CN103656744B

CN103656744B - 骨水泥固化液及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN103656744B
Application number: CN201310642408.4A
Authority: CN
Inventors: 刘涛; 杨迪诚; 何丹农
Original assignee: Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Current assignee: Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2033-12-04
Also published as: CN103656744A

Abstract

本发明涉及一种骨水泥固化液及其制备方法和应用。该固化液，各组分质量百分含量为：柠檬酸3-55%；磷酸化壳聚糖0.05-10%；水溶性高分子类总量不大于15%，无机盐类总量不大于20%，有机小分子类不大于45%，余量为水，或酸溶液。本发明提供的固化液配方的制备方法丰富了壳聚糖改性骨水泥的方式，简单、易行、效果好、适于在不同无机钙基骨水泥体系中推广使用，可大规模应用。

Description

骨水泥固化液及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种生物医用材料技术领域的方法，具体是一种磷酸化壳聚糖改性的骨水泥固化液配方及其制备方法。

背景技术

可注射磷酸钙骨水泥用于骨修复时对其综合性能要求苛刻，如良好的生物相容性、骨传导性、可降解性、一定的力学强度、抗溃散、可注射等。而磷酸钙本身往往不能同时满足以上要求，一般须往磷酸钙系骨水泥粉末或固化液中添加改性剂、增强剂、交联剂等。

在众多材料中，壳聚糖及其衍生物由于其生物相容性好、可降解、对骨水泥有明显增强作用受到广泛关注。磷酸化壳聚糖是壳聚糖中的一种常见衍生物，常作为骨骼替换和药物控制释放材料，适用于整形和组织工程。此外，磷酸化壳聚糖的溶解度和对金属离子的络合能力较壳聚糖本身有大幅提高。考虑到磷酸钙系骨水泥在固化时会涉及到钙离子的溶解与磷酸钙再结晶。磷酸基元的引入可以更快地促进骨水泥成型并增强。如果能将壳聚糖与磷酸根的各自优点结合当可开发出综合性能更加优异的新型骨水泥。

本发明针对以上背景与现有技术的不足，提供一种新型骨水泥固化液及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型骨水泥固化液配方及其制备方法和应用。结合传统的壳聚糖改性骨水泥与磷酸盐改性骨水泥的优点，通过恰当地合成路线及配方制备，开发出一种新型骨水泥固化液配方。

一种骨水泥固化液，其特征在于，其中各组分质量百分含量如下：

柠檬酸：3-55%；

磷酸化壳聚糖：0.05-10%；

水溶性高分子类总量不大于15%，其中，羧甲基纤维素钠：0-5%、透明质酸：0-1%、羟丙基甲基纤维素：0-2%、聚乙烯醇：0-1.5%、聚乙二醇：0-10%、淀粉：0-5%、明胶：0-2%、胶原蛋白：0-2%；

无机盐类总量不大于20%，其中，硫酸钠：0-15%、硫酸钾：0-15%、硫酸铵：0-15%、硫酸镁：0-10%、氯化钠：0-10%、氯化钾：0-10%、氯化钙：0-15%；

有机小分子类不大于45%，其中，甘油磷酸钠：0-15%、葡萄糖：0-15%、甘露糖：0-15%、环糊精：0-5%、甘油：0-40%；

余量为水，或酸溶液。

一种骨水泥固化液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）配制含3-55%柠檬酸和0.05-10%磷酸化壳聚糖的溶液；

（2）在柠檬酸-壳聚糖溶液的基础上添加水溶性高分子、无机盐或有机小分子改性剂中的一种或其组合得到最终的固化液；

（3）若固化液长期不用，将其保存于4℃环境，使用前预溶；

（4）将骨水泥粉末与固化液按液固比进行调和，即可得到磷酸化壳聚糖改性的骨水泥。

步骤（1）所述的柠檬酸-磷酸化壳聚糖溶液的溶剂为水溶液，或酸性溶液。

所述酸性溶液为0.01-0.3 M盐酸溶液、0.01-0.3 M硫酸溶液、0.01-0.5 M磷酸溶液、0.01-0.6 M乙酸溶液、0.01-0.2 M硝酸溶液、0.01-0.5 M抗坏血酸溶液、0.01-0.5 M乳酸溶液中的一种或其组合。

步骤（2）所述的溶液的配制方式为室温溶解，或60℃以下加热助溶，还可以辅以机械搅拌或磁力搅拌。

步骤（3）所述的预溶方式为在37℃以下加热使固化液成为可流动的液体。

步骤（5）所述的骨水泥粉末为β-磷酸三钙为主体成份、羟基磷灰石为辅助成分的骨水泥粉末，羟基磷灰石的含量为0.5-49%。

步骤（5）所述的液固比为每1 克骨水泥粉末中加入0.30-0.70 毫升的固化液。

一种骨水泥固化液作为骨水泥固化液的应用。

表观密度测试方法为：首先采用直径6 mm高度10 mm的圆柱状模具制备骨水泥样品，然后测量固化24小时后的骨水泥样品的实际直径、高度和质量，计算出其密度即为表观密度。

