CN109939261A

CN109939261A - 一种可调控磷酸钙骨水泥注射性的固化液及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN109939261A
Application number: CN201910333432.7A
Authority: CN
Inventors: 董寅生; 潘娅妮; 占韵
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2019-06-28
Anticipated expiration: 2039-04-24
Also published as: CN109939261B

Abstract

本发明公开了一种可调控磷酸钙骨水泥注射性的固化液及其制备方法和应用，该固化液组成物的质量百分含量如下：一水合柠檬酸6‑8％，十二水磷酸氢二钠7‑9％，酸性有机组分总量不大于10％，余量为水。相对于现有技术，本发明技术具有以下优势：本发明制备固化液的方法简单、快速、高效，所制得的骨水泥固化前内聚力强，注射过程液固不分离，可注射性和抗压强度均较好；此外，在实际使用过程中，添加酸性有机组分，如不同含量的抗坏血酸、硫酸葡聚糖钠盐、衣康酸中的一种或其组合，可获得抗压强度在20‑40MPa区间内的骨水泥的液相配方，可以按需定制具有高注射性和不同抗压强度的骨水泥。

Description

一种可调控磷酸钙骨水泥注射性的固化液及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种可调控磷酸钙骨水泥注射性的固化液及其制备方法和应用，属于磷酸钙骨水泥技术领域。

背景技术

骨水泥是用于骨缺损治疗和假体固定的重要材料，操作便捷，使用时将固相和液相以一定比例调和后填充至受损部位，固相与液相发生反应并逐渐硬化，用于假体固定可保证术后的即时稳定，允许术后的早期负重。骨水泥主要有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硫酸钙(CaSO₄·0.5H₂O)和磷酸钙(CPC)骨水泥，其中PMMA骨水泥生物相容性较差，不可降解，且单体有毒性，聚合过程中放出大量热，会造成局部的高温，易引起周围组织坏死；硫酸钙骨水泥生物相容性好，但无骨诱导能力，新生骨的生长速度远不及硫酸钙材料在体内的降解速度；磷酸钙骨水泥具有良好的生物相容性、生物降解性以及骨诱导性，在生理条件下能够自行固化形成与人体骨组织无机成分相近的羟基磷灰石，固化时放热少，植入后不引起炎症反应，可根据受损部位任意塑形，日益受到重视。

CPC的固相通常为一种或几种磷酸钙盐的混合物，常用的固相原料有α-磷酸三钙(α-TCP)、磷酸四钙(TTCP)、无定形磷酸钙(ACP)等；液相一般为含有磷酸氢根的水溶液。据流行病学调查显示，松质骨的抗压强度在20-45MPa之间，而磷酸钙骨水泥固化后的抗压强度一般在20-30MPa之间；同时在临床微创手术中，磷酸钙骨水泥在注射过程中存在易液固分离的缺点，导致原料利用率较低。为使磷酸钙骨水泥能在松质骨缺损部位的修复中得到应用，必须提高磷酸钙骨水泥浆体的注射性和抗压强度，有研究在骨水泥固相中引入第二相，如纳米ZrO₂、碳纤维等增强骨水泥，但由于第二相与固相、液相以及固化产物之间没有形成化学键合，不能起到连结固液相的作用，虽然抗压强度得到明显提高，但骨水泥液固分离现象依旧存在；也有学者在液相中引入如壳聚糖、改性淀粉等粘性稳定剂，使浆体形成水凝胶以增加骨水泥浆体的流动性，但实验结果显示，抗压强度下降了10-20％，这是因为稳定剂使骨水泥浆体流动性增大，骨水泥难以固化成形，产物缺钙羟基磷灰石晶粒过于细小，不能形成交叉网络，导致抗压强度下降。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种可调控磷酸钙骨水泥注射性的固化液及其制备方法和应用。本发明在液相中添加亲水性强的酸性有机物如抗坏血酸、硫酸葡聚糖钠盐或衣康酸，开发出一种能提高骨水泥注射性且适用于松质骨缺损修复用的骨水泥固化液配方。

技术方案：为达到上述发明目的，发明提供如下技术方案：

一种可调控磷酸钙骨水泥注射性的固化液，其组成物的质量百分含量如下：一水合柠檬酸6-8％，优选7％，十二水磷酸氢二钠7-9％，优选8％，酸性有机组分总量不大于10％，余量为水。

作为优选，所述酸性有机组分选自抗坏血酸、硫酸葡聚糖钠盐、衣康酸中的一种或几种的组合。

进一步优选，所述酸性有机组分中各成分占固化液总重量的百分比如下：抗坏血酸1-6％、硫酸葡聚糖钠盐1-9％、衣康酸1-4％。

所述可调控磷酸钙骨水泥注射性的固化液的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制含质量百分数为一水合柠檬酸6-8％、十二水磷酸氢二钠7-9％的混合水溶液，得柠檬酸-磷酸氢二钠水溶液；

