CN113769173A - 一种空心磷酸钙微球/丙三醇改性pmma骨水泥及其制备方法 - Google Patents

一种空心磷酸钙微球/丙三醇改性pmma骨水泥及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥及其制备方法，包括以下步骤：将钙盐溶液与磷酸盐溶液混合形成悬浊液，滴加植酸至悬浊液重新清亮，向其中加入尿素调节溶液pH值，然后升温反应，再收集沉淀，洗净后冻干，得到磷酸钙微球；将磷酸钙微球加入骨水泥粉剂中，混合均匀，得粉剂混合物；将丙三醇加入骨水泥液剂中，混合均匀，得液剂混合物；将粉剂混合物与液剂混合物混合均匀，制得磷酸钙微球改性PMMA骨水泥。该骨水泥可有效改善临床骨水泥生物活性差及PMMA弹性模量高易导致邻近锥体骨折发生的问题。

Description

一种空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于骨水泥领域，具体涉及一种空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥及其制备方法。
背景技术
随着我国医疗技术及经济的快速发展，人口与老龄化及健康意识的觉醒，各种退行性疾病就诊率明显增加，其中，骨质疏松性椎体压缩性骨折患者越来越多，逐渐成为困扰老年人身体健康的社会问题。对于这类患者，由于其本身年纪较大，一般状况较差、老年后带来的骨量减低、骨强度下降、骨脆性增加及骨愈合能力差等因素使其难以依靠自身修复功能达到恢复脊柱结构及功能完整性的要求。
目前，针对骨质疏松性椎体压缩性骨折的治疗，临床常用的方法有：(1)保守治疗：包括卧床休息、药物镇痛、支具外固定等。但是保守治疗无法纠正脊柱畸形，需长期卧床休息，容易引起其他相关并发症。(2)开放性手术：创伤大，且由于患者一般情况较差，往往没有手术条件，内固定装置也常常因严重的骨质疏松而松动失败。(3)微创手术：多采用PKP或PVP，在压缩性骨折的椎体内注入PMMA骨水泥，使椎体重新扩张，恢复脊柱结构与应力，快速缓解疼痛，早期恢复正常活动。
目前临床使用的PMMA骨水泥，存在以下几个问题：(1)固液聚合时释放高热，杀死骨水泥周围细胞，使骨再生修复过程受到抑制；(2)材料本身生物相容性差，存在一定的细胞毒性，抑制了周围成骨细胞的增殖；(3)在力学强度方面，其弹性模量较高，与人体椎体模量的差异易导致相邻椎体再发骨折；(4)对PMMA进行改性时，在降低弹性模量的同时压缩强度也大幅下降。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥及其制备方法，该骨水泥可有效改善临床骨水泥生物活性差及PMMA弹性模量高易导致邻近锥体骨折发生的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钙盐溶液与磷酸盐溶液混合形成悬浊液，滴加植酸至悬浊液重新清亮，向其中加入尿素调节溶液pH值，然后升温反应，再收集沉淀，洗净后冻干，得到磷酸钙微球；
(2)将步骤(1)中的磷酸钙微球加入骨水泥粉剂中，混合均匀，得粉剂混合物；
(3)将丙三醇加入骨水泥液剂中，混合均匀，得液剂混合物；
(4)将步骤(2)中的粉剂混合物与步骤(3)中的液剂混合物混合均匀，制得磷酸钙微球改性PMMA骨水泥。
进一步地，步骤(1)中钙盐溶液的摩尔浓度为0.05-0.2mol/L，钙盐与磷酸盐中的钙磷摩尔比为1.5-2:1。
进一步地，磷酸盐为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸钠、焦磷酸钠和磷酸氢二钠中的至少一种；所述钙盐为无水氯化钙或硝酸钙。
进一步地，步骤(1)中pH调节至9-10。
进一步地，步骤(1)中于130-170℃条件下反应1-3h。
进一步地，步骤(1)中于150℃条件下反应2h。
进一步地，步骤(2)中磷酸钙微球占粉剂混合物重量的8-12％。
进一步地，步骤(3)中丙三醇占液剂混合物体积的15-25％。
进一步地，步骤(4)中粉剂混合物与液剂混合物按照1.5-2.5:1的质量体积比混合均匀。
本发明所产生的有益效果为：
本申请中，将生物相容性好且具有优良成骨性能的磷酸钙空心微球分散至PMMA中，一方面，由于磷酸钙中空的微球结构，可降低PMMA的弹性模量，使该骨水泥的性能与人体正常骨骼接近；另一方面，磷酸钙材料具有优异的骨诱导性，可使骨水泥与周围组织牢固连接，避免在体内发生松动下沉。在骨水泥中加入丙三醇，有助于降低传统PMMA骨水泥弹性模量的同时保持PMMA的力学强度。
本发明中的磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥具有良好的促细胞增殖以及骨诱导性，保持力学强度的同时降低骨水泥弹性模量。
附图说明
图1为对比例1-3和实施例3中的骨水泥的电镜扫描图，a为对比例1中的骨水泥，b为对比例2中的骨水泥，c为对比例3中的骨水泥，d为实施例3中的骨水泥；
图2为对比例1-3和实施例3中的骨水泥的弹力模量检测统计图，1为对比例1中的骨水泥，2为对比例2中的骨水泥，3为对比例3中的骨水泥，4为实施例3中的骨水泥；
图3为对比例1-3和实施例3中的骨水泥与骨髓间充质干细胞共培养的活死细胞染色图，①为对比例1中的骨水泥，②为对比例2中的骨水泥，③为对比例3中的骨水泥，④为实施例3中的骨水泥；
图4为对比例1-3和实施例3中的骨水泥进行的细胞增殖情况统计图，①为对比例1中的骨水泥，②为对比例2中的骨水泥，③为对比例3中的骨水泥，④为实施例3中的骨水泥；
图5为对比例1-3和实施例3中的骨水泥进行细胞培养后茜素红染色图片，①为对比例1中的骨水泥，②为对比例2中的骨水泥，③为对比例3中的骨水泥，④为实施例3中的骨水泥。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
