CN109701072B - 一种可注射、可降解的人工骨材料及其制备方法 - Google Patents
一种可注射、可降解的人工骨材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109701072B CN109701072B CN201910094466.5A CN201910094466A CN109701072B CN 109701072 B CN109701072 B CN 109701072B CN 201910094466 A CN201910094466 A CN 201910094466A CN 109701072 B CN109701072 B CN 109701072B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solid phase
- artificial bone
- injectable
- powder
- phase
- 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.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 180
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 title claims abstract description 90
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 15
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims abstract description 58
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims abstract description 57
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 41
- ZOMBKNNSYQHRCA-UHFFFAOYSA-J calcium sulfate hemihydrate Chemical compound O.[Ca+2].[Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O ZOMBKNNSYQHRCA-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims abstract description 40
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 31
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 235000019731 tricalcium phosphate Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 229910000391 tricalcium phosphate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229940078499 tricalcium phosphate Drugs 0.000 claims abstract description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 44
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 13
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 claims description 11
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 6
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 claims description 3
- 229910001278 Sr alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- SYJBLFMEUQWNFD-UHFFFAOYSA-N magnesium strontium Chemical compound [Mg].[Sr] SYJBLFMEUQWNFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 abstract description 5
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 abstract description 2
- 210000004088 microvessel Anatomy 0.000 abstract description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 11
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 10
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 10
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 6
- 239000002639 bone cement Substances 0.000 description 5
