CN1876189A

CN1876189A - 可控固化硫酸钙骨粘合剂及其制备方法

Info

Publication number: CN1876189A
Application number: CN 200610014733
Authority: CN
Inventors: 常津; 张琦; 苏光雷; 王伟才; 宋正孝
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2026-07-06
Also published as: CN100420489C

Abstract

本发明涉及可控固化硫酸钙骨粘合剂及其制备方法。是将脱水硫酸钙材料和辅助剂混合均匀，陈化1－48h后备用；脱水硫酸钙材料和固化液混合2－5min后，经过水化反应，得到具有粘结性的浆料。本发明的可控固化硫酸钙骨粘合剂，其特征是组份和重量百分比含量如下：脱水硫酸钙材料40－80％，固化液10－50％，辅助剂1－20％。所制得硫酸钙骨粘合剂，具有固化时间可调节，固化后材料强度高，固化过程中放热小等特点，可应用于人体骨缺损修复、椎体成形术等医用骨修复材料领域，满足骨组织工程对骨修复材料的要求。

Description

可控固化硫酸钙骨粘合剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及医用材料技术领域，特别涉及一种可控固化硫酸钙骨粘合剂及其制备方法。

背景技术

在临床治疗中，严重的粉碎性骨折、骨折区骨质缺失或骨质疏松时，单纯使用石膏很难固定，骨折继发移位和畸形愈合的风险很高，往往需要内固定技术；此外，脊柱异常弯曲、脊椎外伤、脊柱感染或肿瘤都将引发脊椎病变，进一步发生腰椎滑脱和腰椎崩解等临床常见病，但在锥体的治疗中，临床上目前大多采用外来金属植入物进行固定，自体或者异体骨移植修复的方法解决；虽然自体骨是最理想的植骨材料，但是由于其一方面来源有限，不能满足需大量植骨的病例，另一方面会造成取骨区各种并发症，不但给患者带来额外的痛苦，而且影响患者术后及时的功能康复；异体骨主要来源于尸体、动物和患者家属，虽然来源相对充足，但异体骨易产生免疫排斥反应、感染肝炎、艾滋病病毒等，移植失败率也高；而且异体骨被取代缓慢，新生骨体积偏小。为了解决这些骨缺损区域的修复和固定，各种人工合成的新材料大量研究，目前常用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥，其虽然具有较好的粘合性和较好的力学性能，但是由于其不能降解，存在二次手术取出植入物的问题，而且生物相容性偏差，会引起植入部位的纤维化反应。聚乳酸材料虽然具有良好的生物相容性和力学性能，但是由于只能在体外成型，然后植入体内进行骨修复，限制了其在骨粘合材料、减少手术创伤等方面的应用。磷酸钙骨水泥材料近来研究较多，国内外也有一些产品上市，但是其存在强度偏低，而且由于其固化速度较快，不能满足外科手术的要求，造成手术时间偏短，不能很好的作为一种骨粘合剂的使用。国内专利CN1446588(玻璃基纳米羟基磷灰石生物水泥及其制备方法)等合成骨粘合剂，其可操作时间均偏短，而且由于固化过程中pH值的变化，会引起人体的一些炎症反应，且较快的固化速度会带来较大的放热，增加病人的不舒适感。硫酸钙材料已有近百年的研究的历史，早在1928年，就有学者利用硫酸钙进行狗的骨感染治疗，而在1964年LEONARD F.等就研究了使用硫酸钙进行骨修复的研究，80年代以后，各种硫酸钙的产品纷纷涌现，但是材料固化时间的可控性和材料固化后的力学性能均不太理想。

