TW202208004A

TW202208004A - 骨水泥組成物

Info

Publication number: TW202208004A
Application number: TW109128133A
Authority: TW
Inventors: 盧士鈞; 馬憲玲
Original assignee: 中央醫療器材股份有限公司
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2022-03-01
Also published as: TWI733564B

Abstract

一種骨水泥組成物，其包括：一固態粉末，其包含：57~63 wt%的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、9~15 wt%的聚甲基丙烯酸甲酯、22~34 wt%的顯影劑，及約1.0~2.0 wt%的BPO；一液態溶液，其包含：97.2~97.8 %的甲基丙烯酸甲酯（MMA）單體、2.2~2.8 wt%的N,N-二甲基對甲苯胺（DMPT）、及約80 ppm的對苯二酚；其中該固態粉末和該液態溶液的重量比約為20:10~23:10之間，用以使其均勻混合後所形成的漿料，具有5~10分鐘的操作時間、而固結時間為10~15分鐘；且聚合反應後的骨水泥抗壓強度為90~120 MPa。

Description

骨水泥組成物

本發明係有關一種骨水泥組成物，尤指一種骨水泥組成物，其均勻混合後所形成的漿料，具有5~10分鐘的操作時間、而固結時間為10~15分鐘；且聚合反應後的骨水泥抗壓強度為90~120 MPa。

骨水泥（bone cement）是骨科手術常用的物料，最常用於諸如髖關節手術，其成份主要是聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，以下簡稱PMMA），通常是由含少量起始劑（initiator）的PMMA粉末，和甲基丙烯酸甲酯（methyl methacrylate，以下簡稱MMA）均勻混合後，產生聚合反應，形成PMMA塊體。因應各種骨科手術需求，PMMA必需有不同的操作時間（working time）、固結時間（setting time）。

例如美國第9,821,085號專利，其說明書第11欄第23~44行提及操作時間為5~6分鐘、8~10分鐘，申請專利範圍第12和18項都提及固結時間大於25分鐘，其固態物料為兩種不同大小的PMMA粉（小於100微米和大於100微米，參見其申請專利範圍第2項）、顯影劑、BPO所構成，其液態溶液由MMA、N,N-二甲基對甲苯胺（N,N-dimethyl para-toluidine，以下簡稱DMPT）、對苯二酚（hydro-quinone，以下簡稱HQ）所構成，參見該專利第22欄第45~61行，其中DMPT在液態溶液中含量為30~120 ppm，BPO在固態粉末中含量為0.2~0.3 wt%，參見第25欄第23~42行，顯示其組成物和本發明不同，因此固結時間也不同。

再如美國第9,750,840號專利，其申請專利範圍第11和14項都提及操作時間至少10分鐘，申請專利範圍第13項的操作時間甚至是至少20分鐘，申請專利範圍第1項則提及：其固態物料主要為PMMA、其液態溶液為MMA，而第62欄表1所列BPO相對於MMA的比例，都顯然和本發明不同。

美國第10,029,031號專利，雖提及預聚合苯乙烯-丙烯酸酯，但和本發明使用的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物不同，且該發明的固態物料另含1~100微米的陶瓷粉末，且該陶瓷粉末表面塗覆交聯膠原蛋白（cross-linked collogen），參見該專利的申請專利範圍第1項，此成份為本發明所無；再者，該固態物料一樣含BPO，但該專利的液態溶液含0.2~2 wt %或0.3 ~0.4 wt%的DMPT（參見第13欄第57~61行），而本發明則含2.2~2.8 wt%的DMPT。

美國第8,834,772號專利，只是就一般骨水泥的固態物料（丙烯酸聚合物）中，加入5~6 wt%的慶大黴素（gentamicin），4% ~5 wt%萬古黴素（vancomycin），參見其申請專利範圍第1項，此成份為本發明所無。

美國第8,795,382號專利，其第1成份為可聚合的樹酯，第2成份為一級胺（primary amines）、二級胺（secondary amines）、三級胺（tertiary amines）、及/或四級胺（quaternary amines），參見其摘要，其中該可聚合的樹酯為環氧丙烯酸酯（epoxy acrylate）、經改質的環氧丙烯酸酯（modified epoxy acrylate）、雙酚A環氧甲基丙烯酸酯寡聚物（bisphenol A epoxy methacrylate oligomer），參見其申請專利範圍第6項，其組成和本發明完全不同。