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 5
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 3
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 3
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 208000023178 Musculoskeletal disease Diseases 0.000 description 2
- 208000002847 Surgical Wound Diseases 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000000735 allogeneic effect Effects 0.000 description 2
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 2
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 2
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 2
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- 208000035965 Postoperative Complications Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 1
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 description 1
- 210000002449 bone cell Anatomy 0.000 description 1
- YYRMJZQKEFZXMX-UHFFFAOYSA-L calcium bis(dihydrogenphosphate) Chemical compound [Ca+2].OP(O)([O-])=O.OP(O)([O-])=O YYRMJZQKEFZXMX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- FUFJGUQYACFECW-UHFFFAOYSA-L calcium hydrogenphosphate Chemical compound [Ca+2].OP([O-])([O-])=O FUFJGUQYACFECW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 210000004262 dental pulp cavity Anatomy 0.000 description 1
- 229910000388 diammonium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019700 dicalcium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000001900 immune effect Effects 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N magnesium nitrate Inorganic materials [Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 235000019691 monocalcium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000150 monocalcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 1
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 1
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 238000007634 remodeling Methods 0.000 description 1
- 108010048734 sclerotin Proteins 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013268 sustained release Methods 0.000 description 1
- 239000012730 sustained-release form Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- GBNXLQPMFAUCOI-UHFFFAOYSA-H tetracalcium;oxygen(2-);diphosphate Chemical compound [O-2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O GBNXLQPMFAUCOI-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
