專利名稱：一種用金屬致孔劑制備多孔骨水泥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)用材料，具體的說是一種用金屬致孔劑制備多孔骨水泥的方法。
背景技術(shù)：
磷酸鈣骨水泥通常由固相和液相調(diào)和而成。固相為一種或幾種磷酸鹽的混合物，液相通常為水或水基溶液。由于磷酸鈣骨水泥生物相容性好，可臨床任意塑形，操作方便，并且其可處理成漿料形式直接注入骨缺陷中并原位固化，實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)，因而在臨床上受外科醫(yī)生的歡迎，得到廣泛的應(yīng)用。研究表明，骨組織是多孔結(jié)構(gòu)，所以多孔的骨修復(fù)材料更有利于骨修復(fù)過程。這是因?yàn)槎嗫撞牧峡梢詾榧?xì)胞提供生存的三維空間，有利于細(xì)胞黏附和生長，有利于細(xì)胞外基質(zhì)的形成，有利于氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸，有利于代謝產(chǎn)物的排出，同時還有利于血管和神經(jīng)的長入，促進(jìn)骨的重建過程。但也并不是所有多孔材料都適合于作為骨組織工程支架材料，只有具有合適的孔尺寸(100-600um)、高的孔隙率和相連通的孔形態(tài)的多孔材料才更適合。按照常規(guī)方法配置的磷酸鈣骨水泥雖然也能形成微孔結(jié)構(gòu)，但是孔隙率低，孔徑及孔的聯(lián)通程度都達(dá)不到臨床要求，不利于骨的重建。因此制備具有更符合骨組織工程支架結(jié)構(gòu)的多孔骨水泥具有重要的意義。目前多孔骨水泥的制備方法很多。常用的主要有粒子溶出法、微球造孔、發(fā)泡法等。粒子溶出法在骨水泥粉體中加入可溶于水的顆粒作為造孔劑，如食鹽、蔗糖、甘露醇、碳酸氫鈉、磷酸二氫鈉和谷氨酸鈉等，待骨水泥固化后將其浸泡入水或其他溶液中，使其中的造孔劑溶出而留下孔隙。該法簡單易行，孔型和孔隙率可通過造孔劑進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是耗時長，不能注射，不利于微創(chuàng)。同時該法的造孔劑幾乎都不是骨修復(fù)材料，殘留物可能影響生物相容性，不利于骨修復(fù)過程。微球造孔的方法是將骨水泥固相做成微球，或在骨水泥中添加具有骨修復(fù)作用的有機(jī)微球，如明膠、殼聚糖和聚乳酸等，通過微球間的空隙形成多孔結(jié)構(gòu)。該法制備多孔骨水泥雖然有可注射性，但是孔隙率和孔的貫通程度相對較低。發(fā)泡法制備多孔骨水泥技術(shù)采用氣體作為致孔劑，包括物理發(fā)泡法和化學(xué)發(fā)泡發(fā)。物理發(fā)泡法利用特殊設(shè)備在骨水泥漿料中注入氣泡，設(shè)備要求高。化學(xué)發(fā)泡法主要采用化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生氣泡致孔，目前使用的化學(xué)發(fā)泡劑多為雙氧水發(fā)泡劑、表面活性劑、碳酸鹽類化合物發(fā)泡等。前兩種發(fā)泡劑要配置溶液，操作步驟較復(fù)雜，且反應(yīng)迅速，不易控制。后一種發(fā)泡劑使用制備的材料孔徑較小在50-200um左右(CN 1193614A)，且還需加入表面活性劑，操作步驟較復(fù)
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用金屬致孔劑制備的多孔骨水泥及其制備方法，通過控制致孔劑的粒徑和加入量，達(dá)到控制多孔骨水泥孔隙率和孔徑的目的，同時操作過程簡單快捷，且可注射成型，利于臨床操作。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為一種用金屬致孔劑制備的多孔骨水泥，由β -TCP、Ca(H2PO4 )2 · H20、檸檬酸溶液和金屬粉末制備而成；
所述的金屬粉末為鎂粉、鈣粉或鋁粉中的一種或幾種混合；該多孔骨水泥的制備方法為
