CN111388759B - 一种骨水泥复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种骨水泥复合材料及其制备方法，涉及医疗材料技术领域。其包括：固相组分和液相组分，所述固相组分和液相组分的质量比为2：1；其中，固相组分包括：甲基丙烯酸甲酯共聚物、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯‑亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊，在所述固相组分中，甲基丙烯酸甲酯共聚物的质量分数为70‑90％、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯‑亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的质量分数为10‑30％；液相组分包括甲基丙烯酸甲酯。本发明的骨水泥复合材料原料生物安全性高，石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯‑亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊自身的稳定性高，与丙烯酸树脂骨水泥结合性好，能有效减少组织热损伤，增加丙烯酸酯类聚合物骨水泥在人体使用的安全性。

Description

一种骨水泥复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及医疗材料技术领域，具体涉及一种骨水泥复合材料及其制备方法。
背景技术
丙烯酸树脂骨水泥在骨科的应用已经有50多年的历史，包括全关节置换、椎体成形术、骨缺损重建、感染性病变治疗等。但在临床应用中，甲基丙烯酸甲酯单体毒性、放热性强、体内不会降解、机械强度过大等副作用逐渐显现。这些情况会导致心脏骤停、血压降低、神经根或脊髓侧枝损伤、永久性异物残留，甚至死于骨水泥植入综合症。其中，丙烯酸树脂骨水泥单体聚合产生的强放热可导致局部瞬态温度升高，刺激机体产生炎症反应，引起了一系列的血流动力学改变。局部瞬时高温还会对周围组织造成热损伤，直接导致骨水泥周围的骨坏死与植入体松动。
目前，改善丙烯酸树脂固化过程强放热性的方法有：一是在丙烯酸树脂骨水泥粉体中加入具有生物活性的纳米颗粒，如氧化镁、羟基磷灰石、二氧化硅等。此方法利用了纳米颗粒的高比表面积特点，有助于热量的快速扩散。二是将甲基丙烯酸甲酯与N-甲基吡咯烷酮或者丙烯酸共交联对甲基丙烯酸甲酯单体进行改性来降低聚合放热，但这些方法能达到的效果有限。因此目前多采用相变材料，通过在相变过程中能够大量吸热却不升高温度，来降低丙烯酸树脂骨水泥的热效应，减小组织的热损伤。但相变材料自身存在稳定性差，与丙烯酸树脂骨水泥结合性不好的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种骨水泥复合材料及其制备方法，以解决现有相变材料自身存在稳定性差，与丙烯酸树脂骨水泥结合性不好的的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种骨水泥复合材料，包括：固相组分和液相组分，所述固相组分和液相组分的质量比为2：1；
其中，所述固相组分包括：甲基丙烯酸甲酯共聚物、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊，在所述固相组分中，甲基丙烯酸甲酯共聚物的质量分数为70-90％、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的质量分数为10-30％；
所述液相组分包括甲基丙烯酸甲酯。
需要说明的是，本申请中的聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺，即聚(甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺)，为甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺共聚物。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的制备方法包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯、石蜡和交联剂加水混合后，在40-60℃下水浴加热，以3000-8000rpm转速下搅拌10-60min后，加入乳化剂在3000-8000rpm转速下继续搅拌剪切乳化0.5-1.5h；优选地，将甲基丙烯酸甲酯、石蜡和交联剂加水混合后，搅拌反应时间为10-20min。
(2)升温至65-80℃，加入引发剂后，以400-600rpm转速继续反应4-6h；
(3)待反应完成后，用40-60℃温水抽滤、洗涤后，经冷冻干燥后得到石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊；
其中，甲基丙烯酸甲酯、石蜡、交联剂和引发剂加入的质量比为1：(1/3-3)：(0.2-0.6)：(0.005-0.05)；石蜡与乳化剂的加入的质量比为1：(0.05-0.6)。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述固相组分还包括质量分数为10-15％的石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊的制备过程包括：