本发明涉及生物医学材料技术领域，具体涉及到一种可注射、可降解的人工骨材料及其制备方法。该材料由固相和液相两部分构成，固相主体材料为纳米β相磷酸三钙和半水硫酸钙粉末材料，固相辅助功能材料为金属镁，镁锶合金或金属锌粉末材料。液相为浓度5wt％聚乙烯醇水溶液或生理盐水。将固相和液相两部分调和均匀使用，固化时间范围为5～60min，固化强度范围在2～10MPa，形成人工骨材料。与现有人工骨材料相比，一方面该材料中纳米β‑TCP材料提高植入后人工骨材料的生物活性。另一方面金属或合金粉可在体内快速降解，在人工骨材料内部形成孔道结构，实现自造孔工艺，有利于营养物质的运输，促进细胞及微血管的长入。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学材料技术领域，具体涉及到一种可注射、可降解的人工骨材料及其制备方法。
背景技术
骨科疾病是当前高发病率疾病之一，其严重的影响病人的生活质量。骨缺损是骨科疾病的常见病。传统骨缺损的治疗方法有自体骨移植、同种异体骨移植和人工骨移植等。自体骨是理想的骨缺损修复材料，但取骨过程增加患者的创伤和痛苦，且供骨来源有限，不易塑形；同种异体骨存在免疫排斥反应，并可传播疾病或引起术后并发症等问题。因此，人工骨材料成为目前骨科领域的研究重点。与传统植入的骨修复材料相比，可注射材料具有手术创面小，治愈快等特点，具有良好的应用前景。
目前，临床应用较多的可注射材料为高分子材料聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)，该类材料固化后具有较高的抗压强度，但其成分与天然骨完全不同，不可降解，生物活性低，应用过程中发热量大，长期植入容易造成植入体松动、炎症等问题，限制其在临床的应用(Materials&Design2018；158:172-183)。
为了克服PMMA骨水泥的缺点，国内外学者开展可注射人工骨陶瓷材料研究，主要包括两大类，一类为可注射磷酸钙骨水泥，另一类为可注射硫酸钙骨水泥。可注射磷酸钙骨水泥，如：周长忍等(公开号：CN101057979A)、苗军等(公开号：CN101366971A)、何丹农等(公开号：CN104491924A)利用磷酸四钙、磷酸三钙、磷酸氢钙和磷酸二氢钙等制备磷酸钙骨水泥用于骨缺损修复及药物或蛋白的缓释，提高材料的生物活性。但是该类材料在固化反应后得到的材料为难降解的羟基磷灰石材料，由于材料体内难降解其治疗效果受到严重的限制(Journal of Biomedical Materials Research B:Applied Biomaterials.2018；106B:649-658)。可注射硫酸钙骨水泥，如：崔菡等(公开号：CN101461962A)、余振定等(公开号：CN101816808A；CN101816804A)、胡钢锋等(公开号：CN102008748A)、甘少磊等(公开号：CN102600511A；CN104474590A)利用半水硫酸钙复合磷酸钙材料中的纳米羟基磷灰石、羟基磷灰石、增强纤维等制备硫酸钙骨水泥用于骨缺损的治疗。但是该类材料中一部分材料含有不降解成分(如：羟基磷灰石、增强纤维)，造成注射塑形后不能完全降解，且孔结构较差和生物活性较低。
因此，针对上述可注射人工骨修复材料临床应用中存在的问题，开发具有良好生物活性的新型可注射、可降解的人工骨材料，具有重要的临床应用价值。
发明内容
本发明目的在于提供一种可注射、可降解的人工骨材料及其制备方法，该材料适用于骨科、整形科及口腔科等领域，用于骨缺损或牙槽骨填充。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种可注射、可降解的人工骨材料，该材料由固相和液相两部分构成，液相与固相重量比为0.3～0.5；其中：固相包括主体材料部分，主体材料部分为纳米β相磷酸三钙和半水硫酸钙粉末材料；液相为浓度5wt％聚乙烯醇水溶液或生理盐水。
所述的可注射、可降解的人工骨材料，固相主体材料中，纳米β相磷酸三钙粉末材料为含镁的纳米β相磷酸三钙材料，该材料中的Mg/(Ca+Mg)＝10～20at.％，其粒径范围在20～150nm，纳米β相磷酸三钙的质量占固相总质量的10％～50％。
所述的可注射、可降解的人工骨材料，固相主体材料中，半水硫酸钙粉末材料的纯度大于97wt％，颗粒的粒径范围在5～60μm，半水硫酸钙的质量占固相总质量的50％～90％。
所述的可注射、可降解的人工骨材料，固相还包括辅助功能材料部分，辅助功能材料部分为金属镁、镁锶合金、金属锌中的一种或两种以上粉末，其质量占固相总质量的0～15％。
所述的可注射、可降解的人工骨材料，固相辅助功能材料中：金属镁粉末的纯度大于99wt％，粒径尺寸范围为小于500μm；镁锶合金粉末的纯度大于99wt％，粒径尺寸范围为小于500μm；金属锌粉末的纯度大于99wt％，粒径尺寸范围为小于500μm。
所述的可注射、可降解的人工骨材料，固相辅助功能材料中：金属镁粉末的粒径尺寸范围为小于75μm，镁锶合金粉末的粒径尺寸范围为小于75μm，金属锌粉末的粒径尺寸范围为小于75μm。
所述的可注射、可降解的人工骨材料的制备方法，将固相和液相两部分调和均匀使用，固化时间范围为5～60min，固化强度范围在2～10MPa，形成人工骨材料；其孔隙率为1％～60％，孔径尺寸为10～800μm，降解周期为3～18个月。
所述的可注射、可降解的人工骨材料的制备方法，使用时，通过喷雾干燥提高纳米β相磷酸三钙材料的颗粒尺寸，将该纳米β相磷酸三钙粉末材料转化成软团聚的微米颗粒，软团聚后颗粒尺寸范围在5～60μm。
本发明的设计思想是：将纳米β相磷酸三钙材料(β-tricalcium phosphate,以下简写β-TCP)和半水硫酸钙材料(calcium sulfate hemihydrate,以下简写CSH)作为主体，掺杂一种或多种金属粉末材料(如：金属镁、镁锶合金、金属锌)作为造孔剂，利用5wt％聚乙烯醇水溶液(polyvinyl alcohol,以下简写PVA)或生理盐水作为液相调和剂，制备一种可注射、可降解的人工骨材料。