1)按摩爾比為1 1的比例稱取β -TCP和Ca (H2PO4 ) 2 · H2O粉末放入研缽中，混合均勻研磨15min制得復(fù)合粉體，備用；
2)將濃度為0.5mol/L的檸檬酸溶液加入步驟中1所得的復(fù)合粉體中，加入的量為每毫升檸檬酸溶液對應(yīng)2. 7-3. 2g復(fù)合粉體，然后調(diào)拌30-40s，得到均勻漿料；
3)按質(zhì)量比為440-460:1-3的比例在步驟2)的均勻漿料中迅速加入金屬粉末，調(diào)拌30-40s，得到含有均勻泡沫的漿料；
4)將步驟3)的漿料倒入模具中，使其自然發(fā)泡固化，得到多孔骨水泥材料；所述的金屬粉末為粒徑介于200-300目的鎂粉、鈣粉或鋁粉中的一種或幾種混合。本發(fā)明中，金屬粉末在使用鎂粉、鈣粉或鋁粉混合時，對各組分的比例無要求。本發(fā)明選用本身就可以作為骨修復(fù)材料的金屬(Mg、Ca、Al等)粉末作為致孔劑，加入骨水泥漿料中，利用活潑金屬易與固化液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氣體均與分布于骨水泥基質(zhì)而致孔，反應(yīng)機(jī)理如下
M+H20 —M (OH)2(或3)+H2 個M+H+ —M2+(或 3+)+吐個
有益效果本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)
1)本發(fā)明通過控制致孔劑的粒徑和摻入量，可使多孔骨水泥孔的直徑在100-600um左右，孔隙率45-70%左右，孔的貫通性良好；同時可通過調(diào)節(jié)致孔劑的加入量，調(diào)節(jié)孔隙率，滿足對松質(zhì)骨的需求，操作過程簡單快捷，且可注射成型，利于臨床操作；
2)本發(fā)明中，致孔劑的使用量很小，不會影響到材料的主要組成，反應(yīng)后致孔劑幾乎沒有殘留，而即使少量殘留，由于其本身及其與反應(yīng)產(chǎn)物均具有骨修復(fù)材料，因此不會影響的材料的生物功能；
3)本發(fā)明所制備的多孔骨水泥，其孔徑在100-600um，大孔上有小孔相互貫通，滿足骨組織工程支架關(guān)于孔徑的要求；同時材料的抗壓強(qiáng)度在7-12MPa，與骨松質(zhì)的力學(xué)強(qiáng)度相匹配；可注射系數(shù)在73%-85%之間，操作方便，并有利于臨床開展微創(chuàng)手術(shù)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。實(shí)施例1
一種用金屬致孔劑制備的多孔骨水泥的方法為
1)按摩爾比為1 1的比例稱取β -TCP和Ca (H2PO4 ) 2 · H2O粉末放入研缽中，混合均勻研磨15min制得復(fù)合粉體，備用；
2)將濃度為0.5mol/L的檸檬酸溶液加入步驟中1所得的復(fù)合粉體中，加入的量為每毫升檸檬酸溶液2. 7g復(fù)合粉體，然后使用光滑不銹鋼刀調(diào)拌30-40s，得到均勻漿料；
3)按質(zhì)量比為4401的比例在步驟2)的均勻漿料中迅速加入粒徑介于200-300目的金屬鎂粉末，使用光滑不銹鋼刀調(diào)拌30-40S，得到含有均勻細(xì)小泡沫的漿料；4)將步驟3)的漿料倒入模具中，使其發(fā)泡固化，得到多孔骨水泥材料。取制得的材料進(jìn)行各項性能檢測，具體如下 (1)固化時間
取步驟3的漿料，移入φ 9 X 5mm模具內(nèi)，壓平，置于相對濕度100%，37°C恒溫箱內(nèi)，400N 負(fù)荷下，將一個針尖直徑為Imm的不銹鋼針扎水泥柱面，至負(fù)載停止下移為水泥固化時間。取5個樣，求平均值。(2)可注射系數(shù)的測定
取規(guī)格為2mL的注射器稱重，記為Hitl ；然后取制備步驟3)所得的均勻漿料填入注射器(注射器內(nèi)徑為9mm、出口端內(nèi)徑為1mm)，再次稱重記為Hi1 ；待到^iin時，以恒定速率 150mm/min擠出CPC泥漿，待到推力大于200N時停止，取出注射器稱重記為m2。以公式IC=(m2-mi)/( Hi1-Hitl) X 100%計算可注射系數(shù)(IC)，取5個樣，求平均值。(3)抗壓強(qiáng)度的測定
