CN105903063B - 一种镁基医用骨粘结剂材料及其制备方法 - Google Patents

一种镁基医用骨粘结剂材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于粘结剂制备技术领域，具体涉及一种镁基医用骨粘结剂材料及其制备方法。一种镁基医用骨粘结剂材料，其特征在于由液相与固相组成，液相与固相的比例为0.25‑0.5ml:1g；固相由氧化镁、磷酸氢盐和磷酸钙盐组成，各原料所占质量份数为：氧化镁20‑50份，磷酸氢盐40‑79份，磷酸钙盐1‑10份；液相为柠檬酸水溶液或柠檬酸钠水溶液。本发明利用磷酸镁钾的粘结力以及柠檬酸根与钙离子、镁离子的螯合作用来提高镁基医用骨粘结剂的粘结强度，粘结强度为2‑5MPa，远高于现有技术中的粘结强度；镁基医用骨粘结剂材料可降解，4周降解失重率为20±5%。

Description

一种镁基医用骨粘结剂材料及其制备方法
技术领域
本发明属于粘结剂制备技术领域，具体涉及一种镁基医用骨粘结剂材料及其制备方法。
背景技术
治疗骨折的传统方法是手术切开复位，配合钢板螺丝固定、髓内钉固定、骨内尼龙线缝合固定和骨内钢丝缝合固定等金属内固定或外固定。但对于某些特殊部位的粉碎性骨折，如关节、跟骨等部位，由于缺少有效的内固定材料导致无法对骨折块进行复位和固定。传统的治疗方法主张将这些无法固定的骨折块去除或旷置，但将小骨碎块去除过多又可能会导致骨缺损，影响骨折的愈合速度；旷置的小骨块往往会移位进入周围软组织，造成异位骨化，影响患者健康。因此，骨粘结剂的研究一直是骨科的基础研究热点之一。骨组织的生物特性及力学特性要求骨粘结剂生物相容性好、粘结强度高、可降解、易操作。
α-氰基丙烯酸酯作为一种化学粘合剂，具有使用方便、用量少、外形美观、性能稳定的优点，常用于不适合放置钢板螺钉的骨折部位，但其存在异物反应、反应放出的热量对组织造成伤害且不降解的缺点。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)由固液两相组成，首次被提出是应用于固定矫形移植体，具有易成型、粘结性能好的优点，但生物相容性差。有学者将磷酸钙骨水泥作为骨粘结剂，其固相由等摩尔比的磷酸四钙(TECP)和无水磷酸钙(DCPA)组成，液相为柠檬酸壳聚糖溶液，结果发现，其生物相容性良好，具有粘结性，但粘结强度只有0.72Mpa.公开号为103407980A的中国专利公开了一种磷酸镁医用骨粘结剂及其制备方法，主要原料是氧化镁、磷酸二氢钾及含有氨基、羟基、羧基或水解后会生成这些基团的有机物，其不足之处在于：得到的骨粘结剂粘结强度较低，只有0.55Mpa。
发明内容
本发明的目的是提供一种镁基医用骨粘结剂材料及其制备方法，制备的镁基医用骨粘结剂材料的粘结强度高，主要解决了医用骨粘结剂粘结强度低的问题。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种镁基医用骨粘结剂材料，其特征在于由液相与固相组成，液相与固相的比例为0.25-0.5ml:1g；
固相由氧化镁、磷酸氢盐和磷酸钙盐组成，各原料所占质量份数为：氧化镁20-50份，磷酸氢盐40-79份，磷酸钙盐1-10份；
液相为柠檬酸水溶液或柠檬酸钠水溶液。
优选的，所述的液相与固相的比例为0.25-0.4ml:1g。
优选的，固相中各原料所占质量份数为：氧化镁20-40份，磷酸氢盐50-70份，磷酸钙盐1-10份。
液相中柠檬酸或柠檬酸钠的质量是固相质量的1-30％。
优选的，液相中柠檬酸水溶液或柠檬酸钠水溶液的浓度为(0.2-0.4)g/3ml(即3ml柠檬酸水溶液或柠檬酸钠水溶液中含0.2-0.4g柠檬酸或柠檬酸钠)。
氧化镁为经煅烧处理后的氧化镁：氧化镁的煅烧温度为1600℃，升温速率为4.2℃/min，保温为2.5-3小时，粒径为1-3μm。
磷酸氢盐可以是磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸氢钙、磷酸二氢钙中的一种或几种按任意配比的混合物(所述任意配比是指：原料所占质量百分数的下限取值大于0％，上限取值小于100％，以下相同)。
磷酸钙盐可以是α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、磷酸四钙中的一种或几种按任意配比的混合物。