此外，掺入的金属或合金粉末降解后释放人体所需微量元素，如：镁、锶和锌等活性离子，在骨科治疗过程中该类元素可影响骨细胞的增殖和分化，调控骨质的生长和重塑，也提高人工骨材料的生物活性。可注射自固化人工骨材料可减小手术创面，降低植入过程的感染风险。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果体现在：
1、本发明纳米β-TCP材料的使用可提高人工骨材料的生物活性，调节人工骨材料的降解周期。
2、本发明金属颗粒的降解可实现人工骨材料的自造孔功能，且具有孔径尺寸和孔隙率可调等优点。
3、本发明金属粉末在植入后，其降解过程中可提供人体所需微量元素，提高材料的生物活性、促进成骨。
附图说明
图1是Mg/(Ca+Mg)＝10at.％的纳米β相磷酸三钙材料X光衍射(XRD)谱图。
图2是半水硫酸钙材料X光衍射(XRD)谱图。
图3是不同配比可注射人工骨材料的终凝(固化)时间。
图4是不同配比可注射人工骨材料固化后压缩强度。
图5是可注射人工骨材料终凝后截面形貌图：a、30％β-TCP+70％CSH，b、29％β-TCP+70％CSH+1％Mg，c、25％β-TCP+70％CSH+5％Mg，d、29％β-TCP+70％CSH+1％Zn，e、25％β-TCP+70％CSH+5％Zn。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明人工骨材料由固相和液相两部分构成，其中固相包括主体材料部分和辅助功能材料部分。主体材料部分包括纳米β相磷酸三钙(β-tricalciumphosphate,β-TCP)和半水硫酸钙(calcium sulfate hemihydrate,CSH)粉末材料，辅助功能材料部分为金属粉末(如：金属镁，镁锶合金，金属锌中的一种或几种)。液相为5wt％的PVA水溶液或生理盐水。其液相与固相重量比为0.3～0.5，并将两部分调和均匀使用。其固化时间范围为5～60min，固化强度范围在2～10MPa，孔隙率为20～60％，孔径尺寸为50～800μm，降解周期为3～18个月。
固相主体材料中的纳米β-TCP粉末材料是利用Ca(NO3)2、Mg(NO3)2、(NH4)2HPO4化学反应合成，其中纳米β-TCP中的Mg含量为：Mg/(Ca+Mg)＝10～20at.％，其粒径范围在20～150nm。为了提高人工骨材料使用过程中的抗溃散性，通过喷雾干燥的方法，提高β-TCP材料的颗粒尺寸，将该纳米β-TCP粉末材料转化成软团聚的微米颗粒，软团聚后颗粒范围在5～60μm。纳米β-TCP的质量占固相总质量的10％～50％，作用为调节人工骨材料的降解周期，提高材料的生物活性。
固相主体材料中的CSH粉末的纯度大于97wt％，颗粒的粒径范围在5～60μm，作用为实现人工骨材料的固化。常温常压下，半水硫酸钙材料即可吸水转变成二水硫酸钙，在其吸水固化的过程中能够实现将β-TCP及金属颗粒的包裹，从而获得人工骨材料的整体塑型。CSH的质量占固相总质量的50％～90％，优选70％。
固相辅助功能材料中的金属粉末包含金属镁、镁锶合金、金属锌粉末中的一种或几种，其质量占固相总质量百分比为0～15％。金属粉末的材料纯度大于99wt％，金属镁、镁锶合金、金属锌的粉末粒径范围小于500μm；金属镁、镁锶合金、金属锌的粉末粒径范围优选小于75μm，更选范围为10～50μm。其作用是实现注射材料的自造孔，人工骨材料植入体内后进一步与体液相互作用，金属颗粒逐渐降解，形成微孔结构。通过调节金属粉末的粒径及含量即可控制人工骨材料内部的孔径及孔隙率。
下面，结合实施例和附图对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例的可注射自固化可降解骨填充材料由固相和液相两部分构成，其制备方法如下：
首先称取0.9g软团聚后粒径为10～40μm的β-TCP(Mg/(Ca+Mg)＝10at.％)材料(图1)和2.1g粒径为5～60μm的CSH材料(图2)，将两者充分混合两种材料得到固相材料。向上述固相粉体中加入1.2ml的PVA水溶液(浓度5wt％，液相)，均匀调和30s后制得可注射、可降解人工骨材料(30％β-TCP+70％CSH)。
固化时间测定参考ASTM C191-18a标准，将固液混合好的糊状材料通过注射器注入φ6*10mm的不锈钢模具内，然后放入霉菌箱(温度：37℃，湿度：95％)，定期取出样品进行维卡仪测量，直到维卡仪试针在样品表面无明显压痕即为终凝，并记录终凝时间。测得该样品(5个平行样)的终凝时间为12.0±1.0min(图3)。
将可注射人工骨材料制备成φ6*10mm样品(5个平行样)，完全固化后测得样品的压缩强度7.2±1.5MPa(图4)。如图5a所示，扫描电镜观测样品的截面形貌，其孔隙率为2％～5％，孔径尺寸为10～50μm。
实施例2
本实施例的可注射自固化可降解骨填充材料由固相和液相两部分构成，其制备方法如下：
首先称取0.87g软团聚后平均粒径为10～40μm的β-TCP材料(Mg/(Ca+Mg)＝10at.％)，2.1g平均粒径为5～60μm的CSH材料和0.03g金属镁粉(粒径小于75μm)，将三者充分混合获得固相材料。向上述固相粉体中加入1.2ml的PVA水溶液(浓度5wt％，液相)，均匀调和30s后制得可注射、可降解人工骨材料
(29％β-TCP+70％CSH+1％Mg)。
参考ASTM C191-18a标准，测得该样品的终凝时间为17.7±1.2min(图3)。将可注射人工骨材料制备成φ6*10mm样品(5个平行样)，完全固化后测得样品的压缩强度为2.7±1.1MPa(图4)。如图5b所示，扫描电镜观测样品的截面形貌，其孔隙率为30％～35％，孔径尺寸为50～500μm。
实施例3
本实施例的可注射自固化可降解骨填充材料由固相和液相两部分构成，其制备方法如下：
