专利名称：一种磁性骨水泥材料及磁性骨水泥的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种磁性骨水泥及磁性骨水泥的制备方法，属于生物医用无机材料技术领域。
背景技术：
骨肿瘤的术后复发问题是困扰医学界的一大难题。如有潜在恶性的骨巨细胞瘤，复发几率达10-50%，即使使用了广泛切除手术，仍可能需要再次手术甚至截肢以根治。再如即使使用大剂量化疗联合手术治疗，原发性骨肉瘤仍有约30% -40%的复发几率。复发导致60% -70%的5年生存周期降至23% -29%。骨肿瘤复发不仅使患者经受更多的痛苦，甚可威胁生命。由于骨肿瘤的复发问题，人们对原本只有骨修复和重建功能的骨修复材料提出了肿瘤治疗功能的要求。
磁热疗法利用磁性物质在交变磁场下可以将外加磁场能量转换成热能的特点，如果将磁感应介质适形植入或导入到患者的肿瘤部位，外加交变磁场可靶向加热肿瘤区。由于肿瘤组织或肿瘤细胞比正常细胞对热更敏感的特性，癌细胞在42°C以上就会死亡，而正常细胞可抗热到48°C左右，因此，磁热可以杀死癌细胞而不伤害正常组织。磁感应热疗具有靶向性高、副作用小、操作简单和成本低廉等特点，并且磁感应介质一经植入，可重复多次热疗，所以特别适合治疗处于身体深处的骨肿瘤。由于磁热疗需要磁感应介质，因此即具有磁性又具有骨修复功能的复合生物材料在骨肿瘤等骨科疾病治疗领域具有很大的潜在应用价值，成为各国科学家研究的热点。目前开发的具有磁性的骨修复材料主要有磁性粉体、磁性流体、磁性凝胶、磁性生物活性玻璃陶瓷和磁性骨水泥等。其中由于骨水泥生物相容性好，可临床任意塑形，操作方便，并且其可处理成浆料形式直接注入骨缺陷中并原位固化，实现微创，因而在临床上广受外科医生的欢迎，得到广泛的应用。开发具有磁性的骨水泥，也成为科学家竞相研究的对象。但是目前的磁性骨水泥都存在需要改进的地方。一方面由于这些骨水泥基质使用了不可降解的有机物基质或降解性很缓慢的无机物基质，所以其不能降解或降解性很差。另一方面这些材料中大部分可注射性相对较差，不能通过注射的方式注入病灶部位，而需要通过手术植入块体，不能满足临床日益增长的实施微创手术的需求。基于此，开发既具有良好降解性能又能满足临床微创手术的需求是磁性骨水泥是一个需要解决的一个问题。透钙磷石(CaHPO4 ·2Η20)骨水泥是磷酸钙骨水泥中降解性能最为优异的骨水泥材料之一，其降解性能优于羟基磷灰石骨水泥，甚有研究显示其可以在体内完全降解。但是纯透钙磷石制成的骨水泥固化时间很短，可注射性差，不利于实现微创治疗。同时其降解速率过快，临床操作效果差。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有适中固化时间、良好可注射性、可降解性和磁热性的骨水泥。同时还提供一种该磁性骨水泥的制备方法。
为了实现以上目的，本发明磁性骨水泥所采用的技术方案是一种磁性骨水泥材料，是由以下重量份的组分组成100份摩尔比为I : I的β磷酸钙和一水合磷酸二氢钙混合物，5 20份纳米四氧化三铁。所述β磷酸钙采用如下方法制备取碳酸钙粉末加水调和成浆料，按照Ca/P摩尔比为1.49 1-1.52 1，在超声波震荡和剧烈搅拌条件下将浆料加入到磷酸溶液中，加入后继续超声充分反应，将沉淀过滤、洗涤后干燥；将沉淀在1100°C下煅烧2小时，煅烧后冷却，球磨至过200目筛。所述煅烧的升温速率5°C/min。所述磷酸溶液的浓度为
