CN107670103A - 聚乙烯吡络烷酮改性的骨水泥及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚乙烯吡络烷酮改性的骨水泥及制备方法,包括粉剂和固化液:粉剂为半水硫酸钙,固化液为聚乙烯吡络烷酮水溶液,浓度为0.1%~5%,液固比为0.4~0.6ml/g。制备浓度为0.1%~5%的聚乙烯吡络烷酮固化液;然后按照液固比加入半水硫酸钙粉剂混合,搅拌均匀,室温固化形成可注射型骨水泥。由于聚乙烯吡络烷酮是一种极易溶于水的高分子聚合物,其无臭、无味、几乎无毒,且具有良好的生物相容性和较强的结合性。本发明中的骨水泥还具有良好的生物相容性和可降解性,能够用于各种骨缺损的填充和修复。应用于组织工程和医药领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于人体硬组织修复的可注射型骨水泥及制备方法,特别是聚乙烯吡络烷酮改性的骨水泥及制备方法;主要用于生物医用材料等领域。
背景技术
由于意外事故、创伤或疾病会导致骨损坏或骨缺损,传统的外科手术不仅费用昂贵,而且还会给患者带来痛苦。长期以来,为了寻求理想的骨移植材料,许多科研人员不懈的努力着。目前,骨移植材料主要分为三大类:自体骨骨移植材料、异体骨骨移植材料和人工骨骨移植材料。自体骨虽然无免疫排斥反应,但由于其数量有限且会对自身造成二次伤害等缺点而使其在临床应用中受到限制;异体骨虽然数量较自体骨多,但由于其可能存在免疫排斥、供体可能有病毒及社会道德伦理问题等的限制,所以异体骨也不是骨移植材料的最好选择。为了解决以上两种骨移植材料的问题,为了获得理想的骨移植材料,于是,科研工作者们开始研究人工骨。
骨水泥是新一代的骨替代材料,在骨缺损的填充、骨移植和骨移植材料的固定等方面具有广泛的应用。生物活性骨水泥由固相和液相两部分组成,固液相按照一定的比例混合后可形成具有可自固化的浆体,该浆体具有任意塑造性。硫酸钙骨水泥(CSC)作为骨修复材料已有100多年的历史,因其可原位自固化,具有可注射性和骨诱导性,且能够完全降解等优点使其成为良好的骨修复材料,但其生物活性低、降解速率快等缺点又制约了它的发展与临床应用。因此,对硫酸钙骨水泥进行改善从而使其得到更广泛的应用已成为骨修复材料领域研究的重点之一。
半水硫酸钙具有水硬性,遇到水溶液后可原位自固化为高强度的二水硫酸钙,二水硫酸钙能够促使成骨细胞附着,促进成骨,同时破骨细胞能够吸收硫酸钙,使其实现生物降解。但是在临床应用中,因硫酸钙的降解速率比新骨生成的速率快,容易导致手术失败。
聚乙烯吡络烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)是一种极易溶于水的高分子聚合物,其无臭、无味、几乎无毒,且具有良好的生物相容性和较强的结合性。良好的生物相容性使PVP在医药和生物材料领域备受关注,较强的结合性使PVP能很好的与其他材料相结合,从而使其具有广泛的应用。
由于单一的材料所制备的人工移植骨一般都会存在强度不足、降解速率与新骨再生速率不相符等缺点,因此,将其他安全有益的物质按照一定的比例组合制备而成的骨移植材料,可以对其取长补短,从而提高材料的理化和生物学性能,从而获得一种理想的人工骨修复材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的聚乙烯吡络烷酮改性的骨水泥及制备方法,通过该方法制得的骨水泥材料具有较强的抗溃散性强、较好的可注射性以及较高的抗压强度,同时还具有良好的生物相容性和生物可降解性。
本发明采用的一种新型的聚乙烯吡络烷酮改性的骨水泥,包括粉剂和固化液:其中粉剂为半水硫酸钙,固化液为聚乙烯吡络烷酮(PVP)水溶液,浓度为0.1%~5%,液固比为0.4~0.6ml/g。
本发明的聚乙烯吡络烷酮改性的骨水泥的制备方法,包括如下步骤:
(1)按照比例制备浓度为0.1%~5%的聚乙烯吡络烷酮(PVP)固化液;
(2)按照液固比加入半水硫酸钙粉剂混合,搅拌混合均匀,室温固化形成可注射型骨水泥。
所述的半水硫酸钙为α一半水硫酸钙。