美國第8,415,407號專利，其操作時間為至少5分鐘，其單體（相當於本發明的液態溶液）為90:10~10:90的甲基丙烯酸月桂酯（Laurylmethacrylate，簡稱LMA）、及/或甲基丙烯酸酯（MMA）的混合物，參見第20欄第22~26行，以及四氫呋喃（THF），且BPO用量約為每10毫升單體約14.4~25.8 mg，參見第60欄的表1，本發明並未使用THF，而BPO相對於20單體（MMA）的用量為每10毫升約200~400 mg。

美國第4,404,327號專利，其為聚丙烯酸酯（polyhacrylate），參見第6欄第5~33行（共32種聚丙烯酸酯），以及聚甲基丙烯酸酯，參見第6欄第35~50行（共16種聚甲基丙烯酸酯），其組成也和本發明不同。

台灣第I465266號專利，含聚合交聯聚（甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸鈉鹽-甲基丙烯酸烯丙酯），亦即poly（MMA-AAS-AMA），其組成和本發明（PMMA+S/MM共聚物）完全不同。

台灣第201121591號專利申請案，係由鈣磷酸鹽（粉劑）和水劑構成，其組成和本發明（PMMA+S/MM共聚物）完全不同。

中國第CN 107213517 B號專利，其固態粉末包括PMMA和SIS（small intestinal submucosa，完全脫細胞化的豬小腸黏膜下層）、液態溶液含0.6~1.5wt%的DMPT、和100~350 ppm的苯二酚，參見其申請專利範圍第1項，顯見其組成和本發明不同；此外，其固結時間為10~20分鐘，也和本發明不同。

中國第CN 110025823 A號公開申請案，其固態粉末包括30~49%的PMMA、5~20%的BaSO4、5~13%的BPO、5~30%的阿拉伯樹膠、5~35%的納米矽藻土、1~10%的TiO2和1~10%的ZnO，參見其申請專利範圍第1項，明顯和本發明不同。

中國第CN 109331226 A公開申請案，其固態粉末包括改性礦化膠原（mineralized collagen）、預聚合聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）粉末、聚合反應引發劑，且其固態粉末和液態溶液的比例為4.5～5.0g/mL，和本發明不同。

中國第CN 109316627 A公開申請案，其固態粉末包括改性礦化膠原（mineralized collagen）、預聚合聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）粉末、聚合反應引發劑，且其固態粉末和液態溶液的比例為1：2.5~4.5g/mL，參見其申請專利範圍第1項，明顯和本發明不同。

中國第CN 103800946 B號專利，類同CN 109316627 A，但其成份和成份比稍微不同，其固態粉末包括改性礦化膠原（mineralized collagen）、預聚合聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）粉末、聚合反應引發劑，且其固態粉末和液態溶液的比例為1：1.5~3.0g/mL，參見其申請專利範圍第1項，明顯和本發明不同。

本發明提供一種漿料操作時間為5~10分鐘的骨水泥組成物。

本發明提供一種漿料固結時間為10~15分鐘的骨水泥組成物。

本發明提供一種固結後的抗壓強度為90~120 MPa的骨水泥組成物。

一般骨水泥的設計，都屬於廣用骨水泥，希望大部分的骨科手術，例如髖關節手術、膝關節手術、脊椎手術都能使用；因此對操作時間、固結時間的設定都較寬鬆，例如上述美國第9,821,085號專利，其固結時間大於25分鐘（參見其申請專利範圍第12項），因此能適用於大部分手術。但對於手術時間較短的手術，例如網袋加壓椎體成形術（vesselplasty），整個手術時間不超過20分鐘，因此為了等骨水泥完全固結，被迫增長手術時間，除了浪費醫護人員的時間、手術室的使用時間以外，也使患者因手術時間增加，造成術後癒合較差的後果。本發明主要目的就是為上述網袋加壓椎體成形術（vesselplasty）而設計，因此操作時間設定為10~15分鐘，同時設定工作時間為5~10分鐘、固結後抗壓強度為90~120 Mpa。當然，熟知此項技藝人士可以將本發明之骨水泥組成物，用於其他適用的骨科手術。

本發明之骨水泥組成物，其包括：一固態粉末，其包含：57~63 wt%的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、9~15 wt%的聚甲基丙烯酸甲酯、22~34 wt%的顯影劑，及約1.0~2.0 wt%的BPO（Benzoyl peroxide，過氧化苯甲醯）；一液態溶液，其包含：97.2~97.8 wt%的甲基丙烯酸甲酯（MMA）單體、2.2~2.8 wt%的N,N-二甲基對甲苯胺（DMPT）、及約80 ppm的對苯二酚；其中該固態粉末和該液態溶液的重量比為20:10~23:10之間，用以使其均勻混合後所形成的漿料，具有5~10分鐘的操作時間、而固結時間為10~15分鐘；且聚合反應後的骨水泥抗壓強度為90~120 MPa。