(2)在柠檬酸-磷酸氢二钠水溶液的基础上，添加总量不大于10％的酸性有机组分，即得到最终的固化液。

作为优选，步骤(1)和(2)中溶液配制的方法均为室温溶解，或50℃以下加热助溶解，辅助以磁力搅拌。

一种可调控注射性的磷酸钙骨水泥，以权利要求1所述的固化液为液相，磷酸钙粉末作为固相，两者按一定液固比均匀调和，即得到所述可调控注射性的磷酸钙骨水泥。

作为优选：

所述磷酸钙为α-磷酸三钙和β-磷酸三钙的混合物，其中，α-磷酸三钙的含量大于99％。

所述液固比为0.35-0.45mL/g。

本发明在液相中引入含-COOH、-OH等亲水基团且生物相容性好的有机物，促进磷酸钙粉末的溶解，同时可以与骨水泥浆体中的Ca²⁺形成螯合作用，促进固液相之间的连接，改善骨水泥的注射性，且对固化反应的影响不显著。例如，抗坏血酸是促进骨胶原合成所必需的物质，分子中含亲水基团-OH，表现为一元酸；硫酸葡聚糖钠盐表现为弱酸性，具有极强的水合作用，且能与固化产物缺钙羟基磷灰石以氢键结合，提升骨水泥基体的紧实度，提高抗压强度；衣康酸是不饱和二元有机酸，化学性质活泼且无毒，可加速固化反应的进行。因此，在骨水泥液相中引入抗坏血酸、硫酸葡聚糖钠盐和衣康酸可获得高注射性、适合松质骨修复使用的骨水泥。

技术效果：相对于现有技术，本发明技术具有以下优势：本发明制备固化液的方法简单、快速、高效，所制得的骨水泥固化前内聚力强，注射过程液固不分离，可注射性和抗压强度均较好；此外，在实际使用过程中，添加酸性有机组分，如不同含量的抗坏血酸、硫酸葡聚糖钠盐、衣康酸中的一种或其组合，可获得抗压强度在20-40MPa区间内的骨水泥的液相配方，可以按需定制具有高注射性和不同抗压强度的骨水泥。

具体实施方式

下面结合具体实例，进一步阐明本发明。

以下实施例中样品的检测均采用如下方法：

骨水泥浆体pH的测试方法为：将固液相混匀后立即用pH计测定其pH值

固化时间测试方法为：从固液相开始混合时计时，将固液相调和后填入Φ6mm×12mm的不锈钢圆柱体模具中，当维卡仪的针轻放在骨水泥浆体表面而不使其表面下陷所经过的时间记为固化时间。

抗压强度测试方法为：将固液相调和填入模具，于37℃、100％湿度环境下养护48h后，利用万能力学试验机测量样品的抗压强度。

可注射性测试方法为：固液相调和后装入20mL一次性注射器，以2kg重物垂直压在活塞上挤出骨水泥，计算2min内被挤出骨水泥的质量与填入骨水泥的总质量的百分比来表征可注射性。

骨水泥物相组成测试方法为：将养护48h后的骨水泥样品研磨成粉末测其XRD衍射图谱。

实施例1：

称取1.984gα-磷酸三钙粉末和0.016gβ-磷酸三钙粉末作为固相。将质量分数为7％一水合柠檬酸、8％十二水磷酸氢二钠、1％抗坏血酸和1％硫酸葡聚糖钠盐溶于去离子水中，用磁力搅拌器在40℃下完全溶解，配制成固化液。取0.8mL固化液与2g固相粉末均匀调和后得到磷酸钙骨水泥。

该骨水泥在挤压注射过程中浆体内聚力好，未出现液固分离现象，可注射性为88.3％，浆体pH为4.9，固化时间为11min，抗压强度为36.2MPa，固化产物为具有骨诱导性的缺钙羟基磷灰石。

实施例2：

称取0.7936gα-磷酸三钙粉末和0.0064gβ-磷酸三钙粉末作为固相。将质量分数为7％一水合柠檬酸、8％十二水磷酸氢二钠、6％抗坏血酸和1％衣康酸溶于去离子水中，用磁力搅拌器在40℃下完全溶解，配制成固化液。取0.36mL固化液与0.8g固相粉末均匀调和后得到磷酸钙骨水泥。