磷酸氢盐的粒径为0-74μm(大于0)之间，磷酸钙盐的粒径为0-105μm(大于0)之间。
本发明所述的镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)的粘结强度为2-5MPa。
上述一种镁基医用骨粘结剂材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)固相的制备：按各原料所占质量份数为：氧化镁20-50份，磷酸氢盐40-79份，磷酸钙盐1-10份；将氧化镁、磷酸氢盐和磷酸钙盐混合，得到固相；
2)液相的准备：液相为柠檬酸水溶液或柠檬酸钠水溶液；
3)按液相与固相的比例为0.25-0.5ml:1g；将液相和固相混合，得到镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)。
通过氧化镁粒径大小、柠檬酸、柠檬酸钠含量及磷酸氢盐、磷酸钙盐含量的不同来控制镁基医用骨粘结剂材料的粘结强度，主要解决现有医用骨粘结剂粘结强度低的问题。将该材料中的固相成分以一定的比例混合均匀，然后在一定的液固比下与液相混合搅拌均匀，即得到镁基医用骨粘结剂材料。本发明制备的镁基医用骨粘结剂材料粘结强度高且操作简便。
本发明的有益效是：1、利用磷酸镁钾的粘结力以及柠檬酸根与钙离子、镁离子的螯合作用来提高镁基医用骨粘结剂的粘结强度，粘结强度为2-5MPa，远高于现有技术中的粘结强度。2、镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)可降解，4周降解失重率为20±5％。
附图说明
图1是本发明柠檬酸含量对粘结强度的影响图。
图2是本发明氧化镁粒径对粘结强度的影响图。
图3是本发明磷酸二氢钙含量对粘结强度的影响图。
图4是本发明磷酸镁骨粘结剂30天降解速率图。
图5是本发明磷酸镁骨粘结剂固化产物XRD分析图。
图6a是本发明磷酸镁骨粘结剂SEM图。
图6b是本发明磷酸镁骨粘结剂SEM的放大图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
称取经过1600℃煅烧3小时(升温速率为4.2℃/min)、粒径为2.7μm的氧化镁2.7g，磷酸二氢钾5.7g，磷酸二氢钙0.7g，β-磷酸三钙0.9g，充分混合均匀，得到固相；称取0.2g柠檬酸溶解于3mL去离子水中，得到液相(柠檬酸水溶液)；按液相与固相的比例为0.3ml:1g；将液相和固相混合，得到镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)，粘结强度为2.32Mpa。
图1说明了镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)的粘结强度会随着柠檬酸含量的增加先上升后下降；
图2说明了镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)的粘结强度会随着氧化镁粒径的增大而增加；
图3说明了镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)的粘结强度会随着磷酸二氢钙含量的增加而先增大后减小；
图4说明了镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)是一种可降解的材料；
图5说明了镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)的主要成分是磷酸镁钾(KMgPO4·6H20)、磷酸钙(Ca3(PO4)2)及氧化镁(MgO)；
图6a说明了镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)主要是由一种柱状晶体及层状物质构成；
图6b说明了镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)中存在的柱状晶体是夹杂在层状结构中，且层状物质是相互搭建构成的。
实施例2
