本发明涉及材料领域，具体地涉及一种显影可注射磷酸钙骨水泥及其制备和应用。
背景技术：
：磷酸钙骨水泥(cpc粉末)是一类在生理条件下可以发生自固化的无机材料。尽管经过临床认证，cpc具有任意塑形、生物相容性好和具有骨传导性的特征，但是与自然骨相比，其依然存在一些缺陷，比如固化时间慢、可注射性差、强度低、显影性差等。目前使用的显影剂种类繁多，比较常用的包括碘海醇和硫酸钡。对于cpc体系，碘海醇的加入对cpc的抗压强度影响不大，同时由于碘海醇为液体，它的加入会明显延长cpc的凝结时间，临床使用中，操作时间太长，会影响手术效果；而硫酸钡的加入会使cpc表面粗糙，对cpc的抗压强度、抗溃散性及凝结时间都有影响，但是显影效果一般。基于此，本发明提供了一种新型的具有高强度和优异显影性的骨水泥材料及其制备方法和应用。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种新型的具有高强度和优异显影性的骨水泥材料及其制备方法和应用。本发明的第一方面，提供了一种产品组合，所述产品组合包括：第一组分，所述第一组分包括磷酸钙盐粉末和氧化锆粉末；和任选的第二组分，所述第二组分包括固化液；其中，按所述第一组分的总重量计，氧化锆(zro2)粉末的含量为1-40wt％。在另一优选例中，按所述第一组分的总重量计，氧化锆粉末的含量为3-35wt ％，较佳地5-32wt％。在另一优选例中，按所述第一组分的总重量计，氧化锆粉末的含量为3-12wt％，较佳地5-10wt％。在另一优选例中，按所述第一组分的总重量计，氧化锆粉末的含量为13-35wt％，较佳地18-33wt％。在另一优选例中，所述磷酸钙盐粉末是自固化的。在另一优选例中，所述“自固化的”是指将所述第一组分和所述第二组分在常温下按特定比例混合后，所得混合物会自行反应形成固化体。在另一优选例中，所述磷酸钙盐粉末包含选自下组的一种或多种物质：20-90重量份磷酸四钙；20-90重量份二水磷酸氢钙；和1-50重量份羟基磷灰石。在另一优选例中，所述磷酸钙盐粉末包含选自下组的一种或多种物质：25-80重量份磷酸四钙；25-80重量份二水磷酸氢钙；和3-45重量份羟基磷灰石。在另一优选例中，所述固化液包含选自下组的一种或多种物质：0.01-20重量份磷酸氢二钠；0.01-20重量份磷酸二氢钠；和60-99重量份溶剂水。在另一优选例中，所述固化液包含选自下组的一种或多种物质：0.05-15重量份磷酸氢二钠；0.05-15重量份磷酸二氢钠；和70-99重量份溶剂水。在另一优选例中，所述固化液的ph为4-10，较佳地5-9。在另一优选例中，所述磷酸钙盐粉末的粒径为0.2-100um；和/或所述zro2粉末的粒径为0.5-100um。在另一优选例中，所述磷酸钙盐粉末的粒径为0.5-50um，较佳地0.8-10μm，更佳地1-5μm。在另一优选例中，所述zro2粉末的粒径为1-50um，较佳地1.5-10μm，更佳地2-5μm。在另一优选例中，所述第一组分和所述第二组分的比例为1-10g：1-3ml，较佳地1-8g：1-2.5ml。本发明的第二方面，提供了一种可显影的骨水泥，所述骨水泥通过混合所述第一组分和所述第二组分得到。在另一优选例中，所述第一组分和所述第二组分的混合比例为1-10g：1-3ml，较佳地1-8g：1-2.5ml。在另一优选例中，所述骨水泥具有选自下组的一个或多个特征：1)相比于含等体积固化液且不含氧化锆的等质量骨水泥材料，所述骨水泥的x光显影亮度增强≥25％；2)所述骨水泥的凝结时间≤15min(较佳地≤12min)；3)所述骨水泥的可注射时间≤8min；4)所述骨水泥在水中可稳定存在。在另一优选例中，所述“在水中可稳定存在”是指：在25℃，所述复合材料在水中静置4h后，质量损失≤5wt％，较佳地≤1wt％，更佳地≤0.5wt％。在另一优选例中，相比于含等体积固化液且不含氧化锆的等质量骨水泥材料，所述骨水泥的x光显影亮度增强≥30％，较佳地≥45％，更佳地≥50％，优选≥60％。本发明的第三方面，提供了一种可显影的骨修复材料，所述骨修复材料为本发明第二方面所述骨水泥经固化所得，且所述骨修复材料的抗压强度≥9mpa。在另一优选例中，所述“固化”指在25-50℃(30-45℃)下反应0.1-40h(0.3-30h)。在另一优选例中，所述骨修复材料的抗压强度≥10mpa，较佳地≥11mpa，更佳地≥12mpa，最佳地≥13mpa，优选为≥15mpa。本发明的第四方面，提供了一种本发明第一方面所述产品组合的制备方法，包括如下步骤：1)提供磷酸钙盐粉末、氧化锆粉末和固化液；2)按一定混合比例封装所述磷酸钙盐粉末和所述氧化锆粉末的混合物为第一组分，按一定配比封装所述固化液为第二组分；3)将所述第一组分和所述第二组分封装，得到本发明第一方面所述产品组合。本发明的第五方面，提供了一种体外非治疗性的骨修复方法，所述方法包括步骤：将本发明第二方面所述骨水泥注射至待修复骨部位。