(1)分别制备石蜡溶液、明胶溶液和透明质酸溶液，将三者进行混合，在40-60℃下水浴加热，以3000-8000rpm转速下搅拌10-60min后，加入乳化剂在3000-8000rpm转速下继续搅拌0.5-1.5h；优选地，石蜡溶液、明胶溶液和透明质酸溶液搅拌反应时间为10-20min；
(2)升温至65-80℃，加入引发剂后，以400-600rpm继续反应4-6h；
(3)待反应完成后，用40-60℃温水抽滤、洗涤后，经冷冻干燥后得到石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊；
其中，明胶、透明质酸、石蜡、交联剂和引发剂加入的质量比为1：(0.5-1)：(1/3-3)：(0.2-0.6)：(0.005-0.05)；石蜡和乳化剂的加入质量比为1：(0.05-0.6)。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，所述乳化剂为曲拉通X-100；所述引发剂为过氧化二苯甲酰。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊还包括二氧化硅凝胶，明胶与二氧化硅凝胶加入的质量比为1：(0.5-0.8)。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述二氧化硅凝胶的加入步骤为：在步骤(2)中，在加入引发剂前加入二氧化硅凝胶溶液。
上述的骨水泥复合材料的制备方法，包括以下步骤：将固相组分中的甲基丙烯酸甲酯共聚物、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊充分混合均匀后，与液相组分混合得到骨水泥复合材料。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述固相组分混合环境条件：温度为21-25℃；湿度为40-60°。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的骨水泥复合材料原料生物安全性高，石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊自身的稳定性高，与丙烯酸树脂骨水泥结合性好，能有效减少组织热损伤，增加丙烯酸酯类聚合物骨水泥在人体使用的安全性。
2、本发明采用亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，它和甲基丙烯酸甲酯自由基相互作用，在聚合物分子链之间形成桥键，形成立体的空间网状结构，可以很大程度提高聚合物的稳定性。聚合物越稳定，形成的相变微胶囊核壳结构就更加稳定，进而提高骨水泥复合材料的稳定性，形成相变微胶囊为球状结构的聚合物，其吸附性得到提高能促进与丙烯酸树脂骨水泥结合性。并且通过相变微胶囊中的石蜡就可以在很大程度上得到包裹严密的保证，提高生物安全性。
3、本发明还通过加入石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊，其成分的生物相容性好，且安全性高。明胶生物相容性好、无毒性反应、易降解、能被生物体代谢。透明质酸是酸性粘多糖，具有独特的分子结构和理化性质，能在机体内显示出多种重要的生理功能，可促进创伤愈合。通过加入石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊，既能提高骨水泥复合材料的抗压强度，增强与丙烯酸树脂骨水泥结合性，还能改善骨水泥的自粘性、抗溃散性，可促进细胞的黏附、增殖、分化。并且还加入二氧化硅凝胶，还具有相变调温的效果，可与石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊共同作用，进一步减少组织热损伤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实施例6中的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊进行扫描电镜图；
图2为石蜡和实施例6中的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的差示扫描量热法测得的DSC图；
图3为甲基丙烯酸甲酯、石蜡和实施例6中的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的红外谱图
图4为实施例6、8、9、10、13以及对照例制得的骨水泥复合材料在固化过程中温度随时间变化的曲线图；
图5为实施例6、8、9及对照例制得骨水泥复合材料的应力-应变曲线图；
图6为实施例6、8、9及对照例制得骨水泥复合材料的压缩模量图；
图7为实施例6、8、9及对照例制得骨水泥复合材料的压缩强度图；
图8为实施例6、8、9以及对照例制得骨水泥复合材料的截断截面图。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，在本发明的下面实施例中，交联剂可替换成：二甲基丙烯酸乙二醇酯，其英文简写为EGDMA。其中，石蜡的英文名为Paraffin，聚甲基丙烯酸甲酯的英文简写为PMMA。在骨水泥复合材料中，通常还加入硫酸钡作为显影剂，用于X光检查。
实施例1：
本实施例的骨水泥复合材料，包括：固相组分和液相组分，固相组分和液相组分的质量比为2：1；
