CN1221293C - α－三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥，其大致包括(a)30%至60%重量比的α-三钙磷酸盐；以及(b)70%至40%重量比的氢氧基磷灰石；本发明的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥及其制造方法浸泡在水溶液具有快速凝结的特性，为一优异的骨水泥；本发明亦有关于α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥的制造方法，依本发明的制造方法，可以控制所得到α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥的组成份比例。
Description
技术领域
本发明是有关骨水泥材料，特别是关于可以做为骨骼填充材料的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥。本发明亦有关α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥的制造方法。
背景技术
当人体的骨骼受到创伤、生长骨瘤或是肿囊而挖除部分骨质，形成骨骼块陷时，往往需要适当的骨骼填充材料或骨水泥，来修复填补骨骼缺陷部位。
习知的骨水泥是以高分子材料为主，例如丙烯酸树脂及高密度聚乙烯等材料。由于高分子材料生物亲和性较差，有些研究者尝试在高分子材料中加入一些生物亲合性较佳且可与骨组织直接键结的钙磷盐类，例如氢氧基磷灰石(hydroxyapatite，Ca10(PO4)6(OH)2，HAP)或三钙磷酸盐(tricalcium phosphate，Ca3(PO4)2，TCP)等粉末，来改善高分子材料于体内的生物适应性。然而由于所混入材料的钙磷粉末往往被高分子材料所完全包覆，而无法与骨组织接触，其改进的功效尚属有限。
鉴于人体骨骼成份相近的钙磷盐类有著较佳的生物亲和性，因此，有许多研究者尝试开发完全由无机钙磷盐类所组成的骨骼的填充材料，称之为钙磷盐类骨水泥(calcium phosphate cement，CPC)。目前已有相当多个钙磷盐类骨水泥(calcium phosphate cement，CPC)系统被开发出来，例如Ca4P2O9(tetracalcium phosphate，TTCP)、CaHPO4(dicalciumphosphate，DCP)、Ca8H2(PO4)6·5H2O(octacalcium phosphate，OCP)、αTCP、βTCP及HAP等不同的钙磷盐类系统。
由骨骼填充材料的发展背景状况观察，在骨骼填充材料的实际应用上，若能提供一种(1)钙磷盐类骨水泥(因为生物亲和性优良)，其(2)又具有手术填充初期为可塑性、(3)当填入骨骼缺陷部位后可逐渐凝结固化。如此兼具有前述三个特性的材料，应是一个颇为理想的骨骼填充材料。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种α三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨骼填充材料，其是为钙磷盐类的骨水泥，其可以为粉末状具有可塑性，又其浸泡在水溶液可以快速凝结，故其颇适合做为骨骼填充材料。
本发明的另一目的，在于提供一种α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥的制造方法，可以用以制备优异的骨骼填充材料。
本发明的再一目的，在于提供一种α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥的制造方法，其可以控制所得到α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨骼填充材料的组成份比例。
本发明的一种α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥的制造方法，其特征在于，其包括：
(a)提供一粉末混合物，该粉末混合物是由磷酸铵粉末与氢氧基磷灰石粉末所组成；
(b)将该粉末混合物进行加热处理，其中该粉末混合物的加热处理，是将该粉末混合物以10℃/min的加热速率升温到1200℃至1500℃之间，并于1200℃至1500℃恒温一小时，然后以急冷的方式，将的由急冷到室温，如此而得到α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥；以及
(c)得到α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥。
其中该粉末混合物中的磷酸铵粉末的重量比是介于8％至4％，氢氧基磷灰石粉末的重量比是介于92％至96％。
其中该粉末混合物的制备，是以磷酸铵溶于去离子水中，再将氢氧基磷灰石粉末倒入磷酸铵溶液中均匀搅拌混合，然后经干燥而得。
其中所得到的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥中，α-三钙磷酸盐的重量比是介于30％至60％，氢氧基磷灰石的重量比是介于70％至40％。
附图说明
为进一步说明本发明的结构及及特征，以下结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为H7A3，H6A4，H5A5，H4A6骨水泥浸泡不同时间后抗压强度的测定。
具体实施方式
本发明的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥的制造方法，是以AP粉末与HAP粉末所组成的粉末混合物进行加热处理，以得到α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥。
关于AP粉末与HAP粉末所组成的粉末混合物的制备，是以AP粉末溶于去离子水中，再将HAP粉末倒入AP溶液中均匀搅拌混合，然后经干燥而得。步骤简单可以任意而精准的控制粉末混合物中的AP粉末与HAP粉末的组成比例。
关于该粉末混合物的加热处理，是将该粉末混合物以10℃/min的加热速率升温到1200℃至1500℃之间，并于1200℃至1500℃恒温一小时，然后以急冷的方式，将之由急冷到室温，如此而得到α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥。
本发明在HAP粉末中添加AP粉末，由于AP粉末可溶解于水中，可均匀地与HAP粉末混合，当加热至高温时，AP中的HPO4 2-离子将可与HAP反应形成两相的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石材料，而利用不同AP的添加量来调控，亦可准确地得到不同重量组成的α三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石材料。本发明的制造方法，较佳的，该粉末混合物的组成份重量比例，是AP粉末的重量比是介于8％至4％，HAP粉末的重量比是介于92％至96％。
本发明的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥，由于α-TCF及HAP两相组合比例为此一骨水泥系统溶释与偏析的速率的重要关键。依本发明的制造方法可以生产不同重量比的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥，如此可以控制及改变所的到α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥的性质(例如凝固时间及凝固后的机械强度)。
