專利名稱：硫酸鹽改性的骨水泥及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種硫酸鹽改性的骨水泥及其制備方法。
背景技術：
含鈣無機物如磷酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣等，因其與骨骼、牙齒等天然組織的組分較為接近，是進行硬組織修復的理想源材料之一。根據制備方法的差異，可采用生物陶瓷、骨水泥、生物玻璃、顆粒填料、表面涂層、(中空)微球等不同的使用方法；根據應用角度的不同，可用于組織替代與修復、藥物緩釋、骨折內固定材料、口腔粘合劑等多個方面。其中，骨水泥可用于骨折及骨質疏松治療、脊柱重建、微創手術等方面，尤其在微創治療領域具有顯著的優勢，具有容易操作、可原位包裹藥物等特點。用于臨床的可注射型骨水泥，需滿足良好的可注射性、適合手術操作的凝固時間、 一定的抗潰散性等要求，根據使用部位的不同還對力學強度有不同程度的要求[Low KL,et al, Journal of Biomedical Materials Research B: Applied Biomaterials, 2010]。改善無機鈣基骨水泥注射性可通過改變液固比、鈣磷比，或添加增塑劑等方式實現，常見的增塑劑包括檸檬酸、殼聚糖、磷酸鈉鹽、甘油磷酸鈉、羥丙基甲基纖維素、乳酸、甘油、高聚物等。骨水泥初凝時間以控制在15 min以內為宜，常見的固化促進劑包括磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、二水合硫酸鈣或半水合硫酸鈣、羥基磷灰石晶須等。針對骨水泥遇水潰散、粘結力差的特點，可以通過加入透明質酸、海藻酸鈉、羥丙基甲基纖維素、殼聚糖及其衍生物等增稠劑或交聯劑，提高骨水泥的耐水性。硫酸鈣骨水泥體系具有降解快、凝固快、生物相容性及骨傳導性好等特點，并已有商業化產品上市(美國Wright公司)。也有文獻報道了磷酸鈣/硫酸鈣的骨水泥體系，以實現降解速度、凝固時間、抗壓強度等性能的綜合調控。

發明內容
本發明的目的之一在于提供一種硫酸鹽改性的骨水泥。該骨水泥的固化時間縮短到 3-15 min。本發明的目的之二在于提供一種該骨水泥的制備方法。為達到上述目的，本發明采用如下技術方案來實現
一種硫酸鹽改性的骨水泥，由骨水泥粉末與固化液按Ig 0. 1-1. Oml的固液比組成，其特征在于所述的骨水泥粉末中含有質量分數為0. 05-10%的硫酸鹽；或者在固化液中含有質量濃度為0. 05-20%的硫酸鹽。上述的硫酸鹽為硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鈣及其對應的硫酸氫鹽或對應的水合化物，其粒徑小于60 μπι0一種制備上述的硫酸鹽改性的骨水泥的方法，其特征在于該方法的具體步驟為 a.制備硫酸鹽細粉。b.將步驟a所得的硫酸鹽細粉加入到骨水泥粉末中并混勻或溶解于固化液中；C.將摻有硫酸鹽的骨水泥粉末與固化液調和后，即得到硫酸鹽改性的骨水泥。本發明通過將硫酸鹽以細粉形式摻入骨水泥粉末或者直接溶解于固化液，在水化反應的同時原位生成硫酸鈣，進一步促進固化，從而實現對骨水泥固化時間的縮短。本發明提供的方法，可將大多數骨水泥體系的固化時間縮短到3-15 min，更貼近手術臨床的需求，拓展了可用于注射的骨水泥的范圍，使無機鈣基骨水泥的應用市場更為開闊。本發明提供的方法簡單、易行、適用范圍廣、適于大規模生產。