其中，固相组分包括：甲基丙烯酸甲酯共聚物、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊，在固相组分中，甲基丙烯酸甲酯共聚物的质量分数为70％、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的质量分数为30％；液相组分包括甲基丙烯酸甲酯。
其中，石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺变微胶囊的制备方法包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯、石蜡和交联剂加水混合后，在40℃下水浴加热，以3000rpm转速下搅拌后10min，加入乳化剂在3000rpm转速下继续搅拌剪切乳化0.5h；
(2)升温至65℃，加入引发剂以400rpm转速继续反应4h；
(3)待反应完成后，用40℃温水抽滤、洗涤后，经冷冻干燥后得到石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊；
其中，甲基丙烯酸甲酯、石蜡、交联剂和引发剂加入的质量比为1：1/3：0.2：0.005；石蜡和乳化剂加入的质量比为1:0.05。交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；所述乳化剂为曲拉通X-100；所述引发剂为过氧化二苯甲酰。
本实施例的骨水泥复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将固相组分中的甲基丙烯酸甲酯共聚物和石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊充分混合均匀后，与液相组分混合得到骨水泥复合材料。
其中，固相组分混合环境条件：温度为21℃；湿度为40°。
实施例2：
本实施例的骨水泥复合材料，包括：固相组分和液相组分，固相组分和液相组分的质量比为2：1；
其中，固相组分包括：甲基丙烯酸甲酯共聚物、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊，在固相组分中，甲基丙烯酸甲酯共聚物的质量分数为80％、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的质量分数为20％；
液相组分包括甲基丙烯酸甲酯。
其中，石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的制备方法包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯、石蜡和交联剂加水混合后，在50℃下水浴加热，以5000rpm转速下搅拌15min后，加入乳化剂在5000rpm转速下继续搅拌剪切乳化1h；
(2)升温至70℃，加入引发剂，以500rpm转速继续反应5h；
(3)待反应完成后，用50℃温水抽滤、洗涤后，经冷冻干燥后得到石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊；
其中，甲基丙烯酸甲酯、石蜡、交联剂和引发剂加入的质量比为1：1/2：0.4：0.01；石蜡和乳化剂加入的质量比为1：0.1。交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；所述乳化剂为曲拉通X-100；所述引发剂为过氧化二苯甲酰。
本实施例的骨水泥复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将固相组分中的甲基丙烯酸甲酯共聚物和石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊充分混合均匀后，与液相组分混合得到骨水泥复合材料。
其中，固相组分混合环境条件：温度为23℃；湿度为50°。
实施例3：
本实施例的骨水泥复合材料，包括：固相组分和液相组分，固相组分和液相组分的质量比为2：1；
其中，固相组分包括：甲基丙烯酸甲酯共聚物、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊，在固相组分中，甲基丙烯酸甲酯共聚物的质量分数为90％、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的质量分数为10％；
液相组分包括甲基丙烯酸甲酯。
其中，石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的制备方法包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯、石蜡和交联剂加水混合后，在60℃下水浴加热，以8000rpm转速下搅拌20min后，加入乳化剂在8000rpm转速下继续搅拌剪切乳化1.5h；
(2)升温至75℃，加入引发剂，以600rpm转速继续反应6h；
(3)待反应完成后，用60℃温水抽滤、洗涤后，经冷冻干燥后得到石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊；
其中，甲基丙烯酸甲酯、石蜡、交联剂和引发剂加入的质量比为1：1：0.6：0.03；石蜡与乳化剂加入的质量比为1:0.3。交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；所述乳化剂为曲拉通X-100；所述引发剂为过氧化二苯甲酰。
本实施例的骨水泥复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将固相组分中的甲基丙烯酸甲酯共聚物和石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊充分混合均匀后，与液相组分混合得到骨水泥复合材料。
其中，固相组分混合环境条件：温度为25℃；湿度为60°。
实施例4：
本实施例的骨水泥复合材料，包括：固相组分和液相组分，固相组分和液相组分的质量比为2:1；
其中，固相组分包括：甲基丙烯酸甲酯共聚物、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊，在固相组分中，甲基丙烯酸甲酯共聚物的质量分数为90％石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的质量分数为10％；
液相组分包括甲基丙烯酸甲酯。
其中，石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的制备方法包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯、石蜡和交联剂加水混合后，在50℃下水浴加热，以8000rpm转速下搅拌15min后，加入乳化剂在8000rpm转速下继续搅拌剪切乳化1h；
(2)升温至80℃，加入引发剂，以600rpm转速继续反应6h；
(3)待反应完成后，用50℃温水抽滤、洗涤后，经冷冻干燥后得到石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊；
其中，甲基丙烯酸甲酯、石蜡、交联剂和引发剂加入的质量比为1：2：0.4：0.05，又石蜡和乳化剂的加入质量比为1：0.6。交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；所述乳化剂为曲拉通X-100；所述引发剂为过氧化二苯甲酰。
本实施例的骨水泥复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将固相组分中的甲基丙烯酸甲酯共聚物和石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊充分混合均匀后，与液相组分混合得到骨水泥复合材料。
其中，固相组分混合环境条件：温度为23℃；湿度为50°。
实施例5：
本实施例的骨水泥复合材料，包括：固相组分和液相组分，固相组分和液相组分的质量比为2:1；
其中，固相组分包括：甲基丙烯酸甲酯共聚物、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊，在固相组分中，甲基丙烯酸甲酯共聚物的质量分数为90％石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的质量分数为10％；
液相组分包括甲基丙烯酸甲酯。
其中，石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的制备方法包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯、石蜡和交联剂加水混合后，在50℃下水浴加热，以8000rpm转速下搅拌15min后，加入乳化剂在8000rpm转速下继续搅拌剪切乳化1h；
(2)升温75℃，加入引发剂，以600rpm转速继续反应6h；
(3)待反应完成后，用50℃温水抽滤、洗涤后，经冷冻干燥后得到石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊；
其中，甲基丙烯酸甲酯、石蜡、交联剂和引发剂加入的质量比为1：1：0.4：0.03，又石蜡和乳化剂的加入质量比为1：0.3。交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；所述乳化剂为曲拉通X-100；所述引发剂为过氧化二苯甲酰。
本实施例的骨水泥复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将固相组分中的甲基丙烯酸甲酯共聚物和石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊充分混合均匀后，与液相组分混合得到骨水泥复合材料。
其中，固相组分混合环境条件：温度为23℃；湿度为50°
实施例6
本实施例的骨水泥复合材料的制备方法与实施例5相同，区别在于骨水泥复合材料配方不同，具体为固相组分质量分数为80％的甲基丙烯酸甲酯共聚物，20％的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊。
实施例7
本实施例的骨水泥复合材料，包括：固相组分和液相组分，固相组分和液相组分的质量比为2:1；
其中，固相组分包括：甲基丙烯酸甲酯共聚物、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊，在固相组分中，甲基丙烯酸甲酯共聚物的质量分数为90％石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的质量分数为10％；
液相组分包括甲基丙烯酸甲酯。
其中，石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的制备方法包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯、石蜡和交联剂加水混合后，在50℃下水浴加热，以8000rpm转速下搅拌15min后，加入乳化剂在8000rpm转速下继续搅拌剪切乳化1h；
(2)升温75℃，加入引发剂，以600rpm转速继续反应6h；
(3)待反应完成后，用50℃温水抽滤、洗涤后，经冷冻干燥后得到石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊；
其中，甲基丙烯酸甲酯、石蜡、交联剂和引发剂加入的质量比为1：1/2：0.4：0.03，又石蜡和乳化剂的加入质量比为1：0.3。交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；所述乳化剂为曲拉通X-100；所述引发剂为过氧化二苯甲酰。
本实施例的骨水泥复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将固相组分中的甲基丙烯酸甲酯共聚物和石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊充分混合均匀后，与液相组分混合得到骨水泥复合材料。
其中，固相组分混合环境条件：温度为23℃；湿度为50°
实施例8
本实施例的骨水泥复合材料的制备方法与实施例7相同，区别在于骨水泥复合材料配方不同，具体为固相组分质量分数为80％的甲基丙烯酸甲酯共聚物，20％的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊。
实施例9
本实施例的骨水泥复合材料的制备方法与实施例7相同，区别在于骨水泥复合材料配方不同，具体为固相组分质量分数为70％的甲基丙烯酸甲酯共聚物，30％的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊。
实施例10：
本实施例的骨水泥复合材料的制备方法与实施例5相同，区别在于骨水泥复合材料配方不同，具体为固相组分中，质量分数为75％的甲基丙烯酸甲酯共聚物的、质量分数为15％的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的和质量分数为10％的石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊。
其中，石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊的制备过程包括：
(1)分别制备石蜡溶液、明胶溶液和透明质酸溶液，将三者进行混合，在40℃下水浴加热，以3000rpm转速下搅拌10min后，加入乳化剂在3000rpm转速下继续搅拌剪切乳化0.5h；
(2)升温至65℃，加入引发剂，以400rpm继续反应4h；
(3)待反应完成后，用40-60℃温水抽滤、洗涤后，经冷冻干燥后得到石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊；
其中，明胶、透明质酸、石蜡、交联剂和引发剂加入的质量比为1：0.5：1/3：0.2：0.005；石蜡与乳化剂的加入量的质量比为1：0.05。交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；所述乳化剂为曲拉通X-100；引发剂为过氧化二苯甲酰。
实施例11：
本实施例的骨水泥复合材料的制备方法与实施例6相同，区别在于骨水泥复合材料配方不同，具体为在固相组分，质量分数为70％的甲基丙烯酸甲酯共聚物的、质量分数为18％的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯相变微胶囊的和质量分数为12％的石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊。
其中，石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊的制备过程包括：
(1)分别制备石蜡溶液、明胶溶液和透明质酸溶液，将三者进行混合，在50℃下水浴加热，以5000rpm转速下搅拌15min后，加入乳化剂在5000rpm转速下继续搅拌剪切乳化1h；
(2)升温至75℃，加入引发剂，以500rpm继续反应5h；
(3)待反应完成后，用50℃温水抽滤、洗涤后，经冷冻干燥后得到石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊；
其中，明胶、透明质酸、石蜡、交联剂和引发剂加入的质量比为1：0.75：1：0.4：0.01；石蜡与乳化剂的加入量的质量比为1：0.2。交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；所述乳化剂为曲拉通X-100；引发剂为过氧化二苯甲酰。
实施例12
本实施例的骨水泥复合材料的制备方法与实施例9相同，区别在于骨水泥复合材料配方不同，具体为固相组分质量分数为70％的甲基丙烯酸甲酯共聚物的、质量分数为15％的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯相变微胶囊的和质量分数为15％的石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊。
其中，石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊的制备过程包括：
(1)分别制备石蜡溶液、明胶溶液和透明质酸溶液，将三者进行混合，在60℃下水浴加热，以8000rpm转速下搅拌20min后，加入乳化剂在8000rpm转速下继续搅拌剪切乳化1.5h；
(2)升温至80℃，加入引发剂，以600rpm继续反应6h；
(3)待反应完成后，用60℃温水抽滤、洗涤后，经冷冻干燥后得到石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊；
其中，明胶、透明质酸、石蜡、交联剂和引发剂加入的质量比为1：1：3：0.6：0.05；石蜡与乳化剂的加入量的质量比为1：0.6。交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；所述乳化剂为曲拉通X-100；引发剂为过氧化二苯甲酰。
实施例13
本实施例的骨水泥复合材料的制备方法与实施例10相同，区别在于骨水泥复合材料配方不同，具体为石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊还包括二氧化硅凝胶，明胶与二氧化硅凝胶加入的质量比为1：0.5。石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊制备过程的步骤(2)中，在加入引发剂前加入二氧化硅凝胶溶液。
实施例14
本实施例的骨水泥复合材料的制备方法与实施例11相同，区别在于骨水泥复合材料配方不同，具体为石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊还包括二氧化硅凝胶，明胶与二氧化硅凝胶加入的质量比为1：0.7。石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊制备过程的步骤(2)中，在加入引发剂前加入二氧化硅凝胶溶液。
实施例15
本实施例的骨水泥复合材料的制备方法与实施例12相同，区别在于骨水泥复合材料配方不同，具体为石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊还包括二氧化硅凝胶，明胶与二氧化硅凝胶加入的质量比为1：0.8。石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊制备过程的步骤(2)中，在加入引发剂前加入二氧化硅凝胶溶液。
对照例
本对照例的骨水泥复合材料的制备方法与实施例1相同，区别在于骨水泥复合材料配方不同，具体为配方中未添加石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊。
其中，骨水泥复合材料混合环境条件：温度为23℃；湿度为50°
结果分析1
对实施例6制得的骨水泥复合材料中的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊进行扫描电镜观察，结果如图1所示；从图像中可以看出制得的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊具有簇状结构，从分散出来的单个微胶囊可以看出，其呈现出近似球形外观，外表面较为粗糙，粒径约分布在0.5-5μm之间。
对实施例6制得的骨水泥复合材料中的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊与原材料石蜡进行热分析，结果如图2所示；从DSC曲线中可以看出制得的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊与石蜡具有相同的熔融温度点53.7℃，表明实施例6中制得的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊含有石蜡成分。
对实施例6制得的骨水泥复合材料中的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊与甲基丙烯酸甲酯和石蜡分别进行傅里叶红外分析，结果如图3所示；从FTIR曲线中可以看出：石蜡中存在属于C-H的特征峰2920cm-1、2850cm-1和1470cm-1，甲基丙烯酸甲酯中存在属于C-O和C＝O的特征峰为1150cm-1和1730cm-1，而在实施例6制得的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯相变微胶囊中还存在属于N-H和C-N键的1530cm-1、3270cm-1和1205cm-1以及属于C＝O的1660cm-1。上述结果说明了在实施例6制得的石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊在制备的过程中甲基丙烯酸甲酯与亚甲基双丙烯酰胺发生交联反应并将石蜡包裹其中形成核壳结构。
结果分析2
对实施例6、8、9、10、13以及对照例制得的骨水泥复合材料固化过程监测，其结果如表1和图4所示：
表1：实施例和对照例的骨水泥复合材料的最高温度和固化时间
Figure GDA0003175305470000151
图4代表了骨水泥复合材料在固化过程中温度变化的趋势，表1具体罗列出了各组复合型骨水泥在固化过程中所达到的最高温度以及固化时间。由表1可知对照例不添加相变微胶囊的丙烯酸树骨水泥复合材料的最高温度为59.1℃，固化时间为12.1min，在添加了相变微胶囊的骨水泥复合材料的实施例中，最高温度均有显著降低以及固化时间有显著升高。特别是实施例6中，最高温度为37.6℃，接近于人体自身温度，并且其固化时间也满足临床需求。
本申请的其他实施例11-12以及14-15测试的最高温度和固化时间分别与实施例10和实施例13近似，同样低于对照例的最高温度。
对实施例6、8、9以及对照例制得骨水泥复合材料进行力学压缩强度和压缩模量测试，结果如图5、图6和图7所示；由图6和图7可知，对照例骨水泥复合材料的压缩强度为92.7MPa，压缩模量为1225MPa；实施例6的骨水泥复合材料的压缩强度为41.6MPa，压缩模量为474MPa；实施例8的骨水泥复合材料的压缩强度为48.8MPa，压缩模量为478MPa；实施例9的骨水泥复合材料的压缩强度为33.2MPa，压缩模量为340MPa。与不添加相变微胶囊的丙烯酸树脂骨水泥的对照例相比，本发明的骨水泥复合材料的压缩强度和压缩模量均显著降低。人体松质骨的压缩强度为1-7MPa，压缩模量为50-800MPa，本发明的骨水泥复合材料满足人体松质骨的力学性能。在对实施例10-15制得的骨水泥复合材料进行力学压缩强度和压缩模量测试结果中，其压缩强度为30-50MPa，压缩模量为250-350MPa。
对实施例6、8、9以及对照例制得的骨水泥复合材料进行截断界面进行形貌分析，如图8所示，对照例的骨水泥表面光滑，甲基丙烯酸甲酯在聚合反应以后形成了一个连续相。虽然复合型骨水泥的界面存在有些许的孔洞，有些是聚合反应放热产生的气孔，有些是因加入的相变微胶囊导致的，且加入量越大形成的孔洞越多，这些形成的孔洞可以降低骨水泥内部的温度和压缩强度，更能满足人体医疗材料使用的要求。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种骨水泥复合材料，其特征在于，包括：固相组分和液相组分，所述固相组分和液相组分的质量比为2：1；
其中，所述固相组分包括：甲基丙烯酸甲酯共聚物、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊和石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊，在所述固相组分中，甲基丙烯酸甲酯共聚物的质量分数为70-80％、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的质量分数为10-20％和石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊的质量分数为10-15％；
所述液相组分包括甲基丙烯酸甲酯；
所述石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊的制备方法包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸甲酯、石蜡和交联剂加水混合后，在40-60℃下水浴加热，以3000-8000rpm转速下搅拌10-60min后，加入乳化剂在3000-8000rpm转速下继续搅拌剪切乳化0.5-1.5h；
(2)升温至65-80℃，加入引发剂，以400-600rpm转速下继续反应4-6h；
(3)待反应完成后，用40-60℃温水抽滤、洗涤后，经冷冻干燥后得到石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊；
其中，甲基丙烯酸甲酯、石蜡、交联剂和引发剂加入的质量比为1：(1/3-3)：(0.2-0.6)：(0.005-0.05)；石蜡和乳化剂的加入的质量比为1：(0.05-0.6)。
2.据权利要求1所述的骨水泥复合材料，其特征在于，所述石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊的制备过程包括：
(1)分别制备石蜡溶液、明胶溶液和透明质酸溶液，将三者进行混合，在40-60℃下水浴加热，以3000-8000rpm转速下搅拌剪切乳化10-60min后，加入乳化剂在3000-8000rpm转速下继续搅拌剪切乳化0.5-1.5h；
(2)升温至65-80℃，加入引发剂，以400-600rpm转速继续反应4-6h；
(3)待反应完成后，用40-60℃温水抽滤、洗涤后，经冷冻干燥后得到石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊；
其中，明胶、透明质酸、石蜡、交联剂和引发剂加入的质量比为1：(0.5-1)：(1/3-3)：(0.2-0.6)：(0.005-0.05)；石蜡和乳化剂的加入量为1：(0.05-0.6)。
3.根据权利要求1或2所述的骨水泥复合材料，其特征在于，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；所述乳化剂为曲拉通X-100；所述引发剂为过氧化二苯甲酰。
4.根据权利要求2所述的骨水泥复合材料，其特征在于，所述石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊还包括二氧化硅凝胶，明胶与二氧化硅凝胶加入的质量比为1：(0.5-0.8)。
5.根据权利要求4所述的骨水泥复合材料，其特征在于，所述二氧化硅凝胶的加入步骤为：在加入引发剂前加入二氧化硅凝胶溶液。
6.权利要求1-5任一项所述的骨水泥复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将固相组分中的甲基丙烯酸甲酯共聚物、石蜡/聚甲基丙烯酸甲酯-亚甲基双丙烯酰胺相变微胶囊和石蜡/明胶/透明质酸相变微胶囊充分混合均匀后，与液相组分混合得到骨水泥复合材料。
7.根据权利要求6所述的骨水泥复合材料的制备方法，其特征在于，所述固相组分混合环境条件：温度为21-25℃；湿度为40-60°。
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