发明内容

本发明旨在提供一种固化时间可控，具有较好的生物相容性和力学强度的，并且降解时间可调的骨水泥材料，其在体内能诱导骨的生长，有利于骨缺损区域的愈合。

本发明提供的骨粘合剂几及制备方法技术如下：

本发明的可控固化硫酸钙骨粘合剂，其特征是组份和重量百分比含量如下：

脱水硫酸钙材料 40-80％

固化液 10-50％

辅助剂 1-20％。

所述的脱水硫酸钙材料的成分和质量比如下：

CaO 20-60％

SO₃ 20-50％

H₂O 0-30％。

所述的脱水硫酸钙材料的制备方法如下：

将二水硫酸钙在100-400℃下大气压进行煅烧或者在120-300℃下饱和水蒸气中进行煅烧，制得半水硫酸钙材料；将二水硫酸钙材料在800-1200℃下进行脱水，制得无水硫酸钙材料，将二水硫酸钙、半水硫酸钙、无水硫酸钙材料中的一种或者几种混合均匀，其质量配比如下：

二水硫酸钙0-100％

半水硫酸钙0-100％

无水硫酸钙0-100％

将这几种材料混合均匀，在球磨机中研磨4-12h，控制材料粉末粒径在100微米以下。

所述的固化液为高压灭菌的双蒸水，其中含有NaCl、KCl、I型胶原、聚乙烯醇中的一种或几种的组合，其质量配比如下：

NaCl 0-1％

KCl 0-1％

I型胶原 0-1％

聚乙烯醇 0-1％

水 96-100％

将这几种物质中的一种或者几种溶解在水中，制得固化液。

所述的辅助剂是天然高分子I型胶原、壳聚糖、海藻酸钠、多元醇、透明质酸、纤维蛋白与合成高分子聚乙二醇、聚内酯、聚对二氧杂环己酮、聚酸酐或聚磷腈中的一种或者几种。本发明的可控固化硫酸钙骨粘合剂的制备方法，是将脱水硫酸钙材料和辅助剂混合均匀，陈化1-48h后备用；脱水硫酸钙材料和固化液混合2-5min后，经过水化反应，得到具有粘结性的浆料。

所述的材料固化时间优选20-45min之间。粘合剂在固化1-3天后，其耐压强度为50-110MPa。

各种组分总的质量满足100％，不同配比材料的固化时间不同，将这几种材料混合均匀，在球磨机中研磨4-12h，控制材料粉末粒径在100微米以下。

硫酸钙材料本身具有良好的组织相容性和骨传导性，且在生物相容性良好的辅助剂的共同作用下，对骨的生长具有很好的促进作用。材料在体外固化24h后，其耐压强度为50-110MPa；将材料注入模拟体液环境的缓冲溶液中，材料仍可以实现固化，且固化后材料具有较好的力学强度。固化后的材料在盐酸-Tris模拟体液的环境中4-6周降解，并且降解过程中，材料的力学性能仍然有很大程度的保留；在PBS的模拟体液环境中降解，由于离子和磷酸盐的作用，因此材料的降解变慢，降解时间为4-8周；因此在体内，可以预见，材料的降解速度会变慢。

总之，与现有的材料相比，本发明涉及的骨粘合剂具有较高的力学强度、较长的可使用时间，并可实现在苛刻的环境中固化，所制得的脱水硫酸钙在固化剂作用下，具有固化时间可调节，固化后材料强度高，固化过程中放热小等特点，可应用于人体骨缺损修复、椎体成形术等医用骨修复材料领域，满足骨组织工程对骨修复材料的要求。

具体实施方法

下面给出本发明的实施例，是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1：

将二水硫酸钙在箱式电阻炉中，100℃保温5h，生成半水硫酸钙；将90g半水硫酸钙和10g二水硫酸钙混合后在球磨机中研磨4h，使其粒径小于100微米；然后取40g研细的粉料和5g I型胶原、4g壳聚糖、5g海藻酸钠、6g多元醇混合研磨后，陈化24h。固化液为含有0.9％NaCl水溶液，加入40ml固化液混合2min后形成浆液。浆液在5min后开始初凝，在25min后终凝，最佳使用时间在形成浆液后的10-20min之间，材料固化48h后的压缩强度为50MPa，材料在PBS模拟体液环境中56天降解。