本发明中,将半水硫酸钙按照一定的液固比与聚乙烯吡络烷酮水溶液混合、固化,制备出一种新型的可注射型骨水泥。聚乙烯吡络烷酮是一种极易溶于水的高分子聚合物,其无臭、无味、几乎无毒,且具有良好的生物相容性和较强的结合性。良好的生物相容性使PVP在医药和生物材料领域备受关注,较强的结合性使PVP能很好的与其他材料相结合,所以聚乙烯吡络烷酮的添加可以改善骨水泥的力学性能。同时,本发明中的骨水泥还具有良好的生物相容性和可降解性,能够用于各种骨缺损的填充和修复。应用于组织工程和医药领域。
附图说明
图1:可注射型骨水泥材料固化后的可注射时间图。
图2:可注射型骨水泥材料固化后测试抗压强度的结果图。
图3:可注射型骨水泥材料固化后的XRD图谱。
图4:可注射型骨水泥材料的SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的内容作进一步的详细说明:
实施例1:
在室温下,称取5g半水硫酸钙,量取2.5mL的浓度为0.1%的聚乙烯吡络烷酮水溶液,将液相水溶液与固相粉末按照液固比为0.5mL/g的比例混合搅拌0.5min,可注射时间为4.1min左右,如附图1所示。固化后对骨水泥试样进行抗压强度测试,抗压强度测试试样为圆柱状(Φ6mm×12mm),抗压强度平均值为15.15Mpa,如附图2所示,而人体松质骨抗压强度一般为5~10Mpa,所以符合实际应用的要求。
实施例2:
在室温下,称取5g半水硫酸钙,量取2.5mL的浓度为0.5%的聚乙烯吡络烷酮水溶液,将液相水溶液与固相粉末按照液固比为0.5mL/g的比例混合搅拌0.5min,可注射时间为4.5min左右,如附图1所示。按照实施例1对其固化后骨水泥试样进行抗压强度测试,抗压强度平均值为15.64Mpa,如附图2所示,而人体松质骨抗压强度一般为5~10Mpa,所以符合实际应用的要求。将固化后的骨水泥研磨成粉末,然后通过XRD对其进行物相分析,如附图3所示,固化后的骨水泥主要成分为二水硫酸钙,说明固化过程中半水硫酸钙很快变成二水硫酸钙。研究表明,二水硫酸钙能够促使成骨细胞附着,促进成骨,同时破骨细胞能够吸收硫酸钙,使其实现生物降解。
实施例3:
在室温下,称取5g半水硫酸钙,量取2.5mL的浓度为1%的聚乙烯吡络烷酮水溶液,将液相水溶液与固相粉末按照液固比为0.5mL/g的比例混合搅拌0.5min,可注射时间为4.0min左右,如附图1所示。按照实施例1对其固化后骨水泥试样进行抗压强度测试,抗压强度平均值为16.43Mpa,如附图2所示,而人体松质骨抗压强度一般为5~10Mpa,所以符合实际应用的要求。将固化后的骨水泥研磨成粉末,然后通过XRD对其进行物相分析,如附图3所示,固化后的骨水泥主要成分为二水硫酸钙,说明固化过程中半水硫酸钙很快变成二水硫酸钙。然后对该粉末进行SEM表征,如附图4所示,固化后的骨水泥呈柱状分布。
实施例4:
在室温下,称取5g半水硫酸钙,量取2.5mL的浓度为3%的聚乙烯吡络烷酮水溶液,将液相水溶液与固相粉末按照液固比为0.5mL/g的比例混合搅拌0.5min,可注射时间为4.03min左右,如附图1所示。按照实施例1对其固化后骨水泥试样进行抗压强度测试,抗压强度平均值为18.34Mpa,如附图2所示,而人体松质骨抗压强度一般为5~10Mpa,所以符合实际应用的要求。通过XRD和SEM表征进行成分和形貌分析,其主要成分是二水硫酸钙,呈柱状分布。固化后将骨水泥放到SBF溶液中浸泡,抗溃散性良好。骨水泥用于局部填充时,需直接接触骨缺损部位的流动血液,良好的抗溃散性使其不易被冲散,从而提高手术的成功几率。
实施例5:
在室温下,称取5g半水硫酸钙,量取2.5mL的浓度为5%的聚乙烯吡络烷酮水溶液,将液相水溶液与固相粉末按照液固比为0.5mL/g的比例混合搅拌0.5min,可注射时间为3.56min左右,如附图1所示。按照实施例1对其固化后骨水泥试样进行抗压强度测试,抗压强度平均值为19.01Mpa,如附图2所示,而人体松质骨抗压强度一般为5~10Mpa,所以符合实际应用的要求。通过XRD和SEM表征进行成分和形貌分析,其主要成分是二水硫酸钙,呈柱状分布。固化后将骨水泥放到SBF溶液中浸泡,抗溃散性良好。
实施例6:
在室温下,称取5g半水硫酸钙,量取2.5mL的去离子水,将液相水与固相粉末按照液固比为0.5mL/g的比例混合搅拌0.5min,可注射时间为3.81min左右。对其固化后骨水泥试样进行抗压强度测试,抗压强度平均值为12.57Mpa,而人体松质骨抗压强度一般为5~10Mpa,所以符合实际应用的要求。通过XRD和SEM表征进行成分和形貌分析,其主要成分是二水硫酸钙,呈柱状分布。固化后将骨水泥放到SBF溶液中浸泡,抗溃散性良好。
实施例7:
在室温下,称取5g半水硫酸钙,量取2mL的浓度为0.1%的聚乙烯吡络烷酮水溶液,将液相水溶液与固相粉末按照液固比为0.4mL/g的比例混合搅拌0.5min,可注射时间为4.2min左右。对其固化后骨水泥试样进行抗压强度测试,其抗压强度高于人体松质骨抗压强度(5~10Mpa)的要求。通过XRD和SEM表征进行成分和形貌分析,其主要成分是二水硫酸钙,呈柱状分布。固化后将骨水泥放到SBF溶液中浸泡,抗溃散性良好。
实施例8:
在室温下,称取5g半水硫酸钙,量取2mL的浓度为3%的聚乙烯吡络烷酮水溶液,将液相水溶液与固相粉末按照液固比为0.4mL/g的比例混合搅拌0.5min,可注射时间为3.9min左右。对其固化后骨水泥试样进行抗压强度测试,其抗压强度高于人体松质骨抗压强度(5~10Mpa)的要求。通过XRD和SEM表征进行成分和形貌分析,其主要成分是二水硫酸钙,呈柱状分布。固化后将骨水泥放到SBF溶液中浸泡,抗溃散性良好。
实施例9:
在室温下,称取5g半水硫酸钙,量取2mL的浓度为5%的聚乙烯吡络烷酮水溶液,将液相水溶液与固相粉末按照液固比为0.4mL/g的比例混合搅拌0.5min,可注射时间为3.8min左右。对其固化后骨水泥试样进行抗压强度测试,其抗压强度高于人体松质骨抗压强度(5~10Mpa)的要求。通过XRD和SEM表征进行成分和形貌分析,其主要成分是二水硫酸钙,呈柱状分布。固化后将骨水泥放到SBF溶液中浸泡,抗溃散性良好。
实施例10:
在室温下,称取5g半水硫酸钙,量取3mL的浓度为0.1%的聚乙烯吡络烷酮水溶液,将液相水溶液与固相粉末按照液固比为0.6mL/g的比例混合搅拌0.5min,可注射时间为5.24min左右。对其固化后骨水泥试样进行抗压强度测试,其抗压强度高于人体松质骨抗压强度(5~10Mpa)的要求。通过XRD和SEM表征进行成分和形貌分析,其主要成分是二水硫酸钙,呈柱状分布。固化后将骨水泥放到SBF溶液中浸泡,抗溃散性良好。
实施例11:
在室温下,称取5g半水硫酸钙,量取3mL的浓度为3%的聚乙烯吡络烷酮水溶液,将液相水溶液与固相粉末按照液固比为0.6mL/g的比例混合搅拌0.5min,可注射时间为4.42min左右。对其固化后骨水泥试样进行抗压强度测试,其抗压强度高于人体松质骨抗压强度(5~10Mpa)的要求。通过XRD和SEM表征进行成分和形貌分析,其主要成分是二水硫酸钙,呈柱状分布。固化后将骨水泥放到SBF溶液中浸泡,抗溃散性良好。
实施例12:
在室温下,称取5g半水硫酸钙,量取3mL的浓度为5%的聚乙烯吡络烷酮水溶液,将液相水溶液与固相粉末按照液固比为0.6mL/g的比例混合搅拌0.5min,可注射时间为4.13min左右。对其固化后骨水泥试样进行抗压强度测试,其抗压强度高于人体松质骨抗压强度(5~10Mpa)的要求。通过XRD和SEM表征进行成分和形貌分析,其主要成分是二水硫酸钙,呈柱状分布。固化后将骨水泥放到SBF溶液中浸泡,抗溃散性良好。
Claims (3)
1.一种可注射型骨水泥及制备方法,包括粉剂和固化液:其中粉剂为半水硫酸钙,固化液为聚乙烯吡络烷酮水溶液,浓度为0.1%~5%,液固比为0.4~0.6ml/g。
2.如权利要求1所述的材料,其特征是所述固化液为浓度为0.1%~5%的聚乙烯吡络烷酮水溶液。
3.根据权利要求1或2所述的可注射型骨水泥材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)按照比例制备浓度为0.1%~5%的聚乙烯吡络烷酮固化液;
(2)按照液固比加入半水硫酸钙粉剂混合,搅拌混合均匀,室温固化形成可注射型骨水泥。
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