称取经过1600℃煅烧3小时后(升温速率为4.2℃/min)、粒径为2.7μm的氧化镁2.7g，磷酸二氢钾5.7g，磷酸二氢钙0.7g，β-磷酸三钙0.9g，充分混合均匀，得到固相；称取0.4g柠檬酸溶解于3mL去离子水中，得到液相(柠檬酸水溶液)；按液相与固相的比例为0.3ml:1g；将液相和固相混合，得到镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)，粘结强度为3.38Mpa。
实施例3
称取经过1600℃煅烧3小时后(升温速率为4.2℃/min)、粒径为2.7μm的氧化镁2.7g，磷酸二氢钾5.7g，磷酸二氢钙0.7g，β-磷酸三钙0.9g，充分混合均匀，得到固相；称取0.2g柠檬酸钠溶解于3mL去离子水中，得到液相(柠檬酸钠水溶液)；按液相与固相的比例为0.3ml:1g；将液相和固相混合，得到镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)，粘结强度为2.43Mpa。
实施例4
称取经过1600℃煅烧3小时后(升温速率为4.2℃/min)、粒径为2.7μm的氧化镁2.7g，磷酸二氢钾5.7g，磷酸二氢钙0.7g，β-磷酸三钙0.9g，充分混合均匀，得到固相；称取0.4g柠檬酸钠溶解于3mL去离子水中，得到液相(柠檬酸钠水溶液)；按液相与固相的比例为0.3ml:1g；将液相和固相混合，得到镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)，粘结强度为2.87Mpa。
实施例5
称取经过1600℃煅烧3小时后(升温速率为4.2℃/min)、粒径为2.7μm的氧化镁2.7g，磷酸二氢钾5.7g，磷酸二氢钙0.7g，β-磷酸三钙0.9g，充分混合均匀，得到固相；称取0.4g柠檬酸溶解于4mL去离子水中，得到液相(柠檬酸水溶液)；按液相与固相的比例为0.4ml:1g；将液相和固相混合，得到镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)，粘结强度为2.25Mpa。
实施例6
称取经过1600℃煅烧3小时后(升温速率为4.2℃/min)、粒径为2.7μm的氧化镁2.7g，磷酸二氢钾5.7g，磷酸二氢钙0.7g，β-磷酸三钙0.9g，充分混合均匀，得到固相；称取0.4g柠檬酸溶解于5mL去离子水中，得到液相(柠檬酸水溶液)；按液相与固相的比例为0.5ml:1g；将液相和固相混合，得到镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)，粘结强度为2.23Mpa。
实施例7
称取经过1600℃煅烧3小时后(升温速率为4.2℃/min)、粒径为2.7μm的氧化镁2.7g，磷酸二氢钾5.5g，磷酸二氢钙0.9g，β-磷酸三钙0.9g，充分混合均匀，得到固相；称取0.2g柠檬酸溶解于3mL去离子水中，得到液相(柠檬酸水溶液)；按液相与固相的比例为0.3ml:1g；将液相和固相混合，得到镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)，粘结强度为2.51Mpa。
实施例8
称取经过1600℃煅烧3小时后(升温速率为4.2℃/min)、粒径为2.7μm的氧化镁2.7g，磷酸二氢钾5.3g，磷酸二氢钙1.1g，β-磷酸三钙0.9g，充分混合均匀，得到固相；称取0.2g柠檬酸溶解于3mL去离子水中，得到液相(柠檬酸水溶液)；按液相与固相的比例为0.3ml:1g；将液相和固相混合，得到镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)，粘结强度为2.83Mpa。
实施例9
称取经过1600℃煅烧3小时后(升温速率为4.2℃/min)、未球磨的氧化镁2.7g，磷酸二氢钾5.7g，磷酸二氢钙0.7g，β-磷酸三钙0.9g，充分混合均匀，得到固相；称取0.2g柠檬酸溶解于3mL去离子水中，得到液相(柠檬酸水溶液)；固按液相与固相的比例为0.3ml:1g；将液相和固相混合，得到镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)，粘结强度为1.98Mpa。
实施例10
称取经过1600℃煅烧2.5-3小时(升温速率为4.2℃/min)、粒径为1-3μm的氧化镁2.0g，磷酸二氢钠5.7g，磷酸氢钙1.3g，α-磷酸三钙1.0g，充分混合均匀，得到固相；称取0.2g柠檬酸溶解于3mL去离子水中，得到液相(柠檬酸水溶液)；按液相与固相的比例为0.25ml:1g；将液相和固相混合，得到镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)，粘结强度为2.64Mpa。