I.42-1. 45mol/L。所述纳米四氧化三铁采用如下方法制备配制亚铁盐和铁盐溶液，该溶液中Fe2+和Fe3+浓度分别为O. 08-0. 2mol/L和O. 4-0. 6mol/L,在50_60°C搅拌条件下，加入氢氧化钠溶液至PH值为8-10，然后将溶液保温晶化O. 9-1. 2小时，洗涤、离心、烘干。所述亚铁盐为硫酸亚铁。所述铁盐为氯化铁。所述氢氧化钠溶液的浓度为O. 4mol/L。 本发明的磁性骨水泥的制备方法采用如下步骤I)配制O. 5mol/L的柠檬酸溶液；2)按照摩尔比I : I取β磷酸钙和一水合磷酸二氢钙共100份，取纳米四氧化三铁5 20份,研磨混合均匀得到磁性骨水泥固相；3)按照磁性骨水泥固相/柠檬酸溶液为3g/mL的比例，将柠檬酸溶液加入步骤2)得到的磁性骨水泥固相中，调拌均匀。本发明选择β磷酸钙与一水合磷酸二氢钙的混合物替代透钙磷石，加入纳米四氧化三铁制成磁性骨水泥材料，相对于以透钙磷石材料的骨水泥，不但延长了骨水泥基质固化的时间，增强了其可注射性，利于实现微创治疗；并且降低了透钙磷石过快的降解速率，使其稳定性增强。同时加入的纳米四氧化三铁使材料具有良好的磁生热性能，且可调节纳米四氧化三铁的含量来对骨水泥材料的性能进行调节。本发明的磁性骨水泥材料更加满足临床使用需求，具备推广价值。该骨水泥不仅仅可用于骨科肿瘤，也可以用于其他肿瘤。
图I为所制备四氧化三铁的透射电镜图；图2为实施例I 3的磁性骨水泥的磁生热曲线；图3为实施例2的磁性骨水泥的磁滞回线；图4为实施例I 3和对比例的磁性骨水泥的浸泡失重曲线；图5为实施例2的磁性骨水泥的晶相组成图；图6为实施例I 3和对比例的磁性骨水泥的MTT增殖曲线。
具体实施例方式实施例I (2#)本实施例的磁性骨水泥材料，是由以下重量份的组分组成100份摩尔比为I : I的β磷酸钙和一水合磷酸二氢钙混合物，5份纳米四氧化三铁。其中β磷酸钙采用如下方法制备取碳酸钙粉末加水调和成浆料，按照Ca/P摩尔比为I. 49 1，在超声波震荡和剧烈搅拌条件下将浆料加入到I. 42mol/L磷酸溶液中，加入后继续超声充分反应，将沉淀过滤、洗涤后干燥；将沉淀在1100°c下煅烧2小时，升温速率5V /min,煅烧后冷却,球磨至过200目筛。其中纳米四氧化三铁采用如下方法制备取FeSO4 · 7H20和FeCl3 · 6H20配制亚铁盐和铁盐溶液，该溶液中Fe2+和Fe3+浓度分别为O. 08mol/L和O. 4mol/L,在50°C搅拌条件下，加入氢氧化钠溶液至PH值为8，然后将溶液保温晶化O. 9小时，洗涤、离心、烘干。将固化剂加入本实施例的磁性骨水泥固相，调拌均匀制成磁性骨水泥。一般固化剂可以采用水或柠檬酸水溶液。磁性骨水泥采用如下步骤制备I)配制O. 5mol/L的柠檬酸溶液作为固化剂；2)按照摩尔比I : I取β磷酸钙和一水合磷酸二氢钙共100份，取纳米四氧化三铁5份，研磨混合均匀得到磁性骨水泥固相；
3)按照磁性骨水泥固相/柠檬酸溶液为3g/mL的比例，将柠檬酸溶液加入步骤2)得到的磁性骨水泥固相中，调拌均匀。实施例2 (3#)本实施例的磁性骨水泥材料和磁性骨水泥与实施例I基本相同，区别在于纳米四氧化三铁采用的加入量为10份，具体的实施例内容为本实施例的磁性骨水泥材料，是由以下重量份的组分组成100份摩尔比为I : I的β磷酸钙和一水合磷酸二氢钙混合物，10份纳米四氧化二铁。其中β磷酸钙采用如下方法制备取碳酸钙粉末加水调和成浆料，按照Ca/P摩尔比为I. 