專利名稱：預(yù)混合型膏狀磷酸鈣骨水泥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)混合型膏狀磷酸鈣骨水泥，屬于生物醫(yī)用骨組織材料技術(shù)。
背景技術(shù)：
骨是在體內(nèi)形成的生物復(fù)合材料，由納米尺度的磷灰石在膠原纖維表面析出而巧妙構(gòu)筑的三維構(gòu)造。目前，臨床上用于缺損骨的修復(fù)和替代材料通常包括自體移植物、同種異體移植物、異種移植物以及各種人工生物材料，如合成聚合物材料、金屬材料、生物活性玻璃和陶瓷以及各種復(fù)合材料等。然而，這些修復(fù)材料都或多或少地存在著缺陷，其主要原因在于它們在供體來源數(shù)量、免疫排斥反應(yīng)等方面或是在力學(xué)穩(wěn)定性以及長期置于人體中的生物相容性和生物降解性方面還存在一定的缺陷和不足。
近年來，在骨修復(fù)材料領(lǐng)域，可注射植入并能夠在體液條件下快速自固化的生物相容性骨水泥已成為重要研究內(nèi)容，這其中最具代表性的便是磷酸鈣骨水泥(CPC)。磷酸鈣骨水泥是一類以磷酸鈣鹽類物質(zhì)作為基本材料，在生理?xiàng)l件下可自行固化的非陶瓷性骨修復(fù)材料，其化學(xué)成分與人體骨組織的主要成分極為相似，具有良好的生物相容性及生物活性，非常適合應(yīng)用于硬組織修復(fù)材料的制備。同時(shí)，其固化后產(chǎn)物的化學(xué)成分通常為羥基磷灰石或缺鈣羥基磷灰石，這與骨組織的無機(jī)成分極為相似，晶相結(jié)構(gòu)亦與骨組織相近，具有良好的生物相容性、可吸收性及骨傳導(dǎo)性能，集成型、臨床應(yīng)用于一體，可根據(jù)缺損部位在室溫或近似體溫狀態(tài)下任意塑型固化，操作簡便，克服了陶瓷燒結(jié)型羥基磷灰石材料成型困難、不易吸收、成型溫度高等缺點(diǎn)。正是由于上述優(yōu)點(diǎn)，CPC作為一種新型的骨組織修復(fù)和替代材料，受到了國內(nèi)外眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注，在創(chuàng)傷骨科、脊柱外科、骨腫瘤、整形外科、口腔科等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展，對醫(yī)療水平的要求也越來越高，廣大醫(yī)學(xué)工作者和材料研究人員都在不斷努力尋找更為安全、有效的治療方法和手段。磷酸鈣生物活性骨水泥盡管是一種出色的骨修復(fù)材料，然而臨床上具體應(yīng)用時(shí)常常需要外科醫(yī)生將其固相和液相臨時(shí)混合，這樣既浪費(fèi)了寶貴的手術(shù)時(shí)間，又會(huì)對植入材料的骨修復(fù)性能產(chǎn)生許多潛在的不利影響。因此，為了縮短手術(shù)時(shí)間，改善植入體的性能，有必要研究和開發(fā)一種能夠預(yù)先混合，方便臨床手術(shù)使用的新型骨水泥材料。美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院的Takagi和Xu等人(Journal of biomedical materials research，2003，67B689-696；US Patent 6793725(2004)；Biomaterials，2005，265002-5014)曾以磷酸四鈣和無水磷酸氫鈣為骨水泥粉體、以甘油或聚丙二醇為非水溶劑，并添加相應(yīng)的固化促進(jìn)劑制備了可長期保存的具備一定抗水性和固化速率的非水相預(yù)混合羥基磷灰石骨水泥。與傳統(tǒng)磷酸鈣骨水泥相比，這類預(yù)混合骨水泥具有諸多優(yōu)點(diǎn)①避免了手術(shù)過程中的固液兩相混合，縮短了手術(shù)時(shí)間；②骨水泥漿體可以提前在可控環(huán)境中混合制得，避免了手術(shù)中臨時(shí)混合所引起的混合不均及不充分現(xiàn)象；③預(yù)混合骨水泥漿體可以長期保持穩(wěn)定，只有在體液等水相環(huán)境中才會(huì)固化；④具有快速固化、抗水性強(qiáng)的特點(diǎn)。