实施例11
称取经过1600℃煅烧2.5-3小时(升温速率为4.2℃/min)、粒径为1-3μm的氧化镁5.0g，磷酸二氢钠4.9g，磷酸四钙0.1g，充分混合均匀，得到固相；称取0.2g柠檬酸溶解于3mL去离子水中，得到液相(柠檬酸水溶液)；按液相与固相的比例为0.3ml:1g；将液相和固相混合，得到镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)，粘结强度为1.05Mpa。
实施例12
称取经过1600℃煅烧2.5-3小时(升温速率为4.2℃/min)、粒径为1-3μm的氧化镁5.0g，磷酸二氢钾4.0g，α-磷酸三钙0.5g，磷酸四钙0.5g，充分混合均匀，得到固相；称取0.2g柠檬酸溶解于3mL去离子水中，得到液相(柠檬酸水溶液)；按液相与固相的比例为0.3ml:1g；将液相和固相混合，得到镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)，粘结强度为2.19Mpa。
实施例13
称取经过1600℃煅烧2.5-3小时(升温速率为4.2℃/min)、粒径为1-3μm的氧化镁2.0g，磷酸二氢钾7.9g，磷酸四钙0.1g，充分混合均匀，得到固相；称取3.0g柠檬酸溶解于3mL去离子水中，得到液相(柠檬酸水溶液)；按液相与固相的比例为0.5ml:1g；将液相和固相混合，得到镁基医用骨粘结剂材料(或称镁基医用骨粘结剂)，粘结强度为1.21Mpa。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种镁基医用骨粘结剂材料，其特征在于由液相与固相组成，液相与固相的比例为0.25-0.4ml:1g；
固相由氧化镁、磷酸氢盐、磷酸钙盐组成，各原料所占质量份数为：氧化镁20-40份，磷酸氢盐50-70份，磷酸钙盐1-10份；
氧化镁为经煅烧处理后的氧化镁：氧化镁的煅烧温度为1600℃，升温速率为4.2℃/min，保温为2.5-3小时，粒径为1-3μm；
磷酸氢盐的粒径为大于0且≤74μm，磷酸钙盐的粒径为大于0且≤105μm；
液相为柠檬酸水溶液或柠檬酸钠水溶液；液相中柠檬酸水溶液或柠檬酸钠水溶液的浓度为(0.2-0.4)g/3ml。
2.根据权利要求1所述的一种镁基医用骨粘结剂材料，其特征在于，磷酸氢盐可以是磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸氢钙、磷酸二氢钙中的一种或几种按任意配比的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种镁基医用骨粘结剂材料，其特征在于，磷酸钙盐可以是α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、磷酸四钙中的一种或几种按任意配比的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种镁基医用骨粘结剂材料，其特征在于，液相中柠檬酸或柠檬酸钠的质量是固相质量的1-30％。
5.如权利要求1所述的一种镁基医用骨粘结剂材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)固相的制备：按各原料所占质量份数为：氧化镁20-40份，磷酸氢盐50-70份，磷酸钙盐1-10份；将氧化镁、磷酸氢盐和磷酸钙盐混合，得到固相；
氧化镁为经煅烧处理后的氧化镁：氧化镁的煅烧温度为1600℃，升温速率为4.2℃/min，保温为2.5-3小时，粒径为1-3μm；
磷酸氢盐的粒径为大于0且≤74μm，磷酸钙盐的粒径为大于0且≤105μm；
2)液相的准备：液相为柠檬酸水溶液或柠檬酸钠水溶液；液相中柠檬酸水溶液或柠檬酸钠水溶液的浓度为(0.2-0.4)g/3ml；
3)按液相与固相的比例为0.25-0.4ml:1g；将液相和固相混合，得到镁基医用骨粘结剂材料。
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