上述該固態粉末和該液態溶液的重量比略低於20:10 (例如19.8:10)，並非不可行，但會增加下述風險，亦即造成操作時間過長，虛耗醫護人員時間(等待)的狀況、或骨水泥太晚凝固，導致手術時間過長，術後癒合較慢的現象。

上述該固態粉末和該液態溶液的重量比略高於23:10 (例如23.2:10)，並非不可行，但會增加下述風險，亦即造成操作時間過短，醫護人員操作不及的狀況、或骨水泥太早凝固，導致骨水泥灌注不足，及/或撤移工具的困難。

上述該固態粉末，一般係採用單純的聚甲基丙烯酸甲酯粉末（polymethyl methacrylate，以下簡稱PMMA），但單純的PMMA粉末，其和甲基丙烯酸甲酯（methyl methacrylate，以下簡稱MMA）混合的操作時間（working time）、固結時間（setting time），以及混合後形成的骨水泥強度，很難同時符合操作時間為5~10分鐘、固結時間為10~15分鐘、而且聚合反應後的骨水泥抗壓強度為90~120 MPa的需求（以下簡稱本發明需求）；而採用甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物（methyl methacrylate-styrene copolymer，以下簡稱PMMA-S）和PMMA的混合物，則可以同時符合本發明的需求。

上述該固態粉末中， PMMA-S的配比宜為57~63 wt%，以58~62 wt%為較佳。

上述該固態粉末中，PMMA的配比宜為9~15 wt%，以10~14 wt%為較佳。

上述該固態粉末中的顯影劑可為任意習知的顯影劑，諸如硫酸鋇、二氧化鋯…等。該顯影劑用量宜為該固態粉末的22~34 wt%，以26~30 wt%為較佳。若顯影劑低於22 wt% 將使顯影效果變差，導致醫生在手術施作時無法清楚掌握骨水泥的流向而大幅增加手術的失敗的風險；當顯影劑高於34 wt% 則會導致骨水泥固結後抗壓強度不足，使病人術後易有骨折等風險。

上述該固態粉末中，BPO 的配比宜為1.0~2.0 wt%。BPO的配比必須與該固態粉末中PMMA、PMMA-S的配比、該液態溶液的配比、及/或該固態粉末和液態溶液的相對搭配，才能達到本發明需求；若BPO配比低於1.0 wt%，會造成操作時間過長，虛耗醫護人員時間（等待）的狀況並相對延長骨水泥凝固時間，導致手術時間過長，間接影響術後癒合的時間；當BPO配比高於2.0 wt%時，會導致操作時間及或/固結時間過短，而使醫護人員操作不及的狀況、或骨水泥太早凝固，使手術失敗的風險大幅提高。

上述該液態溶液中，N,N-二甲基對甲苯胺（N,N-dimethyl para-toluidine，以下簡稱DMPT）含量宜為2.2~2.8 wt%，以2.4~2.6 wt%為較佳。DMPT的配比必須該固態粉末中PMMA、PMMA-S、BPO的配比、及/或該固態粉末和液態溶液的相對配合，才能達到本發明需求。若DMPT配比低於2.2 wt%，會造成操作時間過長，虛耗醫護人員時間（等待）的狀況並相對延長骨水泥凝固時間，導致手術時間過長，間接影響術後癒合的時間；當DMPT配比高於2.8 wt%時，會導致操作時間及或/固結時間過短，而使醫護人員操作不及的狀況、或骨水泥太早凝固，使手術失敗的風險大幅提高。