相對于磷酸四鈣的高成本和不穩(wěn)定性，β-磷酸三鈣的制備溫度低，穩(wěn)定性好，成本較低。并且以β-磷酸三鈣粉體為主要原料制備的骨水泥固化速率快，抗水性能好，并且固化產(chǎn)物更容易被人體吸收和降解，因此采用該體系制備的預(yù)混合磷酸鈣骨水泥具有良好的應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種預(yù)混合型膏狀磷酸鈣骨水泥，該骨水泥制備成本低，使用方便。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的一種預(yù)混合型膏狀磷酸鈣骨水泥，其特征在于，該骨水泥由固相粉料與液相材料按質(zhì)量比(2.5～3.7)∶1經(jīng)固液混合膏狀封裝密閉容器內(nèi)；所述的固相粉料為β-磷酸三鈣與一水合磷酸二氫鈣按摩爾比1∶1混合構(gòu)成，所述的液相材料為醫(yī)用甘油或分子量400～800的聚乙二醇。
本發(fā)明點(diǎn)在于，以β-磷酸三鈣粉體為主要原料，將具有良好生物相容性和水溶性的甘油或聚乙二醇作為混合液相與骨水泥粉料混合均勻并形成粘性體，可根據(jù)骨缺損形狀任意塑型。由于體系處于無水狀態(tài)，具有可長期保存的特性。將此預(yù)混合骨水泥材料置于體液等水相環(huán)境中時(shí)，粘性體中的非水溶劑會(huì)與體液發(fā)生交換，隨著周圍體液的逐步滲入，骨水泥開始逐步硬化，并最終在手術(shù)部位達(dá)到良好的填充和修復(fù)效果。由于選用β-磷酸三鈣/一水合磷酸二氫鈣混合體系作為骨水泥粉料，因此在不添加固化促進(jìn)劑的情況下，仍然具有較快的固化速度，從而簡化了骨水泥體系的原料組成，方便了生產(chǎn)和使用操作。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)以β-磷酸三鈣/一水合磷酸二氫鈣混合體系為基本原料制備的預(yù)混合磷酸鈣骨水泥于水相環(huán)境中具有良好的抗水溶性及較快的固化速度，抗壓強(qiáng)度可達(dá)松質(zhì)骨水平(5～10MPa)，具有原料成本低、制備簡單，便于手術(shù)操作等優(yōu)點(diǎn)，并且可在一定條件下長期保存，有望作為高性能的新型骨修復(fù)材料用于臨床。
本發(fā)明所說的預(yù)混合型膏狀磷酸鈣骨水泥進(jìn)行了模擬體內(nèi)試驗(yàn)將上述混合均勻的預(yù)混合型膏狀磷酸鈣骨水泥粘性體填入不銹鋼模具中制成Φ6mm×3mm的試樣，施加壓力壓實(shí)，排出氣泡，然后將試樣從模具中推出并放入磷酸鹽緩沖溶液(PBS，PH＝7.4)中，置于37℃環(huán)境下，隨著非水溶劑與緩沖液的相互交換，骨水泥逐步發(fā)生固化，此時(shí)可測定固化時(shí)間。另取預(yù)混合型膏狀磷酸鈣骨水泥粘性體填入Φ10mm×8mm的兩端開口玻璃模具中，然后將此試樣裝置浸入PBS中，置于37℃環(huán)境中，分別浸泡1天和7天，測定樣品壓縮強(qiáng)度。對不同固液比下混合的預(yù)混合型膏狀磷酸鈣骨水泥的固化時(shí)間的測定結(jié)果如表1所示。
表1預(yù)混合甘油-磷酸鈣骨水泥和預(yù)混合聚乙二醇-磷酸鈣骨水泥在不同固液比時(shí)的固化時(shí)間(樣品尺寸Φ6mm×3mm)
采用X-射線衍射儀分析以β-磷酸三鈣/一水合磷酸二氫鈣混合體系為固相粉料的預(yù)混合磷酸鈣骨水泥(Φ10mm×8mm)在PBS緩沖溶液中的固化產(chǎn)物。圖1的衍射譜圖表明骨水泥固化產(chǎn)物主要為無水磷酸氫鈣，非水溶劑種類對固化產(chǎn)物組成無明顯影響。
圖1為β-磷酸三鈣體系預(yù)混合磷酸鈣骨水泥在固液比為3.3時(shí)于PBS中浸泡1天和7天后的X-射線衍射圖，其中a線為預(yù)混合甘油—磷酸鈣骨水泥在PBS中浸泡1天后的譜圖，b線為預(yù)混合甘油—磷酸鈣骨水泥浸泡7天后的譜圖，c線為預(yù)混合聚乙二醇—預(yù)混合磷酸鈣骨水泥浸泡7天后的譜圖，(圖中▲代表無水磷酸氫鈣；●代表二水合磷酸氫鈣，樣品尺寸Φ10mm×8mm)。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但這些實(shí)例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1將0.55g β-磷酸三鈣和0.45g一水合磷酸二氫鈣的粉末混合均勻作為預(yù)混合磷酸鈣骨水泥粉料，然后將上述骨水泥粉料與0.37g醫(yī)用級甘油混合均勻，制成粘性體，將此粘性體通過模具制成Φ6mm×3mm的試樣并浸入PBS溶液中，置于37℃環(huán)境下，測得平均固化時(shí)間為18.4min。將上述粘性體填入Φ10mm×8mm的兩端開口玻璃模具中，同樣浸入PBS溶液中并置于37℃和100％濕度的環(huán)境下1天和7天，測得平均壓縮強(qiáng)度分別為7.5MPa和9.6MPa。