將樣品制成兩端平整的Φ12Χ12πιπι圓柱狀試樣，待樣品固化后將其在相對濕度100% 的37°C恒溫箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)72h，使用SHIMADZU SES-1000測試其抗壓強(qiáng)度，載荷900N，加壓速度 lmm/min。每組選取5個無損試樣，測試其平均值。(4)將樣品制備為20X20X20mm的樣品，使用阿基米德法測孔隙率。(5)晶相組成測試。將材料磨成細(xì)粉，采用X晶相衍射儀(X'Pert Pro MPD X， Philips)檢測其晶相組成，掃描步長0. 06° /s。檢測結(jié)果為檢測骨水泥的固化時間為IOmin左右，抗壓強(qiáng)度顯示材料具有12Mpa 左右的抗壓強(qiáng)度，有大孔，有小孔，孔貫通，孔徑在100-600um，孔隙率在45%左右，可注射系數(shù)75%，晶相組成測試表明材料的主要組成為透鈣磷石。實(shí)施例2
一種用金屬致孔劑制備的多孔骨水泥的方法為
1)按摩爾比為1 1的比例稱取β -TCP和Ca (H2PO4 ) 2 · H2O粉末放入研缽中，混合均勻研磨15min制得復(fù)合粉體，備用；
2)將濃度為0.5mol/L的檸檬酸溶液加入步驟中1所得的復(fù)合粉體中，加入的量為每毫升檸檬酸溶液3. 2g復(fù)合粉體，然后使用光滑不銹鋼刀調(diào)拌30-40s，得到均勻漿料；
3)按質(zhì)量比為460:3的比例在步驟2)的均勻漿料中迅速加入粒徑介于200-300目的金屬鈣粉末，使用光滑不銹鋼刀調(diào)拌30-40S，得到含有均勻細(xì)小泡沫的漿料；
4)將步驟3)的漿料倒入模具中，使其發(fā)泡固化，得到多孔骨水泥材料。取制得的材料進(jìn)行各項性能檢測，檢測方法如實(shí)施例1所示。檢測結(jié)果為使用吉爾摩針法檢測骨水泥的固化時間為ISmin左右，抗壓強(qiáng)度顯示材料具有8Mpa左右的抗壓強(qiáng)度，孔徑在100-600um，大孔上有小孔相互貫通，孔隙率在 70%左右，可注射系數(shù)73%，滿足對松質(zhì)骨的需求，晶相組成測試表明材料的主要組成為透鈣磷石。實(shí)施例3
一種用金屬致孔劑制備的多孔骨水泥的方法為
1)按摩爾比為1 1的比例稱取β -TCP和Ca (H2PO4 ) 2 · H2O粉末放入研缽中，混合均勻研磨15min制得復(fù)合粉體，備用；2)將濃度為0.5mol/L的檸檬酸溶液加入步驟中1所得的復(fù)合粉體中，加入的量為每毫升檸檬酸溶液2. 9g復(fù)合粉體，然后使用光滑不銹鋼刀調(diào)拌30-40s，得到均勻漿料；
3)按質(zhì)量比為450:2的比例在步驟2)的均勻漿料中迅速加入粒徑介于200-300目的金屬鋁粉末，使用光滑不銹鋼刀調(diào)拌30-40S，得到含有均勻細(xì)小泡沫的漿料；
4)將步驟3)的漿料倒入模具中，使其發(fā)泡固化，得到多孔骨水泥材料。取制得的材料進(jìn)行各項性能檢測，檢測方法如實(shí)施例1所示。檢測結(jié)果為使用吉爾摩針法檢測骨水泥的固化時間為15min左右，抗壓強(qiáng)度顯示材料具有8Mpa左右的抗壓強(qiáng)度，有大孔，有小孔。孔貫通，孔徑在100-600um，孔隙率在 70%左右，可注射系數(shù)85%，晶相組成測試表明材料的主要組成為透鈣磷石。實(shí)施例4
一種用金屬致孔劑制備的多孔骨水泥的方法為
1)按摩爾比為1 1的比例稱取β -TCP和Ca (H2PO4 ) 2 · H2O粉末放入研缽中，混合均勻研磨15min制得復(fù)合粉體，備用；
2)將濃度為0.5mol/L的檸檬酸溶液加入步驟中1所得的復(fù)合粉體中，加入的量為每毫升檸檬酸溶液2. 7g復(fù)合粉體，然后使用光滑不銹鋼刀調(diào)拌30-40s，得到均勻漿料；