上述該液態溶液中，甲基丙烯酸甲酯單體的配比為97.2~97.8 wt%，以97.4~97.6 wt%為較佳。

上述該固態粉末和該液態溶液的重量比約為20:10~23:10之間，以21:10~22:10為較佳。

上述該液態溶液中，對苯二酚（hydro-quinone，以下簡稱HQ），其用量約為該液態溶液的80ppm，在容許誤差（一般為該用量的10%）的範圍中皆為可行。

上述固態粉末和液態溶液混合的操作時間和固結時間的測定，以及聚合反應後的骨水泥抗壓強度測定，均依ISO 5833所述方法進行。

為進一步說明本發明技術，茲以較佳實施例說明如下：

實施例1：

取12 g 內含1.2 wt% BPO的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物（購自Esschem）、2.4 g 的PMMA（購自Esschem）、5.6 g的硫酸鋇（購自Sigma-Aldrich），均勻混合成20 g固態粉末；另取9.75毫升內含80ppm HQ （購自Esschem）的MMA（比重0.94）、以及0.25毫升DMPT（比重0.935），配成液態溶液；將兩者均勻混合，測得其操作時間約為7分50秒，固結時間約為13分15秒；骨水泥固結後，測得其抗壓強度為107 MPa （委由亮宇生物科技股份有限公司測定）。

實施例2：

改成由內含1.2 wt% BPO的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物11.5 g、2.8 g的PMMA、5.7 g的硫酸鋇均勻混合成20 g的固態粉末；液態溶液配比和用量同實施例1。測得操作時間約為8分55秒，固結時間約為14分25秒；骨水泥固結後，測得其抗壓強度為103 MPa。

實施例3：

改成由內含1.2 wt% BPO的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物12 g、2.6 g的PMMA、5.4 g的硫酸鋇均勻混合成20 g的固態粉末；液態溶液配比和用量同實施例1。測得操作時間約為7分35秒，固結時間約為13分5秒；骨水泥固結後，測得其抗壓強度為112 MPa。

實施例4：

改成由內含1.2 wt% BPO的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物12 g、2.0 g的PMMA、6.0 g的硫酸鋇均勻混合成20 g的固態粉末；液態溶液配比和用量同實施例1。測得操作時間約為6分30秒，固結時間約為12分45秒；骨水泥固結後，測得其抗壓強度為98 MPa。

實施例5：

改成由內含1.2 wt% BPO的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物12.6 g、2.5 g的PMMA、5.9 g的硫酸鋇均勻混合成21 g的固態粉末；液態溶液配比和用量同實施例1。測得操作時間約為6分50秒，固結時間約為12分35秒；骨水泥固結後，測得其抗壓強度為114 MPa。

實施例6：

改成由內含1.2 wt% BPO的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物11.4 g、2.3 g的PMMA、5.3 g的硫酸鋇均勻混合成19 g的固態粉末；液態溶液配比和用量同實施例1。測得操作時間約為8分30秒，固結時間約為13分55秒；骨水泥固結後，測得其抗壓強度為106 MPa。

實施例7：

改成由9.72毫升內含80ppm HQ的MMA、以及0.28毫升DMPT，配成液態溶液；固態粉末配比和用量同實施例1。測得操作時間約為8分10秒，固結時間約為13分20秒；骨水泥固結後，測得其抗壓強度為118 MPa。

實施例8：

改成由9.78毫升內含80ppm HQ的MMA、以及0.22毫升DMPT，配成液態溶液；固態粉末配比和用量同實施例1。測得操作時間約為7分40秒，固結時間約為12分50秒；骨水泥固結後，測得其抗壓強度為101 MPa。

無

Claims

一種骨水泥組成物，其包括：一固態粉末，其包含：57~63 wt%的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、9~15 wt%的聚甲基丙烯酸甲酯、22~34 wt%的顯影劑，及約1.0~2.0 wt%的BPO；及一液態溶液，其包含：97.2~97.8 wt%的甲基丙烯酸甲酯（MMA）單體、2.2~2.8 wt%的N,N-二甲基對甲苯胺（DMPT）、及約80 ppm的對苯二酚；其中該固態粉末和該液態溶液的重量比約為20:10~23:10之間，用以使其均勻混合後所形成的漿料，具有5~10分鐘的操作時間、而固結時間為10~15分鐘；且聚合反應後的骨水泥抗壓強度為90~120 MPa。
如請求項1所述之骨水泥組成物，其中該甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物在該固態粉末的配比為58~62 wt%。
如請求項1所述之骨水泥組成物，其中該顯影劑為硫酸鋇。
如請求項3所述之骨水泥組成物，其中該硫酸鋇在該固態粉末的配比為26~30 wt%。
如請求項1所述之骨水泥組成物，其中該聚甲基丙烯酸甲酯在該固態粉末的配比為10~14 wt%。
如請求項1所述之骨水泥組成物，其中該甲基丙烯酸甲酯在該液態溶液的配比為97.4~97.6 wt%。
如請求項1所述之骨水泥組成物，其中該固態粉末和該液態溶液的重量比為21:10~22:10。