CN112043862A - 一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥，其特征在于，该镁缓释骨水泥由水剂和粉剂混合固化制成，所述粉剂按照质量百分数计，包括以下原料组分：磷酸钙化合物60～95％、镁化合物5～40％；所述水剂按照质量百分数计，包括以下原料组成：柠檬酸10～30％、聚乙烯吡咯烷酮5～20％、去离子水40～84％。本发明通过同时加入有机交联剂和特定镁盐作为缓释镁离子的供体，在实现镁离子缓释变慢的同时，避免了现有技术中由于镁降解过快造成的磷酸钙骨水泥崩解，此外，本发明获得的镁释缓骨水泥具有较好的生物相容性和一定的促成骨能力，能够很好的满足临床使用要求。
Description
技术领域
本发明属于医用骨水泥技术领域，具体涉及一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥及其制备方法。
背景技术
磷酸钙骨水泥因其在体内最终形成与天然骨成分类似的羟基磷灰石，且具有较好生物相容性，而有望成为理想的骨填充物，用于修复骨缺损；但磷酸钙骨水泥促成骨能力弱；在磷酸钙骨水泥中，添加镁或氧化镁后，通过镁的缓释可以提高促成骨活性；但由于镁或氧化镁降解速度较快，难以控制镁的缓释速率，也会导致含有镁或氧化镁的磷酸钙骨水泥在有水的环境中很快发生崩解；因此，研发性能更佳的骨水泥，仍然是目前研发人员主要攻克的主题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥，解决了现有含有镁的骨水泥中镁的降解速度较快且难以控制镁的缓释速率，从而导致含有镁或氧化镁的磷酸钙骨水泥在有水的环境中很快发生崩解和骨水泥促成骨能力不佳的问题。
本发明的目的还在于提供一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥的制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥，该镁缓释骨水泥由水剂和粉剂混合固化制成，所述粉剂按照质量百分数计，包括以下原料组分：磷酸钙化合物60～95％、镁化合物5～40％；所述水剂按照质量百分数计，包括以下原料组成：柠檬酸10～30％、聚乙烯吡咯烷酮5～20％、去离子水40～84％。
优选地，所述粉剂的质量与水剂的体积之间的比例为每1～2g粉剂加入0.1～1ml水剂。
优选地，所述磷酸钙化合物为磷酸四钙、磷酸钙、磷酸氢钙中的至少一种。
优选地，所述镁化合物为硫酸镁、磷酸镁、磷酸氢镁、氢化镁、碳酸镁中的至少一种。
本发明的第二个技术方案是这样实现的：一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥的制备方法，该方法通过以下步骤实现：
S1、按照质量百分比计，分别称取以下原料组分：磷酸钙钙化合物60～95％、镁化合物5～40％，将称取的所述磷酸钙钙化合物和镁化合物充分混合，获得粉剂，备用；
S2、按照质量百分比计，分别称取以下原料组分：柠檬酸10～30％、聚乙烯吡咯烷酮5～20％、去离子水40～84％，将称取的所述柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮和镁化合物充分混合，得到澄清的水溶液，获得水剂，备用；
S3、将S1获得的所述粉剂与S2获得的所述水剂按照质量与体积的比例为每1～2g粉剂加入0.1～1ml水剂进行混合，搅拌成粘稠状，静置固化，获得镁缓释骨水泥。
优选地，所述S1中，所述磷酸钙化合物为磷酸四钙、磷酸钙、磷酸氢钙中的至少一种。
优选地，所述S1中，所述镁化合物为硫酸镁、磷酸镁、磷酸氢镁、氢化镁、碳酸镁中的至少一种。
优选地，所述S2中，得到所述澄清的水溶液后，还包括：用碱溶液调节所述澄清的水溶液的pH值至3～7.4的工序。