实施例2：

将二水硫酸钙在箱式电阻炉中，400℃保温5h后，生成半水硫酸钙；将80g半水硫酸钙和20g二水硫酸钙混合后在球磨机中研磨12h，使其粒径小于50微米；然后取40g研细的粉料和5g透明质酸、5g纤维蛋白、5g聚乙二醇混合研磨后，陈化24h。固化液为含有0.2％NaCl、0.6％KCl的水溶液，加入45ml固化液混合5min后形成浆液。浆液在10min后开始初凝，在45min后终凝，最佳使用时间在形成浆液后的10-20min之间，材料固化24h后的压缩强度为65MPa，在盐酸-Tris模拟体液的环境中30天降解，降解7天后，强度保留30％，20天后，材料仍然有＞2MPa的强度。

实施例3：

将二水硫酸钙在高压蒸汽釜中，120℃保温8h后，此时生成半水硫酸钙，将二水硫酸钙在箱式电阻炉，1200℃保温2h后，此时生成无水硫酸钙；将30g二水硫酸钙、10g半水硫酸钙和60g无水硫酸钙混合后在球磨机中研磨8h，使其粒径小于100微米；然后取60g研细的粉料和5g I型胶原、5g透明质酸混合研磨后，陈化24h。固化液为含有0.2％NaCl、0.6％KCl、0.5％I型胶原、0.5％聚乙烯醇的水溶液，加入30ml固化液混合5min后形成浆液。浆液在15min后开始初凝，在40min后终凝，最佳使用时间为形成浆液后的20-30min之间，材料固化24h后的压缩强度为94MPa，在盐酸-Tris模拟体液的环境中40天降解。

实施例4：

将二水硫酸钙在高压蒸汽釜中，300℃保温2h后，生成半水硫酸钙；将100g半水硫酸钙在球磨机中研磨8h，使其粒径小于100微米；然后取60g研细的粉料和5g I型胶原、5g聚内酯混合研磨后，陈化48h。固化液为含有0.2％NaCl、0.6％KCl、0.5％I型胶原、0.5％聚乙烯醇的水溶液，加入30ml固化液混合3min后形成浆液。浆液在15min后开始初凝，在45min后终凝，最佳使用时间为形成浆液后的20-30min之间，材料固化72h后的压缩强度为110MPa，材料在PBS模拟体液环境中53天降解。

实施例5：

将二水硫酸钙在箱式电阻炉中，1000℃保温4h后，生成无水硫酸钙；将50g二水硫酸钙、50g无水硫酸钙混合后在球磨机中研磨8h，使其粒径小于100微米；然后取70g研细的粉料和5g I型胶原、5g透明质酸混合研磨后，陈化24h。固化液为含有0.1％NaCl、0.1％KCl、1％I型胶原、1％聚乙烯醇的水溶液，加入20ml固化液混合5min后形成浆液。浆液在15min后开始初凝，在40min后终凝，最佳使用时间为形成浆液后的20-30min之间，材料固化24h后的压缩强度为89MPa，在盐酸-Tris模拟体液的环境中35天降解。

实施例6：

将二水硫酸钙在箱式电阻炉中，800℃保温10h后，生成无水硫酸钙；将100g无水硫酸钙混合后在球磨机中研磨5h，使其粒径小于50微米；然后取40g研细的粉料和5g I型胶原、5g聚酸酐混合研磨后，陈化24h。固化液为含有0.2％NaCl、0.2％KCl的水溶液，加入50ml固化液混合2min后形成浆液。浆液在15min后开始初凝，在45min后终凝，最佳使用时间为形成浆液后的20-30min之间，材料固化24h后的压缩强度为70MPa，在盐酸-Tris模拟体液的环境中35天降解。

实施例7：

将二水硫酸钙在高压蒸汽釜中，200℃保温2h后，生成半水硫酸钙；将100g半水硫酸钙在球磨机中研磨12h，使其粒径小于100微米；然后取80g研细的粉料和1g聚对二氧杂环己酮混合研磨后，陈化1h，固化液为含有0.9％NaCl、0.9％KCl的水溶液，加入20ml固化液混合2min后形成浆液。浆液在5min后开始初凝，在20min后终凝，最佳使用时间在形成浆液后的10-15min之间，材料固化48h后的压缩强度为110MPa，在盐酸-Tris模拟体液的环境中45天降解。