溃散系数的测试方法为：将固化后骨水泥在水中浸泡10天后质量减少百分比作为溃散系数。

含骨水泥水溶液的pH值测试方法为：将1.0 g固化24小时后的骨水泥放在20 mL超纯水中，然后用pH计测定其在不同浸泡时间的pH值。

抗压强度测试方法为：首先采用直径6 mm高度10 mm的圆柱状模具制备骨水泥样品，在37 ^oC，100%湿度条件下固化。然后利用万能力学试验机测量固化24小时后的骨水泥样品的抗压强度。

骨水泥在挤压注射时无固液分离现象，注射能力系数不小于80%，初凝时间不超过40 min。其固化后加入水中pH值在5-9范围内，表观密度不小于1.30 g/cm³，溃散系数不大于3%，抗压强度不小于2.5 MPa。

具体实施方式

以下实施例以发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。

实施例1：

称取86 g二水合磷酸氢钙和25 g碳酸钙，将其加入到165 mL水中球磨混合均匀。然后将水减压蒸馏，在80 ^oC真空干燥箱中干燥得到混合粉体。将粉体在900 ^oC炉中段烧15 h后采用湿法球磨得到骨水泥分散液。将分散液离心、干燥后得到骨水泥粉末主体成分，主要为β-磷酸三钙。将96 g β-磷酸三钙和4 g羟基磷灰石混合均匀得到骨水泥粉末。

实施例2：

称取0.2 g磷酸化壳聚糖加入到10 mL 40 wt%柠檬酸水溶液中，加水到总质量为19.8克。然后加入0.2克羧甲基纤维素钠，得到磷酸化壳聚糖与羧甲基纤维素钠改性的固化液。将固化液与实施例1中由β-磷酸三钙与羟基磷灰石组成的骨水泥粉末按0.5 mL/g的液固比进行调和，参照标准ASTM C191测定初凝时间为31 min。注射能力系数为94%。固化24小时后骨水泥表观密度为1.47 g/cm³，水中溃散系数为1.5%，抗压强度6.7 MPa。将其加入水中，溶液呈中性。

实施例3：

称取0.2 g磷酸化壳聚糖加入到10 mL 40 wt%柠檬酸水溶液中，加水到总质量为17.8 g。然后加入0.2 g羧甲基纤维素钠和2 g甘油，得到磷酸化壳聚糖与羧甲基纤维素钠改性的固化液。将固化液与实施例1中由β-磷酸三钙与羟基磷灰石组成的骨水泥粉末按0.5 mL/g的液固比进行调和，参照标准ASTM C191测定初凝时间为23 min。注射能力系数为93%。固化24小时后骨水泥表观密度为1.44 g/cm³，水中溃散系数为1.0%，抗压强度7.0 MPa。将其加入水中，溶液呈中性。

实施例4：

称取0.2 g磷酸化壳聚糖加入到10 mL 40 wt%柠檬酸水溶液中，加水到总质量为19.8 g。然后加入0.2 g明胶，得到磷酸化壳聚糖与明胶改性的固化液。将固化液与实施例1中由β-磷酸三钙与羟基磷灰石组成的骨水泥粉末按0.5 mL/g的液固比进行调和，参照标准ASTM C191测定初凝时间为6 min。注射能力系数为97%。固化24小时后骨水泥表观密度为1.45 g/cm³，水中溃散系数为0.9%，抗压强度5.3 MPa。将其加入水中，溶液呈中性。

实施例5：

称取0.2 g磷酸化壳聚糖加入到10 mL 40 wt%柠檬酸水溶液中，加水到总质量为17.8 g。然后加入0.2 g明胶和2 g甘油，得到磷酸化壳聚糖与明胶改性的固化液。将固化液与实施例1中由β-磷酸三钙与羟基磷灰石组成的骨水泥粉末按0.5 mL/g的液固比进行调和，参照标准ASTM C191测定初凝时间为31 min。注射能力系数为94%。固化24小时后骨水泥表观密度为1.46 g/cm³，水中溃散系数为1.3%，抗压强度2.7 MPa。将其加入水中，溶液呈中性。