首先称取0.75g软团聚后平均粒径为10～40μm的β-TCP材料(Mg/(Ca+Mg)＝10at.％)，2.1g平均粒径为5～60μm的CSH材料和0.15g金属镁粉(小于75μm)，将三者充分混合获得固相材料。向上述固相粉体中加入1.2ml的PVA水溶液(浓度5wt％，液相)，均匀调和30s后制得可注射、可降解人工骨材料(25％β-TCP+70％CSH+5％Mg)。
参考ASTM C191-18a标准，测得该样品的终凝时间为27.7±1.2min(图3)，将可注射人工骨材料制备成φ6*10mm样品(5个平行样)，完全固化后测得样品的压缩强度为2.2±0.8MPa(图4)。如图5c所示，扫描电镜观测样品的截面形貌，其孔隙率为40％～45％，孔径尺寸为50～500μm。
实施例4
本实施例的可注射自固化可降解骨填充材料由固相和液相两部分构成，其制备方法如下：
首先称取0.87g软团聚后平均粒径为10～40μm的β-TCP材料(Mg/(Ca+Mg)＝10at.％)，2.1g平均粒径为5～60μm的CSH材料和0.03g镁锶合金粉(小于75μm)，将三者充分混合获得固相材料。向上述固相粉体中加入1.2ml的PVA水溶液(浓度5wt％，液相)，均匀调和30s后制得可注射、可降解人工骨材料(29％β-TCP+70％CSH+1％Mg-Sr)。
参考ASTM C191-18a标准，测得该样品的终凝时间为15.0±1.0min(图3)，将可注射人工骨材料制备成φ6*10mm样品(5个平行样)，完全固化后测得样品的压缩强度为3.0±1.2MPa(图4)。
实施例5
本实施例的可注射自固化可降解骨填充材料由固相和液相两部分构成，其制备方法如下：
首先称取0.75g软团聚后平均粒径为10～40μm的含10％Mg的β-TCP材料(Mg/(Ca+Mg)＝10at.％)，2.1g平均粒径为5～60μm的CSH材料和0.15g镁锶合金粉(小于75μm)，将三者充分混合获得固相材料。向上述固相粉体中加入1.2ml的PVA水溶液(浓度5wt％，液相)，均匀调和30s后制得可注射、可降解人工骨材料(25％β-TCP+70％CSH+5％Mg-Sr)。
参考ASTM C191-18a标准，测得该样品的终凝时间为24.3±0.6min(图3)，将可注射人工骨材料制备成φ6*10mm样品(5个平行样)，完全固化后测得样品的压缩强度为2.4±1.0MPa(图4)。
实施例6
本实施例的可注射自固化可降解骨填充材料由固相和液相两部分构成，其制备方法如下：
首先称取0.87g软团聚后平均粒径为10～40μm的β-TCP材料(Mg/(Ca+Mg)＝10at.％)，2.1g平均粒径为5～60μm的CSH材料和0.03g金属锌粉(小于25μm)，将三者充分混合获得固相材料。向上述固相粉体中加入1.2ml的PVA水溶液(浓度5wt％，液相)，均匀调和30s后制得可注射、可降解人工骨材料
(29％β-TCP+70％CSH+1％Zn)。
参考ASTM C191-18a标准，测得该样品的终凝时间为15.7±1.2min(图3)，将可注射人工骨材料制备成φ6*10mm样品(5个平行样)，完全固化后测得样品的压缩强度为3.2±0.6MPa(图4)。如图5d所示，扫描电镜观测样品的截面形貌，其孔隙率为2％～5％，孔径尺寸为10～100μm。
实施例7
本实施例的可注射自固化可降解骨填充材料由固相和液相两部分构成，其制备方法如下：
首先称取0.75g软团聚后平均粒径为10～40μm的β-TCP材料(Mg/(Ca+Mg)＝10at.％)，2.1g平均粒径为5～60μm的CSH材料和0.15g金属锌粉(小于75μm)，将三者充分混合获得固相材料。然后加入1.2ml的PVA水溶液(浓度5wt％，液相)，均匀调和30s后制得可注射、可降解人工骨材料(25％β-TCP+70％CSH+5％Zn)。
参考ASTM C191-18a标准，测得该样品的终凝时间为24.0±1.0min(图3)，将可注射人工骨材料制备成φ6*10mm样品(5个平行样)，完全固化后测得样品的压缩强度为2.7±0.7MPa(图4)。如图5e所示，扫描电镜观测样品的截面形貌，其孔隙率为5％～10％，孔径尺寸为10～200μm。
实施例8
本实施例的可注射自固化可降解骨填充材料由固相和液相两部分构成，其制备方法如下：
首先称取0.45g软团聚后平均粒径为10～40μm的β-TCP材料(Mg/(Ca+Mg)＝10at.％)，2.1g平均粒径为5～60μm的CSH材料和0.45g金属镁粉(小于75μm)，将三者充分混合获得固相材料。然后加入1.2ml的PVA水溶液(浓度5wt％，液相)，均匀调和30s后制得可注射、可降解人工骨材料(15％β-TCP+70％CSH+15％Mg)。
参考ASTM C191-18a标准，测得该样品的终凝时间为45.0±2.0min(图3)，将可注射人工骨材料制备成φ6*10mm样品(5个平行样)，完全固化后测得样品的压缩强度为2.2±0.9MPa(图4)。
实施例结果表明，与现有人工骨材料相比，一方面该材料中纳米β-TCP材料提高植入后人工骨材料的生物活性。另一方面金属或合金粉体的掺入，随着植入时间的增长，金属或合金粉体快速降解，在内部形成孔道结构，实现自造孔工艺，有利于营养物质的运输，促进细胞及微血管的长入。另外，在骨缺损修复、骨折、整形、牙槽骨和牙根管填充等治疗过程有着重要的作用，在生物医学领域有良好的应用前景。
Claims (5)
1.一种可注射、可降解的人工骨材料，其特征在于，该材料由固相和液相两部分构成，液相与固相重量比为0.3~0.5；其中：固相包括主体材料部分，主体材料部分为纳米β相磷酸三钙和半水硫酸钙粉末材料；液相为浓度5 wt%聚乙烯醇水溶液或生理盐水；
固相主体材料中，纳米β相磷酸三钙粉末材料为含镁的纳米β相磷酸三钙材料，该材料中的Mg/（Ca+Mg）=10~20 at.%，其粒径范围在20~150 nm，纳米β相磷酸三钙的质量占固相总质量的10%~50%；