一种空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥，其制备方法包括以下步骤：
(1)将摩尔浓度为0.05mol/L的无水氯化钙溶液与磷酸氢二钠溶液混合形成悬浊液，两者的钙磷摩尔比为1.5:1，滴加植酸至悬浊液重新清亮，向其中加入尿素调节溶液pH值为9，然后升温至130℃反应1h，再收集沉淀，洗净后冻干，得到磷酸钙粉体；
(2)将步骤(1)中的磷酸钙粉体加入骨水泥粉剂中，混合均匀，得粉剂混合物，磷酸钙微球占粉剂混合物重量的8％；
(3)将丙三醇加入骨水泥液剂中，混合均匀，得液剂混合物，丙三醇占液剂混合物体积的15％；
(4)将步骤(2)中的粉剂混合物与步骤(3)中的液剂混合物混合均匀，制得改性骨水泥。
实施例2
一种空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥，其制备方法包括以下步骤：
(1)将摩尔浓度为0.2mol/L的硝酸钙溶液与磷酸二氢铵溶液混合形成悬浊液，两者的钙磷摩尔比为2:1，滴加植酸至悬浊液重新清亮，向其中加入尿素调节溶液pH值为10，然后升温至170℃反应2h，再收集沉淀，洗净后冻干，得到磷酸钙粉体；
(2)将步骤(1)中的磷酸钙粉体加入骨水泥粉剂中，混合均匀，得粉剂混合物，磷酸钙粉体占粉剂混合物重量的12％；
(3)将丙三醇加入骨水泥液剂中，混合均匀，得液剂混合物，丙三醇占液剂混合物体积的25％；
(4)将步骤(2)中的粉剂混合物与步骤(3)中的液剂混合物混合均匀，制得改性骨水泥。
实施例3
一种空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥，其制备方法包括以下步骤：
(1)将摩尔浓度为0.1mol/L的无水氯化钙溶液与磷酸氢二钠溶液混合形成悬浊液，两者的钙磷摩尔比为1.67:1，滴加植酸至悬浊液重新清亮，向其中加入尿素调节溶液pH值为9，然后升温至150℃反应2h，再收集沉淀，洗净后冻干，得到磷酸钙粉体；
(2)将步骤(1)中的磷酸钙粉体加入骨水泥粉剂中，混合均匀，得粉剂混合物，磷酸钙粉体占粉剂混合物重量的10％；
(3)将丙三醇加入骨水泥液剂中，混合均匀，得液剂混合物，丙三醇占液剂混合物体积的20％；
(4)将步骤(2)中的粉剂混合物与步骤(3)中的液剂混合物混合均匀，制得改性骨水泥。
对比例1
一种骨水泥，其制备方法包括如下步骤：将骨水泥固相与骨水泥液相以质量体积百分数比200％直接混合均匀，制得骨水泥。
对比例2
一种改性PMMA骨水泥，其制备方法包括以下步骤：
(1)将丙三醇加入骨水泥液相中，混合均匀，得液体混合物，丙三醇占液体混合物体积的20％；
(2)将步骤(1)中的液体混合物与骨水泥固相混合均匀，制得。
对比例3
一种空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥，其制备方法包括以下步骤：
(1)将摩尔浓度为0.1mol/L的无水氯化钙溶液与磷酸氢二钠溶液混合形成悬浊液，两者的钙磷摩尔比为1.67:1，滴加植酸至悬浊液重新清亮，向其中加入尿素调节溶液pH值，然后升温至150℃反应2h，再收集沉淀，洗净后冻干，得到磷酸钙粉体；
(2)将步骤(1)中的磷酸钙粉体加入骨水泥固相中，混合均匀，得固相混合物，磷酸钙粉体占固相混合物重量的10％；
(3)将步骤(2)中的粉体混合物与骨水泥液相混合均匀，制得。
试验例
分别对实施例3和对比例1-3中的所得的骨水泥进行物理表征、弹性模量检测、活死细胞检测、细胞增殖、茜红素染色。
1、物理表征实验具体操作过程为：将对比例1-3和实施例3中的骨水泥进行打磨，打磨直径为10mm、厚度为2mm的圆片，分别标记为a、b、c、d四组，于扫描电镜下观察，具体结果见图1。
通过图1可以看出，对比例1，对比例2表面相似，无明显区别；对比例3可见磷酸钙微球分散在骨水泥内部；实施例3可见磷酸钙粉体实际为空心磷酸钙微球，嵌于骨水泥内部。
2、弹性模量检测实验具体操作过程为：将对比例1-3和实施例3中的骨水泥进行打磨，打磨为直径为5mm、高度为10mm的圆柱体，分别标记为a、b、c、d四组，使用万能力学检测仪进行弹力模量及压缩模量检测，具体检测结果见图2。
通过图2可以看出，对比例1弹性模量最大，其余三例没有统计学差异。而实施例3压缩强度最小，其余三例没有统计学差异。
3、活死细胞染色实验具体过程为：将P3代的rBMSCs接种于6孔板内，分为①、②、③、④五组，每组设置3个平行孔，每孔约1×105个细胞，于①～④组分别加入对比例1-3和实施例3所得的PMMA骨水泥浸提液，培养3天后使用活死细胞染色试剂染色，具体结果见图3。
通过图3可以看出，④组，即实施例3组，材料浸提液的维持细胞活性能力最强，由强到弱依次为③组、②组、①组。
4、细胞增殖测试实验的具体操作过程为：将P3代的rBMSCs(接种于96孔板内，分为①、②、③、④五组，每组设置12个平行孔，每孔约1×103个细胞，于①～④组分别加入对比例1-3和实施例3所得的PMMA骨水泥浸提液，培养1、3、5及7天时采用CCK-8法检测细胞的增殖情况，即去除培养基后，每孔加入90μl新鲜培养基和10μlCCK-8细胞增殖检测液，孵育2h后，用酶标仪在450nm波长处检测其吸光度值，具体结果见图4。
通过图4可以看出，④组，即实施例3组，材料浸提液的促增殖性最强，由强到弱依次为③组、②组、①组。
5、茜素红染色实验时，过程为：将P3代的rBMSCs接种于6孔板内，分为空白组、①、②、③、④五组，每组设置3个平行孔，每孔约1×105个细胞，于①～④组分别加入对比例1-3和实施例3所得的PMMA骨水泥浸提液，培养14天后使用茜素红染色试剂盒染色，具体结果见图5。
通过图5可以看出，④组，即实施例3组，材料浸提液的促矿化能力最强，由强到弱依次为③组、②组、①组。