50 1，在超声波震荡和剧烈搅拌条件下将浆料加入到I. 43mol/L磷酸溶液中，加入后继续超声充分反应，将沉淀过滤、洗涤后干燥；将沉淀在1100°C下煅烧2小时，升温速率5V /min,煅烧后冷却,球磨至过200目筛。其中纳米四氧化三铁采用如下方法制备取FeSO4 · 7H20和FeCl3 · 6H20配制亚铁盐和铁盐溶液，该溶液中Fe2+和Fe3+浓度分别为O. lmol/L和O. 5mol/L,在55°C搅拌条件下，加入氢氧化钠溶液至PH值为9，然后将溶液保温晶化I小时，洗涤、离心、烘干。将固化剂加入本实施例的磁性骨水泥固相，调拌均匀制成磁性骨水泥。一般固化剂可以采用水或柠檬酸水溶液。磁性骨水泥采用如下步骤制备I)配制O. 5mol/L的柠檬酸溶液作为固化剂；2)按照摩尔比I : I取β磷酸钙和一水合磷酸二氢钙共100份，取纳米四氧化三铁10份，研磨混合均匀得到磁性骨水泥固相；3)按照磁性骨水泥固相/柠檬酸溶液为3g/mL的比例，将柠檬酸溶液加入步骤2)得到的磁性骨水泥固相中，调拌均匀。实施例3 (4#)本实施例的磁性骨水泥材料和磁性骨水泥与实施例I基本相同，区别在于纳米四氧化三铁采用的加入量为20份，具体的实施例内容为本实施例的磁性骨水泥材料，是由以下重量份的组分组成100份摩尔比为I : I的β磷酸钙和一水合磷酸二氢钙混合物，20份纳米四氧化二铁。其中β磷酸钙采用如下方法制备取碳酸钙粉末加水调和成浆料，按照Ca/P摩尔比为I. 52 1，在超声波震荡和剧烈搅拌条件下将浆料加入到I. 45mol/L磷酸溶液中，加入后继续超声充分反应，将沉淀过滤、洗涤后干燥；将沉淀在1100°C下煅烧2小时，升温速率5°C /min,煅烧后冷却,球磨至过200目筛。其中纳米四氧化三铁采用如下方法制备取FeSO4 · 7H20和FeCl3 · 6H20配制亚铁盐和铁盐溶液，该溶液中Fe2+和Fe3+浓度分别为O. 2mol/L和O. 6mol/L,在60°C搅拌条件下，加入氢氧化钠溶液至PH值为10，然后将溶液保温晶化I. 2小时，洗涤、离心、烘干。将固化剂加入本实施例的磁性骨水泥固相，调拌均匀制成磁性骨水泥。一般固化剂可以采用水或柠檬酸水溶液。磁性骨水泥采用如下步骤制备I)配制O. 5mol/L的柠檬酸溶液作为固化剂；2)按照摩尔比I : I取β磷酸钙和一水合磷酸二氢钙共100份，取纳米四氧化三铁20份，研磨混合均匀得到磁性骨水泥固相；3)按照磁性骨水泥固相/柠檬酸溶液为3g/mL的比例，将柠檬酸溶液加入步骤2) 得到的磁性骨水泥固相中，调拌均匀。对比例(1#)本实施例的磁性骨水泥材料和磁性骨水泥与实施例I基本相同，区别在于采用透钙磷石为骨水泥材料。实验例将实施例I 3和对比例进行如下性能试验I、固化时间测定取固相粉末(磁性骨水泥材料，下同)与液相(柠檬酸溶液，下同)搅拌50s后，移入Φ9Χ5πιπι模具内，压平，置于相对湿度100%，37°C恒温箱内。400N负荷下，将一个针尖直径为Imm的不锈钢针扎水泥柱面，至负载停止下移为水泥固化时间。取5个样，求平均值。具体的测定结果如表I所示 表I磁性骨水泥的固化时间
材料名称对比例实施例I 实施例2 实施例3