固相还包括辅助功能材料部分，辅助功能材料部分为金属锌粉末，其质量占固相总质量的1~15%；
使用时，通过喷雾干燥提高纳米β相磷酸三钙材料的颗粒尺寸，将该纳米β相磷酸三钙粉末材料转化成软团聚的微米颗粒，软团聚后颗粒尺寸范围在5~60 μm。
2.根据权利要求1所述的可注射、可降解的人工骨材料，其特征在于，固相主体材料中，半水硫酸钙粉末材料的纯度大于97wt%，颗粒的粒径范围在5~60 μm，半水硫酸钙的质量占固相总质量的50%~90%。
3.根据权利要求1所述的可注射、可降解的人工骨材料，其特征在于，固相辅助功能材料中：金属锌粉末的纯度大于99wt%，粒径尺寸范围为小于500 μm。
4.根据权利要求1所述的可注射、可降解的人工骨材料，其特征在于，固相辅助功能材料中：金属锌粉末的粒径尺寸范围为小于75 μm。
5.一种权利要求1至4之一所述的可注射、可降解的人工骨材料的制备方法，其特征在于，将固相和液相两部分调和均匀使用，固化时间范围为5~60 min，固化强度范围在2~10MPa，形成人工骨材料；其孔隙率为1%~60%，孔径尺寸为10~800 μm，降解周期为3~18个月。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910094466.5A CN109701072B (zh) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | 一种可注射、可降解的人工骨材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910094466.5A CN109701072B (zh) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | 一种可注射、可降解的人工骨材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109701072A CN109701072A (zh) | 2019-05-03 |
| CN109701072B true CN109701072B (zh) | 2021-09-24 |
Family
ID=66263311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910094466.5A Active CN109701072B (zh) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | 一种可注射、可降解的人工骨材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109701072B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111805686B (zh) * | 2020-06-23 | 2021-07-09 | 中国人民解放军总医院 | 一种提高3d凝胶打印磷酸钙盐陶瓷支架降解性的方法 |
| CN111973811B (zh) * | 2020-08-28 | 2022-05-17 | 西安点云生物科技有限公司 | 一种含锌人工骨及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105288741A (zh) * | 2015-07-24 | 2016-02-03 | 苏州大学 | 一种具有部分降解功能的丙烯酸类复合骨水泥及其制备方法 |
| CN106581746A (zh) * | 2016-12-08 | 2017-04-26 | 山东明德生物医学工程有限公司 | 一种钙盐骨水泥及制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE517168C2 (sv) * | 2000-07-17 | 2002-04-23 | Bone Support Ab | En komposition för ett injicerbart ersättningsmaterial för benmineral |
| EP1359951A2 (en) * | 2001-01-25 | 2003-11-12 | Regeneration Technologies, Inc. | Injectable porous bone graft materials |
-
2019
- 2019-01-30 CN CN201910094466.5A patent/CN109701072B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105288741A (zh) * | 2015-07-24 | 2016-02-03 | 苏州大学 | 一种具有部分降解功能的丙烯酸类复合骨水泥及其制备方法 |
| CN106581746A (zh) * | 2016-12-08 | 2017-04-26 | 山东明德生物医学工程有限公司 | 一种钙盐骨水泥及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109701072A (zh) | 2019-05-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6117456A (en) | Methods and products related to the physical conversion of reactive amorphous calcium phosphate | |
| KR101626441B1 (ko) | 재흡수성이 우수한 거대기공성 인산칼슘 시멘트 아파타이트 | |
