起来，由于HPMC形成类似薄膜的网状结构和对MPBC的包裹作用，会有效防止浆体中水分的挥发，阻碍或减缓水泥的水化速度，并且阻碍了反应颗粒与水接触进行反应，在一定程度上提高MPBC抗水性。在水环境下，HPMC逐渐溶解，留下疏松的孔隙结构，促进MPBC降解。

因此，基于MPBC、CS和HPMC的优良性能，将三者进行复合可控降解磷酸镁骨水泥，可作为可控降解生物骨水泥用于生物医学领域。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种可控降解磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的可控降解磷酸镁骨水泥由下述质量百分比的原料组成，其中：氧化镁粉体35~65%、磷酸二氢钾15~40%、硼砂2~7%、去离子水10~25%、壳聚糖0~1%、羟丙基甲基纤维素0~1%。

本发明中所述氧化镁粉体由分析纯氢氧化镁经1500℃，保温8小时，炉内自然冷却，粉磨，过筛而成，粒径为1~80μm。

本发明的制备方法是通过下述步骤来实现的：

a、按质量百分比称取氧化镁粉体、磷酸二氢钾、硼砂、去离子水、壳聚糖、羟丙基甲基纤维素；

b、将步骤a称量好的磷酸二氢钾、硼砂、壳聚糖、羟丙基甲基纤维素与去离子水充分混合搅拌；

c、将步骤a称量好的氧化镁粉体加入到步骤b混合好的浆料中，快速充分混合搅拌；

d、将步骤c制备出浆体放入模具中成型，置于20±2℃，相对湿度50±5%环境中养护，即得到所述可控降解磷酸镁骨水泥。

本发明所述的可控降解磷酸镁骨水泥作为骨修复材料。

本发明的有益效果如下：

本发明的可控降解磷酸镁骨水泥原料易得，操作简单，无需特殊工艺设备，可控降解磷酸镁骨水泥的抗压强度高，生物活性良好，降解速率可控，在生物医用材料领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明制备的可控降解磷酸镁骨水泥强度损失率。