实施例6：

称取0.2 g磷酸化壳聚糖加入到10 mL 40 wt%柠檬酸水溶液中，加水到总质量为19.8 g。然后加入0.2 g羟丙基甲基纤维素，得到磷酸化壳聚糖与羟丙基甲基纤维素改性的固化液。将固化液与实施例1中由β-磷酸三钙与羟基磷灰石组成的骨水泥粉末按0.5 mL/g的液固比进行调和，参照标准ASTM C191测定初凝时间为19 min。注射能力系数为92%。固化24小时后骨水泥表观密度为1.51 g/cm³，水中溃散系数为1.4%，抗压强度4.6 MPa。将其加入水中，溶液呈中性。

实施例7：

称取0.2 g磷酸化壳聚糖加入到10 mL 40 wt%柠檬酸水溶液中，加水到总质量为17.8 g。然后加入0.2 g羟丙基甲基纤维素和2 g甘油，得到磷酸化壳聚糖与羟丙基甲基纤维素改性的固化液。将固化液与实施例1中由β-磷酸三钙与羟基磷灰石组成的骨水泥粉末按0.5 mL/g的液固比进行调和，参照标准ASTM C191测定初凝时间为26 min。注射能力系数为90%。固化24小时后骨水泥表观密度为1.48 g/cm³，水中溃散系数为1.7%，抗压强度3.5 MPa。将其加入水中，溶液呈中性。

实施例8：

称取0.2 g磷酸化壳聚糖加入到10 mL 40 wt%柠檬酸水溶液中，加水到总质量为19.6 g。然后加入0.2 g羟丙基甲基纤维素和0.2 g明胶，得到磷酸化壳聚糖、羟丙基甲基纤维素和明胶改性的固化液。将固化液与实施例1中由β-磷酸三钙与羟基磷灰石组成的骨水泥粉末按0.5 mL/g的液固比进行调和，参照标准ASTM C191测定初凝时间为15 min。注射能力系数为98%。固化24小时后骨水泥表观密度为1.51 g/cm³，水中溃散系数为0.7%，抗压强度11.25 MPa。将其加入水中，溶液呈中性。

实施例9：

称取0.2 g磷酸化壳聚糖加入到10 mL 40 wt%柠檬酸水溶液中，加水到总质量为17.6 g。然后加入0.2 g羟丙基甲基纤维素、0.2 g明胶和2 g甘油，得到最终固化液。将固化液与实施例1中由β-磷酸三钙与羟基磷灰石组成的骨水泥粉末按0.5 mL/g的液固比进行调和，参照标准ASTM C191测定初凝时间为15min。注射能力系数为98%。固化24小时后骨水泥表观密度为1.47 g/cm³，水中溃散系数为0.5%，抗压强度2.7 MPa。将其加入水中，溶液呈中性。

Claims

1.骨水泥固化液的制备方法，其中各组分质量百分含量如下：柠檬酸：3-55%；磷酸化壳聚糖：0.05-10%；水溶性高分子类总量不大于15%，其中，羧甲基纤维素钠：0-5%、透明质酸：0-1%、羟丙基甲基纤维素：0-2%、聚乙烯醇：0-1.5%、聚乙二醇：0-10%、淀粉：0-5%、明胶：0-2%、胶原蛋白：0-2%；无机盐类总量不大于20%，其中，硫酸钠：0-15%、硫酸钾：0-15%、硫酸铵：0-15%、硫酸镁：0-10%、氯化钠：0-10%、氯化钾：0-10%、氯化钙：0-15%；有机小分子类不大于45%，其中，甘油磷酸钠：0-15%、葡萄糖：0-15%、甘露糖：0-15%、环糊精：0-5%、甘油：0-40%；余量为水，或酸溶液；其特征在于，包括以下步骤：

（1）配制含3-55%柠檬酸和0.05-10%磷酸化壳聚糖的溶液；

（4）将骨水泥粉末与固化液按液固比进行调和，即可得到磷酸化壳聚糖改性的骨水泥；

步骤（1）所述的柠檬酸-磷酸化壳聚糖溶液的溶剂为水溶液，或酸性溶液；

所述酸性溶液为0.01-0.3 M盐酸溶液、0.01-0.3 M硫酸溶液、0.01-0.5 M磷酸溶液、0.01-0.6 M乙酸溶液、0.01-0.2 M硝酸溶液、0.01-0.5 M抗坏血酸溶液、0.01-0.5 M乳酸溶液中的一种或其组合；

步骤（4）所述的骨水泥粉末为β-磷酸三钙为主体成份、羟基磷灰石为辅助成分的骨水泥粉末，羟基磷灰石的含量为0.5-49%；

步骤（4）所述的液固比为每1 克骨水泥粉末中加入0.30-0.70 毫升的固化液；

步骤（2）所述的溶液的配制方式为室温溶解，或60℃以下加热助溶，还可以辅以机械搅拌或磁力搅拌；