| Hu et al. | Study on injectable and degradable cement of calcium sulphate and calcium phosphate for bone repair | |
| Barralet et al. | High‐strength apatitic cement by modification with α‐hydroxy acid salts | |
| JP6478993B2 (ja) | バイオミメティックなコラーゲン−ヒドロキシアパタイト複合材料 | |
| KR20110000636A (ko) | 골 이식재 및 이의 용도 | |
| JP6270870B2 (ja) | セメント形成組成物、モネタイトセメント、移植片及び骨欠損を修復する方法 | |
| Masaeli et al. | Efficacy of the biomaterials 3 wt%-nanostrontium-hydroxyapatite-enhanced calcium phosphate cement (nanoSr-CPC) and nanoSr-CPC-incorporated simvastatin-loaded poly (lactic-co-glycolic-acid) microspheres in osteogenesis improvement: An explorative multi-phase experimental in vitro/vivo study | |
| US7150879B1 (en) | Neutral self-setting calcium phosphate paste | |
| KR20140129058A (ko) | 주사성, 생분해성 골시멘트 및 이를 제조 및 사용하는 방법 | |
| CN109701072B (zh) | 一种可注射、可降解的人工骨材料及其制备方法 | |
| CN111773432A (zh) | 镁基非晶-磷酸钙/硅酸钙复合填充物及其制备与应用 | |
| US20190192725A1 (en) | Magnesium phosphate biomaterials | |
| Ko et al. | Biphasic products of dicalcium phosphate-rich cement with injectability and nondispersibility | |
| Wang et al. | Synthesis and characterization of an injectable and self-curing poly (methyl methacrylate) cement functionalized with a biomimetic chitosan–poly (vinyl alcohol)/nano-sized hydroxyapatite/silver hydrogel | |
| Wang et al. | A novel CPC composite cement reinforced by dopamine coated SCPP fibers with improved physicochemical and biological properties | |
| Calafiori et al. | Preparation and characterization of calcium phosphate biomaterials | |
| Tanaka et al. | Comparison of calcite and vaterite as precursors for CO3Ap artificial bone fabrication through a dissolution–precipitation reaction | |
| Zhou et al. | A novel injectable and degradable calcium phosphate/calcium sulfate bone cement | |
| CN113750289B (zh) | 基于磷酸钙的有机-无机复合生物活性材料及其制备方法 | |
| Layrolle et al. | Physicochemistry of apatite and its related calcium phosphates | |
| Laska-Lesniewicz et al. | 6-step manufacturing process of hydroxyapatite filler with specific properties applied for bone cement composites | |
| El-Maghraby et al. | Preparation, structural characterization, and biomedical applications of gypsum-based nanocomposite bone cements | |
| RU2617050C1 (ru) | Биоактивный композиционный материал для замещения костных дефектов и способ его получения | |
| Guo et al. | Preparation and characterization of hemihydrate calcium sulfate-calcium hydroxide composite bone repair materials. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |