CN112245649B

CN112245649B - 一种骨科复合粘合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN112245649B
Application number: CN202011119371.3A
Authority: CN
Inventors: 李闯; 傅尧
Original assignee: Hefei Zhongke Zhiyuan Biotechnology Co ltd
Current assignee: Hefei Zhongke Zhiyuan Biotechnology Co.,Ltd.
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2040-10-19
Also published as: CN112245649A

Abstract

本发明公开一种骨科复合粘合材料，涉及医疗材料技术领域，本发明包括固体组分和液体组分，所述固体组分包括聚甲基丙烯酸甲酯、呋喃基芳香聚酰胺、造影剂和引发剂；所述液体组分包括甲基丙烯酸甲酯。本发明还提供上述骨科复合粘合材料的制备方法。本发明的有益效果在于：本发明的骨科医用复合粘合材料原料中混入一定比例的呋喃基芳香聚酰胺材料，属于生物基材料，生物安全性高，具有较好的生物活性、能有效减少组织热损伤，放热温度低于60℃，且具有优异的抗菌性能。

Description

一种骨科复合粘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，具体涉及一种骨科复合粘合材料及其制备方法。

背景技术

丙烯酸树脂粘合材料在骨科的应用已经有50多年的历史，常规聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粘合材料包括一份粉剂(PMMA粉末、显影剂、催化剂，部分含有着色剂和抗生素成分)和一份液剂(MMA、促进剂、阻聚剂，部分含有着色剂)，使用时将粉剂和液剂混合并搅拌，然后通过器械将骨科粘合材料传送或导入至所需部位，混合物经过粥状期、粘丝期、面团期、固化期后固化定型，起到骨填充、关节假体固定等作用。

PMMA粘合材料是关节置换和椎体强化术中最为常用的骨科粘合材料。在人工全髋关节置换术中，骨科粘合材料的主要作用是填充股骨髓腔、固定人工关节假体和分散应力。在经皮椎体成形术和经皮球囊扩张椎体后凸成形术中，骨科粘合材料被注射到骨质疏松性椎体压缩骨折患者的椎体中，能迅速缓解疼痛，并起到增加椎体强度和稳定性、防止塌陷和恢复椎体高度的作用。

但传统的PMMA粘合材料作为填充材料和固定假体由于生物相容性差，不能与骨组织牢固连接，导致松动和下沉，问题日趋突出，如公开号为CN103800946A的专利公开矿化胶原复合骨粘合及填充材料，以解决现有的PMMA骨水泥硬度太大、生物相容性不佳的问题，但现有的丙烯酸类粘合材料聚合时释放大量的热量，局部温度甚至可能高达90℃以上，能将周围的活组织细胞杀死；另外，传统的聚甲基丙烯酸甲酯粘合材料不具备生物活性，长期植入容易引起感染，抗菌性能差。因此，通过改性和制备骨科医用复合粘合材料对临床使用效果更为显著，应用前景更为巨大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有的骨科复合粘合材料聚合时释放大量的热量、抗菌性能差。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种骨科复合粘合材料，包括固体组分和液体组分，所述固体组分包括聚甲基丙烯酸甲酯、呋喃基芳香聚酰胺、造影剂和引发剂；所述液体组分包括甲基丙烯酸甲酯。

有益效果：本发明的骨科医用复合粘合材料原料中混入一定比例的呋喃基芳香聚酰胺材料，属于生物基材料，生物安全性高，具有较好的生物活性、能有效减少组织热损伤，放热温度低于60℃，且具有优异的抗菌性能。

优选地，所述固体组分中聚甲基丙烯酸甲酯的质量分数为70-95％，呋喃基芳香聚酰胺的质量分数为5-30％。

有益效果：当呋喃基芳香聚酰胺的掺入量少于5％，骨科粘合材料的抑菌效果差，当呋喃基芳香聚酰胺的掺入量高于30％，会影响骨科粘合材料临床使用的可注射性。

优选地，所述固体组分的质量与液体组分体积比为1-2g:1mL。

有益效果：比例低于这个范围，液剂过量，再聚合不完全会增加毒性风险；比例高于这个范围，固体量偏高，粘稠度大可注射性差。

优选地，所述造影剂为硫酸钡，所述硫酸钡的加入量为聚甲基丙烯酸甲酯、呋喃基芳香聚酰胺总量的10-30％。

优选地，所述引发剂为过氧化苯甲酰，所述过氧化苯甲酰的加入量为聚甲基丙烯酸甲酯和呋喃基芳香聚酰胺总量的0.2-2％。

优选地，所述液体组分中还包括N,N-二甲基对甲苯胺，所述N,N-二甲基对甲苯胺的体积为甲基丙烯酸甲酯体积的0.5％。

优选地，所述呋喃基芳香聚酰胺衍生自包含取代或未取代呋喃二甲酸或其衍生物的二酸单体与包含取代或未取代4,4'-二氨基二苯醚或其衍生物的二胺单体，并且因此包含具有下式(1)的重复单元：

在式(1)中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉和R₁₀各自独立地是H或C1-6烷基；

其中，所述呋喃基芳香聚酰胺的数均分子量大于200000。

优选地，所述呋喃基芳香聚酰胺具有下式(2)的结构：

在式(2)中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉和R₁₀各自独立地是H或C1-6烷基，并且n为700～2000。

优选地，所述呋喃二甲酸的衍生物为呋喃二甲酰氯；所述二酸单体还包含二酸共聚单体，所述二酸共聚单体选自对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、1,9-萘二甲酸、1,3,5苯三甲酸、己二酸、壬二酸、十二烷二酸、琥珀酸、马来酸和柠檬酸中的一种或多种；

所述二胺单体还包含二胺共聚单体，所述二胺共聚单体选自对苯二胺、间苯二胺、3,3′-二甲基联苯胺、2,3-二氨基甲苯、4,4-二氨基二苯甲烷、4,4-二氨基二苯砜、3,4-二氨基二苯醚、3,3′-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷、3,3′-二甲基-4,4′-二氨基二苯甲烷、2,4-二氨基甲苯、乙二胺、己二胺、1,3-丙二胺、N,N-二甲基乙二胺、1,4-丁二胺、1,2-环己二胺和癸二胺中的一种或多种。

优选地，所述呋喃基芳香聚酰胺具有下式(3)、(4)或(5)的结构：

在式(3)中，n为700～2000；

在式(4)中，m＞1，k＞1并且m+k＝700～2000；

在式(5)中，m＞1，k＞1并且m+k＝700～2000。

本发明还提供上述骨科复合粘合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚甲基丙烯酸甲酯、呋喃基芳香聚酰胺混合，制得固体组分；

(2)将步骤(1)中的固体组分与甲基丙烯酸甲酯混合，即制得骨科医用复合粘合材料。

优选地，所述步骤(1)中聚甲基丙烯酸甲酯、呋喃基芳香聚酰胺混合温度为21-25℃，湿度为40-60％。

有益效果：再聚合反应过程受环境温度的影响，环境温度高于25℃，再聚合速率过快，骨水泥临床使用的可操作时间缩短；温度低于21℃，再聚合速率过慢，增加手术时间，临床治疗风险增加。

优选地，所述步骤(2)中固体组分与液体组分混合8-15min。

本发明的优点在于：本发明的骨科医用复合粘合材料原料中混入一定比例的呋喃基芳香聚酰胺材料，属于生物基材料，生物安全性高，具有较好的生物活性。

本发明的骨科医用复合粘合材料原料中混入的呋喃基芳香聚酰胺具有优异的热稳定性和力学性能，是较好的生物吸能材料，与丙烯酸树脂骨科粘合材料结合性好，能有效减少组织热损伤，放热温度低于60℃，保证聚合时放热温度不破坏骨组织细胞，最大限度的保留其生物活性成分，增加丙烯酸酯类聚合物骨粘合材料在人体使用的安全性。

本发明的骨科医用复合粘合材料原料中混入一定比例的呋喃基芳香聚酰胺材料，具有优异的抗菌性能，与聚甲基丙烯酸甲酯材料混合后明显增强了复合医用粘合材料的抗菌性能，能够有效防治长期植入感染。同时本发明制备方法简单。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

实施例1

骨科复合粘合材料，包括固体组分和液体组分，固体组分和液体组分的质量比为2:1。固体组分包括16.2g聚甲基丙烯酸甲酯(90wt％)、1.8g呋喃基芳香聚酰胺粉末(10wt％)、2g硫酸钡(BaSO₄)、0.1g过氧化苯甲酰(BPO)；液体组分包括10mL甲基丙烯酸甲酯、50uL N,N-二甲基对甲苯胺(Dmpt)，本实施例中呋喃基芳香聚酰胺粉末采用公开号为CN110256668A的专利申请说明书实施例1中的高分子量呋喃基聚酰胺。其中硫酸钡作为造影剂，起造影作用，过氧化苯甲酰，属于引发剂，用于引发使用过程中的再次聚合反应。N,N-二甲基对甲苯胺催化BPO产生自由基，属于激发剂。本实施例中聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为32万。

骨科复合粘合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚甲基丙烯酸甲酯、硫酸钡、过氧化苯甲酰混合后干燥，然后加入呋喃基芳香聚酰胺粉末混合，研磨后，使各组分混合更加均匀，即为固体组分；

(2)量取10mL甲基丙烯酸甲酯、加入50uL Dmpt混合均匀后，经过滤灭菌得到液体组分；

(3)将步骤(1)中的固体组分与步骤(2)的液体组分按质量mg/体积mL比为2混合，于温度为25℃，湿度为50％条件下静置3min后固化8min获得成型的具有生物活性和抗菌性能的骨科医用复合粘合材料。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：聚甲基丙烯酸甲酯的质量为17.1g(95wt％)，呋喃基芳香聚酰胺粉末的质量为0.9g(0.05wt％)。

于温度为23℃，湿度为40％条件下静置3min后固化10min获得成型的具有生物活性和抗菌性能的骨科医用复合粘合材料。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：于温度为21℃，湿度为60％条件下静置3min后固化15min获得成型的具有生物活性和抗菌性能的骨科医用复合粘合材料。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处在于：聚甲基丙烯酸甲酯的质量份数为80wt％，呋喃基芳香聚酰胺粉末的质量份数为20wt％。

实施例5

本实施例与实施例1的不同之处在于：聚甲基丙烯酸甲酯的质量份数为70wt％，呋喃基芳香聚酰胺粉末的质量份数为30wt％。

对比例

本对比例与实施例1的不同之处在于：固体组分为聚甲基丙烯酸甲酯。

实施例6

对实施例1-实施例5、对比例中的骨科复合粘合材料的性能进行测定。

测定结果如表1所示。

表1为实施例1-实施例5、对比例中的骨科复合粘合材料的性能测定结果

从表1可以看出，对比例中不添加呋喃基芳香聚酰胺的骨科医用复合粘合材料的最高温度为89.3℃，在添加了呋喃基芳香聚酰胺的骨科医用复合粘合材料的实施例中，最高温度均有显著降低。特别是实施例5中，最高温度为37.8℃，接近于人体自身温度，解决了骨科医用粘合材料临床使用聚合放热过高灼伤骨组织的风险，保证聚合时放热温度不破坏骨组织细胞，最大限度的保留其生物活性成分，增加丙烯酸酯类聚合物骨粘合材料在人体使用的安全性。

其次，添加呋喃基芳香聚酰胺的骨科医用复合粘合材料力学强度没有下降，并且降低了弹性模量，避免了单一的聚甲基丙烯酸甲酯骨粘合材料强度过高在体内骨应力传导不均带来的二次骨折隐患。

最后，通过抗菌实验表明，添加呋喃基芳香聚酰胺的骨科医用复合粘合材料具有非常优异的抗菌性能，能够有效防治长期植入感染问题。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种骨科复合粘合材料，其特征在于：包括固体组分和液体组分，所述固体组分包括聚甲基丙烯酸甲酯、呋喃基芳香聚酰胺、造影剂和引发剂；所述液体组分包括甲基丙烯酸甲酯。

2.根据权利要求1所述的骨科复合粘合材料，其特征在于：所述固体组分中聚甲基丙烯酸甲酯的质量分数为70-95％，呋喃基芳香聚酰胺的质量分数为5-30％。

3.根据权利要求2所述的骨科复合粘合材料，其特征在于：所述固体组分的质量与液体组分体积比为1-2g:1mL。

4.根据权利要求1所述的骨科复合粘合材料，其特征在于：所述造影剂为硫酸钡，所述硫酸钡的加入量为聚甲基丙烯酸甲酯、呋喃基芳香聚酰胺总量的10-30％。

5.根据权利要求1所述的骨科复合粘合材料，其特征在于：所述引发剂为过氧化苯甲酰，所述过氧化苯甲酰的加入量为聚甲基丙烯酸甲酯和呋喃基芳香聚酰胺总量的0.2-2％。

6.根据权利要求1所述的骨科复合粘合材料，其特征在于：所述液体组分中还包括N,N-二甲基对甲苯胺，所述N,N-二甲基对甲苯胺的体积为甲基丙烯酸甲酯体积的0.5％。

7.根据权利要求1所述的骨科复合粘合材料，其特征在于：所述呋喃基芳香聚酰胺具有下式(3)、(4)或(5)的结构：

在式(3)中，n为700～2000；

在式(4)中，m＞1，k＞1并且m+k＝700～2000；

在式(5)中，m＞1，k＞1并且m+k＝700～2000。

8.一种制备如权利要求1-7中任一项所述的骨科复合粘合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的骨科复合粘合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中聚甲基丙烯酸甲酯、呋喃基芳香聚酰胺混合温度为21-25℃，湿度为40-60％。

10.根据权利要求8所述的骨科复合粘合材料的制备方法，所述步骤(2)中固体组分与液体组分混合8-15min。