具體實施例方式以下實施例以β -磷酸三鈣骨水泥粉末、β -磷酸三鈣和羥基磷灰石按7: 3的質量比的混合骨水泥粉末、β -磷酸三鈣和羥基磷灰石按9:1的質量比的混合骨水泥粉末為例，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍并不限于下述的實施例。第一對照組以β -磷酸三鈣/羥基磷灰石(質量比7:3)及少量碳酸鈣的混合粉 末為骨水泥粉末，以pH = 2. O的檸檬酸/殼聚糖溶液為固化液。將骨水泥粉末與固化液按I克骨水泥加入O. 4，O. 5，O. 6 ml的固化液的液固比依次進行調和。參照標準ASTM C191測定固化時間，均大于2 h。然后在37 C、100 %濕度條件下養護24 h，參照標準ASTMC109測定其抗壓強度，為24. 3 MPa。
實施例1以第一對照組作為對照。以無水乙醇為介質、轉速500 rpm,將無水硫酸鈉球磨12 h、離心、加熱干燥、搗碎、過250目篩網，得到無水硫酸鈉的細粉。向骨水泥粉末中加入質量分數4. 5%的無水硫酸鈉細粉，以無水乙醇為介質、轉速400 rpm,球磨2 h、離心、力口熱干燥、搗碎、得到骨水泥粉末。將骨水泥粉末與固化液按液固比lg:0.5 ml進行調和，測定固化時間為9 min。在37 C、相對濕度100 %的條件下養護24 h，測定抗壓強度為24. 5MPa0實施例2以第一對照組作為對照。以無水乙醇為介質、轉速500 rpm，將無水硫酸鈉球磨12 h、離心、加熱干燥、搗碎、篩分并收集250-300目之間的粉末，得到無水硫酸鈉的細粉。向骨水泥粉末中加入質量分數6%的無水硫酸鈉細粉，以無水乙醇為介質、轉速400rpm，球磨2 h、離心、加熱干燥、搗碎、得到骨水泥粉末。將骨水泥粉末與固化液按液固比O. 45 ml/g進行調和，測定固化時間為6 min。在37 C、相對濕度100 %的條件下養護24h，測定抗壓強度為22.9 MPa。第二對照組以β -磷酸三鈣/羥基磷灰石(質量比9:1)及少量碳酸鈣的混合粉末為骨水泥粉末，以pH = 2. O的檸檬酸/殼聚糖溶液為固化液。將骨水泥粉末與固化液按液固比Ig :0. 42 ml進行調和。參照標準ASTM C191測定固化時間約為3 h。然后在37 C、100 %濕度條件下養護24 h，參照標準ASTM C109測定其抗壓強度，為22. 8 MPa。實施例3以第二對照組作為對照。以無水乙醇為介質、轉速500 rpm，將無水硫酸鈉球磨12 h、離心、加熱干燥、搗碎、過250目篩網，得到無水硫酸鈉的細粉。向骨水泥粉末中加入質量分數6%的無水硫酸鈉細粉，以無水乙醇為介質、轉速400 rpm,球磨2 h、離心、加熱干燥、搗碎、得到骨水泥粉末。將骨水泥粉末與固化液按液固比Ig 0. 42 ml進行調和，測定固化時間為10 min。在37 C、相對濕度100 %的條件下養護24 h，測定抗壓強度為21. 4 MPa。
第三對照組以β -磷酸三鈣及3 wt%碳酸鈣的混合粉末為骨水泥粉末，以pH =2. O的檸檬酸/殼聚糖溶液為固化液。將骨水泥粉末與固化液按液固比Ig 0. 41 ml進行調和。參照標準ASTM C191測定固化時間大于2 h。然后在37 C、100 %濕度條件下養護24 h，參照標準ASTM C109測定其抗壓強度，為21.9 MPa。實施例4以第三對照組作為對照。以無水乙醇為介質、轉速500 rpm，將無水硫酸鈉球磨12 h、離心、加熱干燥、搗碎、過250目篩網，得到無水硫酸鈉的細粉。向骨水泥粉末中加入質量分數6%的無水硫酸鈉細粉，以無水乙醇為介質、轉速400 rpm,球磨2 h、離心、加熱干燥、搗碎、得到骨水泥粉末。將骨水泥粉末與固化液按液固比O. 41 ml :lg進行調和，測定固化時間為6 min。在37 C、相對濕度100 %的條件下養護24 h，測定抗壓強度為20. 9 MPa。 第四對照組以β -磷酸三鈣及5 wt%碳酸鈣的混合粉末為骨水泥粉末，以pH =2.0的檸檬酸/殼聚糖溶液為固化液，以液固比O. 