本发明得藉助以下实施例的具体说明，而得一更佳的了解，但本发明的申请专利范围并不限定于该等实施例。
实施例1
称取0.219克的磷酸铵(AP)粉末溶于去离子水中，再将固定量的20克的氢氧基磷灰石(HAP)粉末倒入AP溶液中与其均匀搅拌混合，然后于70℃的烘箱中干燥三天。烘干后的AP与HAP的粉末混合物，置于白金坩埚中，以可程序的SiC高温炉于10℃/min的加热速率升温到1350℃，并于1350℃恒温一小时，然后以急冷的方式，将之由1350℃急冷到室温中，如此将可得到α三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石重量组成比为10/90的两相结晶组成(以下称之为A10H90)。
实施例2至9
重复实施例1的步骤，但称取不同重量的磷酸铵(AP)粉末，分别得到α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石重量组成比为20/80、30/70、40/60、50/50、60/40、70/30、80/20、90/10的产物(分别称之为A20H80、A30H70、A40H60、A50H50、A60H40、A70H30、A80H20、A90H10)，如表一所示。
表一：
不同AP添加量相对的不同的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石重量组成比
| 实施例 | HAP重量(g) | AP添加量(g) | α-TCP/HAP重量组成比 | 产物名称 |
| 1 | 20 | 0.219 | 10/90 | A10H90 |
| 2 | 20 | 0.438 | 20/80 | A20H80 |
| 3 | 20 | 0.657 | 30/70 | A30H70 |
| 4 | 20 | 0.876 | 40/60 | A40H60 |
| 5 | 20 | 1.095 | 50/50 | A50H50 |
| 6 | 20 | 1.314 | 60/40 | A60H40 |
| 7 | 20 | 1.533 | 70/30 | A70H30 |
| 8 | 20 | 1.752 | 80/20 | A80H20 |
| 9 | 20 | 1.971 | 90/10 | A90H10 |
试验例1
取实施例3所得到的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥以氧化铝研磨至粒径介于0.5至2μm之间。将所制备的材料粉末添加0.4ml/g的2.5％Na2HPO4溶液，经充分混合后，于直径0.7cm的不锈钢钢模中挤压为0.7cm直径、高度1.4cm的圆柱形，所得的数个试片分别置于饱和的水蒸气中1至5分钟后，再投入Ringer solution中，观察材料是否有凝结的现象发生，其结果如表二。
试验例2至4
重复试验1的步骤，但改以实施例4至6所得到的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥取代实施例3。
表二：
不同α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石重量比的本发明水泥试片凝结时间测定结果
| 试片材料 | 1分钟 | 2分钟 | 3分钟 | 5分钟 |
| A30H70 | NS | NS | S | S |
| A40H60 | NS | S | S | S |
| A50H50 | NS | S | S | S |
| A60H40 | NS | NS | S | S |
S：凝聚(setting)
NS：崩解(no setting)
表二为不同比例的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥试片置于饱和水蒸气中不同时间后，投入Ringer solution中测试材料凝结与否的结果。而A30H70及A60H40两组置于水蒸气中两分钟后投入水溶液中会发生崩解，然而置于水蒸气三分钟，则凝聚而不崩解。而A40H60及A50H50两组，其凝聚的时间较短，置于水蒸气中二分钟后，投入水中则凝聚而不崩解。表二的结果显示本发明骨水泥凝结时间甚短。
试验例5至8
取A30H70、A40H60、A50H50、A60H40材料试片分别则浸泡于37℃的Ringer solution中，浸泡的时间依序为1、3、6、12、24小时，3、7天。于不同浸泡时间取出试片，为避免材料继续反应，自浸泡液中取出的试片浸于丙酮中以停止反应。浸泡后的材料以MTS测试其不同浸泡时间的抗压强度变化。抗压强度结果如图1所示。
由图1的结果可得知A50H50材料其可于24小时即达到最大强度35MPa，其它各组亦接近此一强度水准。本发明的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥，凝固后具有颇高的抗压强度。
综上所述，本发明确能藉所揭露的构造以达到发明目的，具新颖性、进步性、与可供产业利用性，而与发明专利要件相符合。惟，以上所揭示者，乃较佳实施例，举凡局部的变更或修饰而源于本案的技术思想而为熟习该项技艺的人士所易于推知者，俱不脱本案的专利权范畴。
Claims (4)
1.一种α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥的制造方法，其特征在于，其包括：
(a)提供一粉末混合物，该粉末混合物是由磷酸铵粉末与氢氧基磷灰石粉末所组成；
(b)将该粉末混合物进行加热处理，其中该粉末混合物的加热处理，是将该粉末混合物以10℃/min的加热速率升温到1200℃至1500℃之间，并于1200℃至1500℃恒温一小时，然后以急冷的方式，将其由急冷到室温；以及
(c)得到α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥。
2.根据权利要求1所述的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥的制造方法，其特征在于，其中该粉末混合物中的磷酸铵粉末的重量比是介于8％至4％，氢氧基磷灰石粉末的重量比是介于92％至96％。
3.根据权利要求1所述的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥的制造方法，其特征在于，其中该粉末混合物的制备，是以磷酸铵溶于去离子水中，再将氢氧基磷灰石粉末倒入磷酸铵溶液中均匀搅拌混合，然后经干燥而得。
4.根据权利要求1所述的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥的制造方法，其特征在于，其中所得到的α-三钙磷酸盐/氢氧基磷灰石两相骨水泥中，α-三钙磷酸盐的重量比是介于30％至60％，氢氧基磷灰石的重量比是介于70％至40％。
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- 2000-03-14 CN CN 00102993 patent/CN1221293C/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN1313132A (zh) | 2001-09-19 |
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