优选地，所述碱溶液为碳酸氢钠溶液或氢氧化钠溶液。
优选地，所述S3中，所述静置固化的温度为4～37℃。。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过同时加入有机交联剂和特定镁盐作为缓释镁离子的供体，在实现镁离子缓释变慢的同时，避免了现有技术中由于镁降解过快造成的磷酸钙骨水泥崩解，此外，本发明获得的镁释缓骨水泥具有较好的生物相容性和一定的促成骨能力，能够很好的满足临床使用要求。
本发明制备方法通过同时控制构成粉剂各原料之间的比例关系、构成水剂各原料之间的比例关系、粉剂和水剂混合固化时的比例关系以及控制水剂的pH值为3～7.4，利用各物质之间的协同作用，从而获得一些列镁降解速度慢的镁缓释骨水泥，从而有效的避免了含有镁或氧化镁的磷酸钙骨水泥在有水的环境中很快发生崩解和骨水泥促成骨能力差的问题；此外，本发明工艺简单，易操作，制得大力推广使用。
附图说明
图1为本发明实施例1获得的镁缓释骨水泥与现有的含氧化镁的磷酸钙骨水泥进行生物相容性测试后的柱状对比图；
图2为本发明实施例1获得的镁缓释骨水泥与现有的含氧化镁的磷酸钙骨水泥在水中的抗崩解能力测试后的对比图；
图3为本发明实施例1获得的镁缓释骨水泥中碱性磷酸酶活性与现有的骨水泥中碱性磷酸酶活性的对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例在制备镁缓释骨水泥时，采用的原料均可以通过直接购买得到或现有技术制备得到。
以下实施例配置碳酸盐溶液时，采用的溶质为能够在水中电离出碳酸根离子的盐，例如可以是碳酸氢铵、碳酸铵或碳酸氢钠等；
本发明实施例提供了一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥，该镁缓释骨水泥由粉剂和水剂按照质量与体积比为每1～2g粉剂加入0.1～1ml水剂的混合固化制成，粉剂按照质量百分数计，包括以下原料组分：磷酸钙化合物60～95％、镁化合物5～40％；水剂按照质量百分数计，包括以下原料组成：柠檬酸10～30％、聚乙烯吡咯烷酮5～20％、去离子水40～84％。
其中，磷酸钙化合物为磷酸四钙、磷酸钙、磷酸氢钙中的至少一种；镁化合物为硫酸镁、磷酸镁、磷酸氢镁、氢化镁、碳酸镁中的至少一种。
本发明实施例还提供了上述具有自固化功能的镁缓释骨水泥的制备方法，该方法通过以下步骤实现：
S1、按照质量百分比计，分别称取以下原料组分：磷酸钙钙化合物60～95％、镁化合物5～40％，将称取的所述磷酸钙钙化合物和镁化合物充分混合，获得粉剂，备用；
S2、按照质量百分比计，分别称取以下原料组分：柠檬酸10～30％、聚乙烯吡咯烷酮5～20％、去离子水40～84％，将称取的所述柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮和镁化合物充分混合，得到澄清的水溶液，再用碳酸氢钠溶液或氢氧化钠溶液调节所述澄清的水溶液的pH值至3～7.4，获得水剂，备用；
S3、将S1获得的所述粉剂与S2获得的所述水剂按照质量与体积的比例为每1～2g粉剂加入0.1～1ml水剂进行混合，搅拌成粘稠状，在室温或37℃下静置固化，获得镁缓释骨水泥。
采用上述方案后，针对镁释缓骨水泥：通过同时加入有机交联剂和特定镁盐，在实现镁离子缓释的同时，避免了由于镁降解过快造成的磷酸钙骨水泥崩解，此外，本发明获得的镁释缓骨水泥具有较好的生物相容性和一定的促成骨能力，能够很好的满足临床使用要求。
针对镁释缓骨水泥的制备方法：通过同时控制构成粉剂各原料之间的比例关系、构成水剂各原料之间的比例关系、粉剂和水剂混合固化时的比例关系以及控制水剂的pH值为3～7.4，利用各物质之间的协同作用，从而获得一些列镁降解速度慢的镁缓释骨水泥，从而有效的避免了含有镁或氧化镁的磷酸钙骨水泥在有水的环境中很快发生崩解和骨水泥促成骨能力差的问题；此外，本发明工艺简单，易操作，制得大力推广使用。
以下为具体实施例
实施例1
本实施例1提供的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥，由粉剂和水剂按照质量与体积比为1g：0.5ml的比例混合固化制成，粉剂按照质量百分数计，包括以下原料组分：磷酸四钙2.86g、磷酸氢钙0.8g、磷酸镁0.34g；水剂按照质量百分数计，包括以下原料组成：柠檬酸1g、聚乙烯吡咯烷酮1g、去离子水8ml。
本实施例1提供的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥通过以下步骤实现：
S1、粉剂的制备：依次称量磷酸四钙2.92g、磷酸氢钙1.08g、磷酸镁0.1g，充分搅拌混匀，获得粉剂；
S2、水剂的制备：量取去离子水8ml，称取柠檬酸1g、聚乙烯吡咯烷酮1g，将加入去离子水中，搅拌至溶液澄清，使用碳酸氢钠溶液或氢氧化钠溶液调整PH值至5.0，获得水剂；
S3、将S1获得的粉剂与S2获得的述水剂按照质量与体积比为1g：0.5ml的比例进行混合，搅拌成粘稠状，在室温或37℃下静置固化，获得镁缓释骨水泥。
实施例2
本实施例2提供的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥，由粉剂和水剂按照质量与体积比为1g：0.55ml的比例混合固化制成，粉剂按照质量百分数计，包括以下原料组分：磷酸四钙2.86g、磷酸氢钙0.8g、磷酸氢镁0.3g；水剂按照质量百分数计，包括以下原料组成：柠檬酸1.5g、聚乙烯吡咯烷酮0.8g、去离子水7.7ml。
本实施例2提供的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥通过以下步骤实现：
S1、粉剂的制备：依次称量磷酸四钙2.86g、磷酸氢钙0.8g、磷酸氢镁0.3g，充分搅拌混匀，获得粉剂；
S2、水剂的制备：量取去离子水7.7ml，称取柠檬酸1.5g、聚乙烯吡咯烷酮0.8g，将加入去离子水中，搅拌至溶液澄清，使用碳酸氢钠溶液或氢氧化钠溶液调整PH值至3.0，获得水剂；
S3、将S1获得的粉剂与S2获得的述水剂按照质量与体积比为1g：0.55ml的比例进行混合，搅拌成粘稠状，在室温或37℃下静置固化，获得镁缓释骨水泥。
实施例3
本实施例3提供的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥，由粉剂和水剂按照质量与体积比为1g：1ml的比例混合固化制成，粉剂按照质量百分数计，包括以下原料组分：磷酸四钙2.86g、磷酸氢钙0.8g、磷酸氢镁0.3g；水剂按照质量百分数计，包括以下原料组成：柠檬酸1.5g、聚乙烯吡咯烷酮0.8g、去离子水7.7ml。
本实施例3提供的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥通过以下步骤实现：
S1、粉剂的制备：依次称量磷酸四钙2.86g、磷酸氢钙0.8g、磷酸氢镁0.3g，充分搅拌混匀，获得粉剂；
S2、水剂的制备：量取去离子水7.7ml，称取柠檬酸1.5g、聚乙烯吡咯烷酮0.8g，将加入去离子水中，搅拌至溶液澄清，使用碳酸氢钠溶液或氢氧化钠溶液调整PH值至6.0，获得水剂；
S3、将S1获得的粉剂与S2获得的述水剂按照质量与体积比为1g：1ml的比例进行混合，搅拌成粘稠状，在室温或37℃下静置固化，获得镁缓释骨水泥。
实施例4
本实施例4提供的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥，由粉剂和水剂按照质量与体积比为1.5g：1ml的比例混合固化制成，粉剂按照质量百分数计，包括以下原料组分：磷酸四钙2.86g、磷酸氢钙0.8g、磷酸氢镁0.3g；水剂按照质量百分数计，包括以下原料组成：柠檬酸1.5g、聚乙烯吡咯烷酮0.8g、去离子水7.7ml。
本实施例4提供的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥通过以下步骤实现：
S1、粉剂的制备：依次称量磷酸四钙2.86g、磷酸氢钙0.8g、磷酸氢镁0.3g，充分搅拌混匀，获得粉剂；
S2、水剂的制备：量取去离子水7.7ml，称取柠檬酸1.5g、聚乙烯吡咯烷酮0.8g，将加入去离子水中，搅拌至溶液澄清，使用碳酸氢钠溶液或氢氧化钠溶液调整PH值至7.4，获得水剂；
S3、将S1获得的粉剂与S2获得的述水剂按照质量与体积比为1g：1ml的比例进行混合，搅拌成粘稠状，在室温或37℃下静置固化，获得镁缓释骨水泥。
实施例5
本实施例5提供的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥，由粉剂和水剂按照质量与体积比为2g：0.5ml的比例混合固化制成，粉剂按照质量百分数计，包括以下原料组分：磷酸四钙2.92g、磷酸氢钙1.08g、磷酸镁0.1g；水剂按照质量百分数计，包括以下原料组成：柠檬酸1g、聚乙烯吡咯烷酮1g、去离子水8ml。
本实施例5提供的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥通过以下步骤实现：
S1、粉剂的制备：依次称量磷酸四钙2.92g、磷酸氢钙1.08g、磷酸镁0.1g，充分搅拌混匀，获得粉剂；
S2、水剂的制备：量取去离子水8ml，称取柠檬酸1g、聚乙烯吡咯烷酮1g，将加入去离子水中，搅拌至溶液澄清，使用碳酸氢钠溶液或氢氧化钠溶液调整PH值至5.0，获得水剂；
S3、将S1获得的粉剂与S2获得的述水剂按照质量与体积比为2g：0.5ml的比例进行混合，搅拌成粘稠状，在室温或37℃下静置固化，获得镁缓释骨水泥。
为，图1中的MCPC代表本发明实施例获得的镁缓释骨水泥，Ctrl代表现有磷酸钙骨水泥；图2中，MgO-CPC代表现有含氧化镁的磷酸钙骨水泥。
从图1中可以看出，培养第3天后，本发明实施例1获得的镁缓释骨水泥的生物相容性要优于现有含氧化镁的磷酸钙骨水泥；
从图2中可以看出，本发明实施例1获得的镁缓释骨水泥在水中的抗崩解能力要优于现有Ctrl骨水泥。
此外，为了验证本发明获得的镁缓释骨水泥中的碱性磷酸酶活性如何，以现有成骨分化培养基(Positive-Ctrl)、磷酸钙骨水泥(CPC)、普通培养基(Negative-Ctrl)作对比，分别对本发明实施例1获得的镁释缓骨水泥(MCPC)、成骨分化培养基(Positive-Ctrl)、磷酸钙骨水泥(CPC)、普通培养基(Negative-Ctrl)进行碱性磷酸酶活性的测试，
所述碱性磷酸酶活性检测的具体方法为：使用上述含有实验组材料的浸提液的分化培养基培养人骨髓间充质干细胞，在培养的第3、7、14天时，裂解细胞提取细胞裂解液作为碱性磷酸酶的检测样品，按照碱性磷酸酶检测试剂盒的要求，依次将待测样品、缓冲液、基质液加入96孔微孔板中，37℃孵育15分钟，加入显色液显色。碱性磷酸酶分解磷酸苯二钠，产生游离酚和磷酸，酚在碱性溶液中与4-氨基安替吡啉作用经铁***氧化生成红色醌衍生物，根据红色深浅可以测定酶活力的高低。用酶标仪测定数值，进行计算；具体的测试结果如图3所示：
从图3中可以看出，本发明获得的镁缓释骨水泥中碱性磷酸酶活性数值随着测试天数的增加而增大，而现有的骨水泥中的碱性酶活性随着测试天数的增加而增大而减小。
综上所述，通过向原有的骨水泥体系中同时加入聚乙烯吡咯烷酮和特定镁化合物，使得获得的镁缓释骨水泥在实现镁离子缓释变慢的同时，也避免了现有技术中由于镁降解过快造成的磷酸钙骨水泥崩解，此外，本发明获得的镁释缓骨水泥具有较好的生物相容性和一定的促成骨能力，能够很好的满足临床使用要求。