4、0.5、0.6 ml :lg依次進行調和。參照標準ASTM C191測定固化時間，均大于1. 5 h。然后在37 C、100 %濕度條件下養護24h,參照標準ASTM C109測定其抗壓強度，為20. 5 MPa。實施例5以第四對照組作為對照。向固化液中加入質量分數9%的無水硫酸鈉，機械攪拌使其溶解。然后以液固比O. 55 ml :lg進行調和,測定固化時間為12 min。在37 C、相對濕度100 %的條件下養護24 h，測定抗壓強度為19. 9 MPa。實施例6以第四對照組作為對照。向固化液中加入質量分數9%的無水硫酸鈉，機械攪拌使其溶解。然后以液固比O. 45 ml :lg進行調和，測定固化時間為5 min。在37 C、相對濕度100 %的條件下養護24 h，測定抗壓強度為19. 3 MPa。
權利要求
1.一種硫酸鹽改性的骨水泥，由骨水泥粉末與固化液按Ig :0.1-1ml的固液比組成，其特征在于所述的骨水泥粉末中含有質量分數O. 05-10%的硫酸鹽；或者在固化液中含有質量濃度為O. 05-20%的硫酸鹽。
2.根據權利要求1所述的硫酸鹽改性的骨水泥，其特征在于所述的硫酸鹽為硫酸鈉、 硫酸鉀、硫酸鈣及其對應的硫酸氫鹽或對應的水合化物，其粒徑小于60 μ m。
3.根據權利要求1所述的注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的骨水泥無機鈣基骨水泥粉末。
4.根據權利要求3所述的注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的無機鈣基骨水泥粉末有含磷酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣和碳酸鈣中至少一種的骨水泥粉末。
5.根據權利要求4所述的注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的無機鈣基骨水泥粉末有β -磷酸三鈣骨水泥粉末、β -磷酸三鈣和羥基磷灰石按7:3的質量比的混合粉末、 β -磷酸三鈣和羥基磷灰石按9:1的質量比的混合粉末。
6.根據權利要求1所述的一種注射性多孔骨水泥，其特征在于所述的固化液為無機鈣基骨水泥中的pH值小于4的酸性固化液。
7.根據權利要求5所述的明膠增強的骨水泥的制備方法，其特征在于所述的固化液為 PH = 2. O的殼聚糖/檸檬酸酸性固化液。
8.一種制備根據權利要求1一6中任一項所述的硫酸鹽改性的骨水泥的方法，其特征在于該方法的具體步驟為a.制備硫酸鹽細粉。b.將步驟a所得的硫酸鹽細粉加入到骨水泥粉末中并混勻或溶解于固化液中；c.將摻有硫酸鹽的骨水泥粉末與固化液調和后，即得到硫酸鹽改性的骨水泥。
全文摘要
本發明涉及硫酸鹽改性的骨水泥及其制備方法，該骨水泥由骨水泥粉末與固化液按0.1-1.0g/ml的固液比組成，所述的骨水泥粉末中含有質量分數為0.05-10%硫酸鹽；或者在固化液中含有質量濃度為0.05-20%的硫酸鹽。該發明將硫酸鹽以細粉形式摻入骨水泥粉末或者直接溶解于固化液，在水化反應的同時原位生成硫酸鈣，進一步促進固化，從而實現對骨水泥固化時間的縮短，可將大多數骨水泥體系的固化時間縮短到3-15min，更貼近手術臨床的操作需求。本發明提供的制備方法簡單、易行、適用范圍廣、適于大規模生產。
文檔編號A61L27/02GK103007341SQ201210562138
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者閆策, 鐘建, 金彩虹, 何丹農 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司