该骨水泥在挤压注射过程中浆体内聚力好，未出现液固分离现象，可注射性为81.7％，浆体pH为4.5，固化时间为7min，抗压强度为38.9MPa，固化产物为具有骨诱导性的缺钙羟基磷灰石。

实施例3：

称取1.984gα-磷酸三钙粉末和0.016gβ-磷酸三钙粉末作为固相。将质量分数为7％一水合柠檬酸、8％十二水磷酸氢二钠和1％硫酸葡聚糖钠盐溶于去离子水中，用磁力搅拌器在40℃下完全溶解，配制成固化液。取0.7mL固化液与2g固相粉末均匀调和后得到磷酸钙骨水泥。

该骨水泥在挤压注射过程中浆体内聚力好，未出现液固分离现象，可注射性为80.6％，浆体pH为4.8，固化时间为11.5min，抗压强度为34.6MPa，固化产物为具有骨诱导性的缺钙羟基磷灰石和磷酸八钙的混合物。

实施例4：

称取0.7936gα-磷酸三钙粉末和0.0064gβ-磷酸三钙粉末作为固相。将质量分数为7％一水合柠檬酸、8％十二水磷酸氢二钠、9％硫酸葡聚糖钠盐和1％衣康酸溶于去离子水中，用磁力搅拌器在40℃下完全溶解，配制成固化液。取0.32mL固化液与0.8g固相粉末均匀调和后得到磷酸钙骨水泥。

该骨水泥在挤压注射过程中浆体内聚力好，未出现液固分离现象，可注射性为91.3％，浆体pH为4.3，固化时间为10.5min，抗压强度为29.8MPa，固化产物为具有骨诱导性的缺钙羟基磷灰石和磷酸八钙的混合物。

实施例5：

称取0.992gα-磷酸三钙粉末和0.008gβ-磷酸三钙粉末作为固相。将质量分数为7％一水合柠檬酸、8％十二水磷酸氢二钠、3％抗坏血酸、4％硫酸葡聚糖钠盐和1％衣康酸溶于去离子水中，用磁力搅拌器在37℃下完全溶解，配制成固化液。取0.35mL固化液与1g固相粉末均匀调和后得到磷酸钙骨水泥。

该骨水泥在挤压注射过程中浆体内聚力好，未出现液固分离现象，可注射性为78.1％，浆体pH为4.4，固化时间为9.5min，抗压强度为24.9MPa，固化产物为具有骨诱导性的缺钙羟基磷灰石和磷酸八钙的混合物。

实施例6：

称取1.984gα-磷酸三钙粉末和0.016gβ-磷酸三钙粉末作为固相。将质量分数为7％一水合柠檬酸、8％十二水磷酸氢二钠、3％硫酸葡聚糖钠盐和4％衣康酸溶于去离子水中，用磁力搅拌器在37℃下完全溶解，配制成固化液。取0.8mL固化液与2g固相粉末均匀调和后得到磷酸钙骨水泥。

该骨水泥在挤压注射过程中浆体内聚力好，未出现液固分离现象，可注射性为76.1％，浆体pH为4.0，固化时间为7min，抗压强度为20.2MPa，固化产物为磷酸八钙和磷酸氢钙的混合物。

Claims

1.一种可调控磷酸钙骨水泥注射性的固化液，其特征在于，其组成物的质量百分含量如下：一水合柠檬酸6-8％，十二水磷酸氢二钠7-9％，酸性有机组分总量不大于10％，余量为水。

2.根据权利要求1所述的可调控磷酸钙骨水泥注射性的固化液，其特征在于，所述酸性有机组分选自抗坏血酸、硫酸葡聚糖钠盐、衣康酸中的一种或几种的组合。

3.根据权利要求2所述的可调控磷酸钙骨水泥注射性的固化液，其特征在于，所述酸性有机组分中各成分占固化液总重量的百分比如下：抗坏血酸1-6％、硫酸葡聚糖钠盐1-9％、衣康酸1-4％。

4.权利要求1-3任一项所述可调控磷酸钙骨水泥注射性的固化液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中溶液配制的方法均为室温溶解，或50℃以下加热助溶解，辅助以磁力搅拌。

6.一种可调控注射性的磷酸钙骨水泥，其特征在于，以权利要求1所述的固化液为液相，磷酸钙粉末作为固相，两者按一定液固比均匀调和，即得到所述可调控注射性的磷酸钙骨水泥。

7.根据权利要求6所述的可调控注射性的磷酸钙骨水泥，其特征在于，所述磷酸钙为α-磷酸三钙和β-磷酸三钙的混合物，其中，α-磷酸三钙的含量大于99％。

8.根据权利要求6所述的可调控注射性的磷酸钙骨水泥，其特征在于，所述液固比为0.35-0.45mL/g。