实施例8：

将二水硫酸钙在箱式电阻炉中，1200℃保温4h后，取出在冰水浴中淬火，此时形成非晶体态的无水硫酸钙，将100g无水硫酸钙在球磨机中研磨12h，使其粒径小于100微米；然后取80g研细的粉料和5g海藻酸钠、5g多元醇混合研磨后，陈化24h。固化液为含有0.4％NaCl、0.4％KCl的水溶液，加入20ml固化液混合5min后形成浆液。浆液在15min后开始初凝，在45min后终凝，最佳使用时间在形成浆液后的20-35min之间，材料固化24h后的压缩强度为92MPa，在盐酸-Tris模拟体液的环境中40天降解。

实施例9：

将二水硫酸钙在箱式电阻炉中，120℃保温12h，生成半水硫酸钙，将二水硫酸钙在高压蒸汽釜中，200℃保温2h后，生成半水硫酸钙；分别取两种不同方法制得的半水硫酸钙各50g混合后，在球磨机中研磨8h，使其粒径小于100微米；然后取60g研细的粉料和5g I型胶原和5g聚磷腈混合研磨后，陈化24h。固化液为含有0.9％NaCl、0.9％KCl的水溶液，加入35ml固化液混合2min后形成浆液。浆液在5min后开始初凝，在30min后终凝，最佳使用时间在形成浆液后的10-20min之间，材料固化24h后的压缩强度为98MPa，在盐酸-Tris模拟体液的环境中35天降解。

本发明公开和揭示的可控固化硫酸钙骨粘合剂及其制备方法，可通过借鉴本文公开内容。尽管本发明的可控固化硫酸钙骨粘合剂及其制备方法已通过较佳实施例进行了描述，但是本领域技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法改动，更具体地说，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims

1.一种可控固化硫酸钙骨粘合剂，其特征是组份和重量百分比含量如下：

脱水硫酸钙材料 40-80％

固化液 10-50％

辅助剂 1-20％。

2.如权利要求1所述的可控固化硫酸钙骨粘合剂，其特征是所述的脱水硫酸钙材料的成分和质量比如下：

CaO 20-60％

SO₃ 20-50％

H₂O 0-30％。

3.如权利要求1或2所述的可控固化硫酸钙骨粘合剂，其特征是所述的脱水硫酸钙材料的制备方法如下：

二水硫酸钙 0-100％

半水硫酸钙 0-100％

无水硫酸钙 0-100％

4.如权利要求1所述的可控固化硫酸钙骨粘合剂，其特征是所述的固化液为高压灭菌的双蒸水，其中含有NaCl、KCl、I型胶原、聚乙烯醇中的一种或几种的组合，其质量配比如下：

NaCl 0-1％

KCl 0-1％

I型胶原 0-1％

聚乙烯醇 0-1％

水 96-100％。

5.如权利要求1所述的可控固化硫酸钙骨粘合剂，其特征是所述的辅助剂是天然高分子I型胶原、壳聚糖、海藻酸钠、多元醇、透明质酸、纤维蛋白与合成高分子聚乙二醇、聚内酯、聚对二氧杂环己酮、聚酸酐或聚磷腈中的一种或者几种。

6.如权利要求1所述的可控固化硫酸钙骨粘合剂的制备方法，其特征是将脱水硫酸钙材料和辅助剂混合均匀，陈化1-48h后备用；脱水硫酸钙材料和固化液混合2-5min后，经过水化反应，得到具有粘结性的浆料。

7.如权利要求6所述的可控固化硫酸钙骨粘合剂的制备方法，其特征是所述的材料固化时间在20-45min之间。

8.如权利要求1所述的可控固化硫酸钙骨粘合剂，其特征是所述的粘合剂在固化24h后，其耐压强度为50-110MPa。

9.如权利要求1所述的可控固化硫酸钙骨粘合剂，其特征是所述的粘合剂在盐酸-Tris模拟体液中，其降解时间在4-6周。

10.如权利要求1所述的可控固化硫酸钙骨粘合剂，其特征是所述的粘合剂在PBS模拟体液中，其降解时间在4-8周。