實(shí)施例2除將1g預(yù)混合骨水泥粉料與0.333g醫(yī)用級甘油混合外，其余的制備方法和過程均參照實(shí)施例1。本例所得到的預(yù)混合磷酸鈣骨水泥試樣，固化時(shí)間平均為15.9min，在PBS溶液中浸泡1天和7天后的平均壓縮強(qiáng)度分別為8.6MPa和10.9MPa。
實(shí)施例3除將1g預(yù)混合骨水泥粉料與0.303g醫(yī)用級甘油混合外，其余的制備方法和過程均參照實(shí)施例1。本例所得到的預(yù)混合磷酸鈣骨水泥試樣，固化時(shí)間平均為13.0min，在PBS溶液中浸泡1天和7天后的平均壓縮強(qiáng)度分別為10.3MPa和11.1MPa。
實(shí)施例4除將1g預(yù)混合骨水泥粉料與0.286g醫(yī)用級甘油混合外，其余的制備方法和過程均參照實(shí)施例1。本例所得到的預(yù)混合磷酸鈣骨水泥試樣，固化時(shí)間平均為12.5min，在PBS溶液中浸泡1天和7天后的平均壓縮強(qiáng)度分別為9.7MPa和9.4MPa。
實(shí)施例5除將1g預(yù)混合骨水泥粉料與0.333g聚乙二醇(分子量400～600)混合外，其余的制備方法和過程均參照實(shí)施例1。本例所得到的預(yù)混合磷酸鈣骨水泥試樣，固化時(shí)間平均為20min，在PBS溶液中浸泡1天和7天后的平均壓縮強(qiáng)度分別為7.2MPa和9.2MPa。
實(shí)施例6除將1g預(yù)混合骨水泥粉料與0.303g聚乙二醇(分子量600～800)混合外，其余的制備方法和過程均參照實(shí)施例1。本例所得到的預(yù)混合磷酸鈣骨水泥試樣，固化時(shí)間平均為16.6min，在PBS溶液中浸泡1天和7天后的平均壓縮強(qiáng)度分別為8.1MPa和9.4MPa。
實(shí)施例7除將1g預(yù)混合骨水泥粉料與0.286g聚乙二醇(分子量500～600)混合外，其余的制備方法和過程均參照實(shí)施例1。本例所得到的預(yù)混合磷酸鈣骨水泥試樣，固化時(shí)間平均為13.6min，在PBS溶液中浸泡1天和7天后的平均壓縮強(qiáng)度分別為9.0MPa和10.1MPa。
實(shí)施例8除將1g預(yù)混合骨水泥粉料與0.27g聚乙二醇(分子量400～600)混合外，其余的制備方法和過程均參照實(shí)施例1。本例所得到的預(yù)混合磷酸鈣骨水泥試樣，固化時(shí)間平均為12.4min，在PBS溶液中浸泡1天和7天后的平均壓縮強(qiáng)度分別為9.5MPa和10.3MPa。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)混合型膏狀磷酸鈣骨水泥，其特征在于，該骨水泥由固相粉料與液相材料按質(zhì)量比(2.5～3.7)∶1經(jīng)固液混合膏狀封裝密閉容器內(nèi)；所述的固相粉料為β-磷酸三鈣與一水合磷酸二氫鈣按摩爾比1∶1混合構(gòu)成，所述的液相材料為醫(yī)用甘油或分子量400～800的聚乙二醇。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種預(yù)混合型膏狀磷酸鈣骨水泥，屬于生物醫(yī)用骨組織材料技術(shù)。該骨水泥由固相粉料與液相材料按質(zhì)量比(2.5～3.7)∶1經(jīng)固液混合膏狀封裝密閉容器內(nèi)；所述的固相粉料為β－磷酸三鈣與一水合磷酸二氫鈣按摩爾比1∶1混合構(gòu)成，所述的液相材料為醫(yī)用甘油或分子量400～800的聚乙二醇。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)以β－磷酸三鈣/一水合磷酸二氫鈣混合體系為基本原料制備的預(yù)混合磷酸鈣骨水泥于水相環(huán)境中具有良好的抗水溶性及較快的固化速度，抗壓強(qiáng)度可達(dá)5～10MPa，具有原料成本低、制備簡單，便于手術(shù)操作等優(yōu)點(diǎn)，并且可在一定條件下長期保存。
文檔編號A61L27/50GK1919357SQ20061001570
公開日2007年2月28日 申請日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月19日
發(fā)明者尹玉姬, 韓冰, 姚康德 申請人:天津大學(xué)