專利名稱：一種用金屬致孔劑制備多孔骨水泥的方法
技術領域：
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：
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，得到廣泛的應用。研究表明，骨組織是多孔結構，所以多孔的骨修復材料更有利于骨修復過程。這是因為多孔材料可以為細胞提供生存的三維空間，有利于細胞黏附和生長，有利于細胞外基質(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構，但是孔隙率低，孔徑及孔的聯(lián)通程度都達不到臨床要求，不利于骨的重建。因此制備具有更符合骨組織工程支架結構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材料，殘留物可能影響生物相容性，不利于骨修復過程。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作用的有機微球，如明膠、殼聚糖和聚乳酸等，通過微球間的空隙形成多孔結構。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采用氣體作為致孔劑，包括物理發(fā)泡法和化學發(fā)泡發(fā)。物理發(fā)泡法利用特殊設備在骨水泥漿料中注入氣泡，設備要求高。化學發(fā)泡法主要采用化學物質(zhì)產(chǎn)生氣泡致孔，目前使用的化學發(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，操作步驟較復雜，且反應迅速，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
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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)明為解決上述技術問題采用的技術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所得的復合粉體中，加入的量為每毫升檸檬酸溶液對應2. 7-3. 2g復合粉體，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)生化學反應，產(chǎn)生氣體均與分布于骨水泥基質(zhì)而致孔，反應機理如下
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)有技術具有以下優(yōu)點
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產(chǎn)物均具有骨修復材料，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于孔徑的要求；同時材料的抗壓強度在7-12MPa，與骨松質(zhì)的力學強度相匹配；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。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步的闡述。實施例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所得的復合粉體中，加入的量為每毫升檸檬酸溶液2. 7g復合粉體，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 負荷下，將一個針尖直徑為Imm的不銹鋼針扎水泥柱面，至負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72h，使用SHIMADZU SES-1000測試其抗壓強度，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。檢測結果為檢測骨水泥的固化時間為IOmin左右，抗壓強度顯示材料具有12Mpa 左右的抗壓強度，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所得的復合粉體中，加入的量為每毫升檸檬酸溶液3. 2g復合粉體，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。取制得的材料進行各項性能檢測，檢測方法如實施例1所示。檢測結果為使用吉爾摩針法檢測骨水泥的固化時間為ISmin左右，抗壓強度顯示材料具有8Mpa左右的抗壓強度，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所得的復合粉體中，加入的量為每毫升檸檬酸溶液2. 9g復合粉體，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。取制得的材料進行各項性能檢測，檢測方法如實施例1所示。檢測結果為使用吉爾摩針法檢測骨水泥的固化時間為15min左右，抗壓強度顯示材料具有8Mpa左右的抗壓強度，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所得的復合粉體中，加入的量為每毫升檸檬酸溶液2. 7g復合粉體，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。取制得的材料進行各項性能檢測，檢測方法如實施例1所示。檢測結果為使用吉爾摩針法檢測骨水泥的固化時間為20min左右，抗壓強度顯示材料具有8Mpa左右的抗壓強度，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所得的復合粉體中，加入的量為每毫升檸檬酸溶液3. 2g復合粉體，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。取制得的材料進行各項性能檢測，檢測方法如實施例1所示。檢測結果為使用吉爾摩針法檢測骨水泥的固化時間為IOmin左右，抗壓強度顯示材料具有IOMpa左右的抗壓強度，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所得的復合粉體中，加入的量為每毫升檸檬酸溶液對應2. 7-3. 2g復合粉體，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)生化學反應，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, 馬建華 申請人:河南科技大學