此外，在制备镁缓释骨水泥时，通过同时控制构成粉剂各原料之间的比例关系、构成水剂各原料之间的比例关系、粉剂和水剂混合固化时的比例关系以及控制水剂的pH值为3～7.4，利用各物质之间的协同作用，从而获得一些列镁降解速度慢的镁缓释骨水泥，从而有效的避免了含有镁或氧化镁的磷酸钙骨水泥在有水的环境中很快发生崩解和骨水泥促成骨能力差的问题；此外，本发明工艺简单，易操作，制得大力推广使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥，其特征在于，该镁缓释骨水泥由水剂和粉剂混合固化制成，所述粉剂按照质量百分数计，包括以下原料组分：磷酸钙化合物60～95％、镁化合物5～40％；所述水剂按照质量百分数计，包括以下原料组成：柠檬酸10～30％、聚乙烯吡咯烷酮5～20％、去离子水40～84％。
2.根据权利要求1所述的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥，其特征在于，所述粉剂的质量与水剂的体积之间的比例为每1～2g粉剂加入0.1～1ml水剂。
3.根据权利要求2所述的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥，其特征在于，所述磷酸钙化合物为磷酸四钙、磷酸钙、磷酸氢钙中的至少一种。
4.根据权利要求2或3所述的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥，其特征在于，所述镁化合物为硫酸镁、磷酸镁、磷酸氢镁、氢化镁、碳酸镁中的至少一种。
5.一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥的制备方法，其特征在于，该方法通过以下步骤实现：
S1、按照质量百分比计，分别称取以下原料组分：磷酸钙钙化合物60～95％、镁化合物5～40％，将称取的所述磷酸钙钙化合物和镁化合物充分混合，获得粉剂，备用；
S2、按照质量百分比计，分别称取以下原料组分：柠檬酸10～30％、聚乙烯吡咯烷酮5～20％、去离子水40～84％，将称取的所述柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮和镁化合物充分混合，得到澄清的水溶液，获得水剂，备用；
S3、将S1获得的所述粉剂与S2获得的所述水剂按照质量与体积的比例为每1～2g粉剂加入0.1～1ml水剂进行混合，搅拌成粘稠状，静置固化，获得镁缓释骨水泥。
6.根据权利要求5所述的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述磷酸钙化合物为磷酸四钙、磷酸钙、磷酸氢钙中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述镁化合物为硫酸镁、磷酸镁、磷酸氢镁、氢化镁、碳酸镁中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥的制备方法，其特征在于，所述S2中，得到所述澄清的水溶液后，还包括：用碱溶液调节所述澄清的水溶液的pH值至3～7.4的工序。
9.根据权利要求8所述的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥的制备方法，其特征在于，所述碱溶液为碳酸氢钠溶液或氢氧化钠溶液。
10.根据权利要求5-9任意一项所述的一种具有自固化功能的镁缓释骨水泥的制备方法，其特征在于，所述S3中，所述静置固化的温度为4～37℃。
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