3)按質(zhì)量比為430:3的比例在步驟2)的均勻漿料中迅速加入粒徑介于200-300目的金屬鋁和金屬鈣混合粉末，其中，金屬鋁和金屬鈣的質(zhì)量比為1:1，然后使用光滑不銹鋼刀調(diào)拌30-40s，得到含有均勻細(xì)小泡沫的漿料；
4)將步驟3)的漿料倒入模具中，使其發(fā)泡固化，得到多孔骨水泥材料。取制得的材料進(jìn)行各項性能檢測，檢測方法如實(shí)施例1所示。檢測結(jié)果為使用吉爾摩針法檢測骨水泥的固化時間為20min左右，抗壓強(qiáng)度顯示材料具有8Mpa左右的抗壓強(qiáng)度，有大孔，有小孔，孔貫通，孔徑在100-600um，孔隙率在 65%左右，可注射系數(shù)83%，晶相組成測試表明材料的主要組成為透鈣磷石。實(shí)施例5
一種用金屬致孔劑制備的多孔骨水泥的方法為
1)按摩爾比為1 1的比例稱取β -TCP和Ca (H2PO4 ) 2 · H2O粉末放入研缽中，混合均勻研磨15min制得復(fù)合粉體，備用；
2)將濃度為0.5mol/L的檸檬酸溶液加入步驟中1所得的復(fù)合粉體中，加入的量為每毫升檸檬酸溶液3. 2g復(fù)合粉體，然后使用光滑不銹鋼刀調(diào)拌30-40s，得到均勻漿料；
3)按質(zhì)量比為460:1的比例在步驟2)的均勻漿料中迅速加入粒徑介于200-300目的金屬鋁和金屬鎂混合粉末，其中，金屬鋁和金屬鎂的質(zhì)量比為1:1，然后使用光滑不銹鋼刀調(diào)拌30-40s，得到含有均勻細(xì)小泡沫的漿料；
4)將步驟3)的漿料倒入模具中，使其發(fā)泡固化，得到多孔骨水泥材料。取制得的材料進(jìn)行各項性能檢測，檢測方法如實(shí)施例1所示。檢測結(jié)果為使用吉爾摩針法檢測骨水泥的固化時間為IOmin左右，抗壓強(qiáng)度顯示材料具有IOMpa左右的抗壓強(qiáng)度，有大孔，有小孔，孔貫通，孔徑在100-600um，孔隙率在 55%左右，可注射系數(shù)81%，晶相組成測試表明材料的主要組成為透鈣磷石。
權(quán)利要求
1. 一種用金屬致孔劑制備多孔骨水泥的方法，其特征在于，包括以下步驟1)按摩爾比為1 1的比例稱取β -TCP和Ca (H2PO4 ) 2 · H2O粉末放入研缽中，混合均勻研磨15min制得復(fù)合粉體，備用；2)將濃度為0.5mol/L的檸檬酸溶液加入步驟中1所得的復(fù)合粉體中，加入的量為每毫升檸檬酸溶液對應(yīng)2. 7-3. 2g復(fù)合粉體，然后調(diào)拌30-40s，得到均勻漿料；3)按質(zhì)量比為440-460:1-3的比例在步驟2)的均勻漿料中迅速加入金屬粉末，調(diào)拌30-40s，得到含有均勻泡沫的漿料；4)將步驟3)的漿料倒入模具中，使其自然發(fā)泡固化，得到多孔骨水泥材料；所述的金屬粉末為粒徑介于200-300目的鎂粉、鈣粉或鋁粉中的一種或幾種混合。
全文摘要
一種用金屬致孔劑制備多孔骨水泥的方法，按摩爾比為1:1的比例稱取β-TCP和Ca(H2PO4)2·H2O粉末研磨后制成復(fù)合粉體，在其中加入0.5mol/L的檸檬酸溶液調(diào)和，然后在其中加入金屬粉末，使其自然發(fā)泡固化，得到多孔骨水泥材料。本發(fā)明選用本身就可以作為骨修復(fù)材料的金屬(Mg、Ca、Al等)粉末作為致孔劑，加入骨水泥漿料中，利用活潑金屬易與固化液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氣體均與分布于骨水泥基質(zhì)而致孔，因此可通過控制致孔劑的粒徑和摻入量，控制孔徑和孔隙率且孔的貫通性良好。
文檔編號A61L27/12GK102552986SQ20121004757
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者喬曉嵐, 馮書營, 張曉蘭, 李光大, 李萍, 趙三團(tuán), 馬建華 申請人:河南科技大學(xué)