Claims (10)

1.一种空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将钙盐溶液与磷酸盐溶液混合形成悬浊液，滴加植酸至悬浊液重新清亮，向其中加入尿素调节溶液pH值，然后升温反应，再收集沉淀，洗净后冻干，得到磷酸钙微球；
(2)将步骤(1)中的磷酸钙微球加入骨水泥粉剂中，混合均匀，得粉剂混合物；
(3)将丙三醇加入骨水泥液剂中，混合均匀，得液剂混合物；
(4)将步骤(2)中的粉剂混合物与步骤(3)中的液剂混合物混合均匀，制得磷酸钙微球改性PMMA骨水泥。
2.如权利要求1所述的空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥的制备方法，其特征在于，步骤(1)中钙盐溶液的摩尔浓度为0.05-0.2mol/L，钙盐与磷酸盐中的钙磷摩尔比为1.5-2:1。
3.如权利要求1所述的空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥的制备方法，其特征在于，所述磷酸盐为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸钠、焦磷酸钠和磷酸氢二钠中的至少一种；所述钙盐为无水氯化钙或硝酸钙。
4.如权利要求1所述的空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥的制备方法，其特征在于，步骤(1)中pH调节至9-10。
5.如权利要求1所述的空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥的制备方法，其特征在于，步骤(1)中于130-170℃条件下反应1-3h。
6.如权利要求1所述的空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥的制备方法，其特征在于，步骤(1)中于150℃条件下反应2h。
7.如权利要求1所述的空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥的制备方法，其特征在于，步骤(2)中磷酸钙微球占粉剂混合物重量的8-12％。
8.如权利要求1所述的空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥的制备方法，其特征在于，步骤(3)中丙三醇占液剂混合物体积的15-25％。
9.如权利要求1所述的空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥的制备方法，其特征在于，步骤(4)中粉剂混合物与液剂混合物按照1.5-2.5:1的质量体积比混合均匀。
10.一种空心磷酸钙微球/丙三醇改性PMMA骨水泥，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述方法制得。
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