固化时间 Onin) 4 + 0.59+ 12 + 227 + 2表I显示，纯的透钙磷石骨水泥其固化时间为4min左右，时间较短不利于临床操作的要求。而本发明的磁性骨水泥固化时间被延长至8-27min，但固化时间都再30min之内，符合骨科临床操作的时间要求。2、可注射系数的测定取规格为2mL的注射器称重，记为Hitl ;然后取3g固体粉末和固化液混合，并开始计时，搅拌均匀填入注射器(注射器内径为9mm、出口端内径为1mm)，再次称重记为Hi1 ;待到2min时。以恒定速率150mm/min挤出CPC泥浆。待到推力大于200N时停止。取出注射器称重记为m2。采用以下公式可计算可注射系数(IC)IC = (Hi2-In1)/Oii1-mQ) X 100%,取 5 个样,求平均值。测定的结果见表2所示表2磁性骨水泥的可注射系数
权利要求
1.一种磁性骨水泥材料，其特征在于是由以下重量份的组分组成100份摩尔比为I : 1的P磷酸钙和一水合磷酸二氢钙混合物，5 20份纳米四氧化三铁。
2.根据权利要求I所述的磁性骨水泥材料，其特征在于所述3磷酸钙采用如下方法制备取碳酸钙粉末加水调和成浆料，按照Ca/P摩尔比为1.49 1-1.52 1，在超声波震荡和剧烈搅拌条件下将浆料加入到磷酸溶液中，加入后继续超声充分反应，将沉淀过滤、洗涤后干燥；将沉淀在1100°C下煅烧2小时，煅烧后冷却，球磨至过200目筛。
3.根据权利要求2所述的磁性骨水泥材料，其特征在于所述煅烧的升温速率5°C /min0
4.根据权利要求2所述的磁性骨水泥材料，其特征在于所述磷酸溶液的浓度为I. 42-1. 45mol/L。
5.根据权利要求I所述的磁性骨水泥材料，其特征在于所述纳米四氧化三铁采用如下方法制备配制亚铁盐和铁盐溶液，该溶液中Fe2+和Fe3+浓度分别为0. 08-0. 2mol/L和0.4-0. 6mol/L,在50_60°C搅拌条件下，加入氢氧化钠溶液至pH值为8_10，然后将溶液保温晶化0. 9-1. 2小时，洗涤、离心、烘干。
6.根据权利要求I所述的磁性骨水泥材料，其特征在于所述亚铁盐为硫酸亚铁。
7.根据权利要求I所述的磁性骨水泥材料，其特征在于所述铁盐为氯化铁。
8.根据权利要求I所述的磁性骨水泥材料，其特征在于所述氢氧化钠溶液的浓度为0.4mol/L。
9.一种磁性骨水泥的制备方法，其特征在于其步骤如下 1)配制0.5mol/L的柠檬酸溶液； 2)按照摩尔比I: 1取P磷酸钙和一水合磷酸二氢钙共100份，取纳米四氧化三铁5 20份，混合均匀得到磁性骨水泥固相材料； 3)按照磁性骨水泥材料/柠檬酸溶液为3g/mL的比例，将柠檬酸溶液加入步骤2)得到的磁性骨水泥固相材料中，调拌均匀。
全文摘要
本发明公开了一种磁性骨水泥材料及磁性骨水泥的制备方法，其中磁性骨水泥材料是由以下重量份的组分组成100份摩尔比为1∶1的β磷酸钙和一水合磷酸二氢钙混合物，5～20份纳米四氧化三铁。使用时以柠檬酸溶液为固化液。本发明选择纳米四氧化三铁与磷酸钙和一水合磷酸二氢钙混合物为磁性骨水泥固相基质材料，相对于纯透钙磷石骨水泥，不但延长了骨水泥固化的时间，增强了其可注射性，利于实现微创治疗；而且降低了透钙磷石过快的降解速率，使其稳定性增强。同时加入的纳米四氧化三铁使材料具有良好的磁生热性能，且可调节纳米四氧化三铁的含量来对骨水泥材料的性能进行调节。本发明的磁性骨水泥材料更加满足临床使用需求，具备推广价值。
文档编号A61L27/50GK102671245SQ20121000734
公开日2012年9月19日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者乔晓岚, 冯书营, 李光大, 薛云, 谢蟪旭, 赵三团, 马建华 申请人:河南科技大学