图2为本发明制备的可控降解磷酸镁骨水泥质量损失率。

图3为本发明制备的可控降解磷酸镁骨水泥强度28dX射线衍射分析图谱。

图4为本发明实施例1制备的可控降解磷酸镁骨水泥试样空气中28d的扫描电镜（SEM）照片（3000倍）。

图5为本发明实施例2制备的可控降解磷酸镁骨水泥试样空气中28d的扫描电镜（SEM）照片（3000倍）。

图6为本发明实施例3制备的可控降解磷酸镁骨水泥试样空气中28d的扫描电镜（SEM）照片（3000倍）。

图7为本发明实施例1制备的可控降解磷酸镁骨水泥试样水中浸泡28d的扫描电镜（SEM）照片（3000倍）。

图8为本发明实施例2制备的可控降解磷酸镁骨水泥试样水中浸泡28d的扫描电镜（SEM）照片（3000倍）。

图9为本发明实施例3制备的可控降解磷酸镁骨水泥试样水中浸泡28d的扫描电镜（SEM）照片（3000倍）。

图10为本发明实施例1制备的可控降解磷酸镁骨水泥试样PBS中浸泡28d的扫描电镜（SEM）照片（3000倍）。

图11为本发明实施例2制备的可控降解磷酸镁骨水泥试样PBS中浸泡28d的扫描电镜（SEM）照片（3000倍）。

图12为本发明实施例3制备的可控降解磷酸镁骨水泥试样PBS中浸泡28d的扫描电镜（SEM）照片（3000倍）。

图13为本发明实施例1制备的可控降解磷酸镁骨水泥试样SBF中浸泡28d的扫描电镜（SEM）照片（3000倍）。

图14为本发明实施例2制备的可控降解磷酸镁骨水泥试样SBF中浸泡28d的扫描电镜（SEM）照片（3000倍）。

图15为本发明实施例3制备的可控降解磷酸镁骨水泥试样SBF中浸泡28d的扫描电镜（SEM）照片（3000倍）。

具体实施方式

本发明以下结合实施例作进一步详细说明。

实施例1

a、将分析纯氢氧化镁经1500℃，保温8小时，炉内自然冷却，粉磨，过200目筛，得到所需氧化镁粉体；

b、按质量百分比称取原料：氧化镁粉体65%、磷酸二氢钾15%、硼砂7%、去离子水13%；

c、将步骤b称量好的磷酸二氢钾、硼砂与去离子水充分混合搅拌；

d、将步骤b称量好的氧化镁粉体加入到步骤c混合好的浆料中，快速充分混合搅拌；

e、将步骤d制备出浆体放入模具中成型，置于20±2℃，相对湿度50±5%环境中养护，即得到所述可控降解磷酸镁骨水泥。

实施例2

a、将分析纯氢氧化镁经1500℃，保温8小时，炉内自然冷却，粉磨，过200目筛，得到所需氧化镁粉体；

b、按质量百分比称取原料：氧化镁粉体65%、磷酸二氢钾15%、硼砂7%、去离子水12%、壳聚糖1%；

c、将步骤b称量好的磷酸二氢钾、硼砂、壳聚糖与去离子水充分混合搅拌；

d、将步骤b称量好的氧化镁粉体加入到步骤c混合好的浆料中，快速充分混合搅拌；

e、将步骤d制备出浆体放入模具中成型，置于20±2℃，相对湿度50±5%环境中养护，即得到所述可控降解磷酸镁骨水泥。

实施例3

a、将分析纯氢氧化镁经1500℃，保温8小时，炉内自然冷却，粉磨，过200目筛，得到所需氧化镁粉体；

b、按质量百分比称取原料：氧化镁粉体65%、磷酸二氢钾15%、硼砂7%、去离子水11%、壳聚糖1%、羟丙基甲基纤维素1%；

c、将步骤b称量好的磷酸二氢钾、硼砂、壳聚糖、羟丙基甲基纤维素与去离子水充分混合搅拌；

d、将步骤b称量好的氧化镁粉体加入到步骤c混合好的浆料中，快速充分混合搅拌；

e、将步骤d制备出浆体放入模具中成型，置于20±2℃，相对湿度50±5%环境中养护，即得到所述可控降解磷酸镁骨水泥。

实施例4

a、将分析纯氢氧化镁经1500℃，保温8小时，炉内自然冷却，粉磨，过200目筛，得到所需氧化镁粉体；

b、按质量百分比称取原料：氧化镁粉体65%、磷酸二氢钾15%、硼砂7%、去离子水12%、羟丙基甲基纤维素1%；

c、将步骤b称量好的磷酸二氢钾、硼砂、羟丙基甲基纤维素与去离子水充分混合搅拌；

d、将步骤b称量好的氧化镁粉体加入到步骤c混合好的浆料中，快速充分混合搅拌；

e、将步骤d制备出浆体放入模具中成型，置于20±2℃，相对湿度50±5%环境中养护，即得到所述可控降解磷酸镁骨水泥。

通过图1和图2可以看出：CS可以延缓MPBC降解速率，而HPMC可以加速MPBC降解，通过调整CS和HPMC的掺入量可以控制MPBC降解速度。

生物活性评价采用体外模拟液（PBS）浸泡实验，并将浸泡后的样品做扫描电镜测试，其结果见图4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15，生物活性实验表明本发明可控降解磷酸镁骨水泥在体外能诱导类骨磷灰石沉积，具有生物活性。

Claims (4)

1.一种可控降解磷酸镁骨水泥，其特征在于：所述可控降解磷酸镁骨水泥由下述质量百分比的原料组成，其中：氧化镁粉体35~65%、磷酸二氢钾15~40%、硼砂2~7%、去离子水10~25%、壳聚糖0~1%、羟丙基甲基纤维素0~1%。

2.根据权利要求1所述的可控降解磷酸镁骨水泥，其特征在于：所述氧化镁粉体由分析纯氢氧化镁经1500℃，保温8小时，炉内自然冷却，粉磨，过筛而成，粒径为1~80μm。

3.一种适用于制备权利要求1所述可控降解磷酸镁骨水泥的方法，其特征在于：所述方法是通过下述步骤来实现的：

a、按质量百分比称取氧化镁粉体、磷酸二氢钾、硼砂、去离子水、壳聚糖、羟丙基甲基纤维素；

b、将步骤a称量好的磷酸二氢钾、硼砂、壳聚糖、羟丙基甲基纤维素与去离子水充分混合搅拌；

c、将步骤a称量好的氧化镁粉体加入到步骤b混合好的浆料中，快速充分混合搅拌；

d、将步骤c制备出浆体放入模具中成型，置于20±2℃，相对湿度50±5%环境中养护，即得到所述可控降解磷酸镁骨水泥。

4.一种权利要求1所述的可控降解磷酸镁骨水泥的应用，其特征在于：所述的可控降解磷酸镁骨水泥作为骨修复材料。