本发明的第六方面，提供了一种本发明第一方面所述产品组合或本发明第二方面所述骨水泥的用途，用于选自下组的一种或多种用途：1)用于制备骨修复材料；2)用于制备骨填充材料。在另一优选例中，所述骨修复材料用于修复选自下组的部位：四肢干骺端骨折部位、骶髂骨折部位、椎体骨折部位。在另一优选例中，所述骨填充材料用于填充选自下组的部位：低负重部位的骨缺损、非负重部位的骨缺损。应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1为不同zro2含量对所得骨水泥的抗溃散性的影响结果，其中a为5％zro2，b为8％zro2，c为15％zro2，d为30％zro2。图2是不同zro2含量对所得固化产品的抗压强度的影响结果。图3a为经打孔的羊椎体，图3b为分别填充第i、iii、iv和v组膏状体的羊椎体，图3c为对图3b的x光照射结果。具体实施方式本发明人经过长期而深入的研究，通过在磷酸钙骨水泥(cpc粉末)中添加特定含量的兼具优异力学性能和显影特性的氧化锆粉末，制备得到一种抗压强度和显影性能优异的骨水泥材料。在此基础上，发明人完成了本发明。术语如本文所用，术语“骨水泥”或者“膏状体”可互换使用。本发明中，术语“包括”、“包含”和“含有”表示各种成分可一起应用于本发明材料或组合物中。因此，术语“主要由…组成”和“由…组成”包含在术语“包括”、“包含”和“含有”中。产品组合及其制备方法本发明提供了一种产品组合，所述产品组合包括：第一组分，所述第一组分包括磷酸钙盐粉末和氧化锆粉末；和任选的第二组分，所述第二组分包括固化液；其中，按所述第一组分的总重量计，氧化锆(zro2)粉末的含量为1-40wt％。在另一优选例中，按所述第一组分的总重量计，氧化锆粉末的含量为3-35wt％，较佳地5-32wt％。在另一优选例中，按所述第一组分的总重量计，氧化锆粉末的含量为3-12wt％，较佳地5-10wt％。在另一优选例中，按所述第一组分的总重量计，氧化锆粉末的含量为13-35wt％，较佳地18-33wt％。通常，所述磷酸钙盐粉末是自固化的。在另一优选例中，所述“自固化的”是指将所述第一组分和所述第二组分在常温下按特定比例混合后，所得混合物会自行反应形成固化体。在本发明中，所述磷酸钙盐粉末包含选自下组的一种或多种物质：20-90重量份磷酸四钙；20-90重量份二水磷酸氢钙；和1-50重量份羟基磷灰石。在另一优选例中，所述磷酸钙盐粉末包含选自下组的一种或多种物质：25-80重量份磷酸四钙；25-80重量份二水磷酸氢钙；和3-45重量份羟基磷灰石。在另一优选例中，所述固化液包含选自下组的一种或多种物质：0.01-20重量份磷酸氢二钠；0.01-20重量份磷酸二氢钠；和60-99重量份溶剂蒸馏水。在另一优选例中，所述固化液包含选自下组的一种或多种物质：0.05-15重量份磷酸氢二钠；0.05-15重量份磷酸二氢钠；和70-99重量份溶剂蒸馏水。在另一优选例中，所述固化液中，磷酸氢二钠的重量含量为0.01-20wt％。在另一优选例中，所述固化液的ph为4-10，较佳地5-9。典型地，所述磷酸钙盐粉末的粒径为0.2-100um；和/或所述zro2粉末的粒径为0.5-100um。在另一优选例中，所述磷酸钙盐粉末的粒径为0.5-50um，较佳地0.8-10μm，更佳地1-5μm。在另一优选例中，所述zro2粉末的粒径为1-50um，较佳地1.5-10μm，更佳地2-5μm。在另一优选例中，所述第一组分和所述第二组分的比例为1-10g：1-3ml，较佳地1-8g：1-2.5ml。本发明还提供了一种所述产品组合的制备方法，包括如下步骤：1)提供磷酸钙盐粉末、氧化锆粉末和固化液；2)按一定混合比例封装所述磷酸钙盐粉末和所述氧化锆粉末的混合物为第一组分，按一定配比封装所述固化液为第二组分；3)将所述第一组分和所述第二组分封装，得到所述产品组合。可显影骨水泥本发明还提供了一种可显影的骨水泥，所述骨水泥通过混合所述第一组分和 所述第二组分得到。在另一优选例中，所述第一组分和所述第二组分的混合比例为1-10g：1-3ml，较佳地1-8g：1-2.5ml。在本发明中，所述骨水泥具有选自下组的一个或多个特征：1)相比于含等体积固化液且不含氧化锆的等质量骨水泥材料，所述骨水泥的x光显影亮度增强≥25％；2)所述骨水泥的凝结时间≤15min(较佳地≤12min)；3)所述骨水泥的可注射时间≤8min；4)所述骨水泥在水中可稳定存在。在另一优选例中，所述“在水中可稳定存在”是指：在25℃，所述复合材料在水中静置4h后，质量损失≤5wt％，较佳地≤1wt％，更佳地≤0.5wt％。在另一优选例中，相比于含等体积固化液且不含氧化锆的等质量骨水泥材料，所述骨水泥的x光显影亮度增强≥30％，较佳地≥45％，更佳地≥50％，优选≥60％。可显影骨修复材料本发明还提供了一种可显影的骨修复材料，所述骨修复材料为所述骨水泥经固化所得，且所述骨修复材料的抗压强度≥9mpa。在另一优选例中，所述“固化”指在25-50℃(30-45℃)下反应0.1-40h(0.3-30h)。在另一优选例中，所述骨修复材料的抗压强度≥10mpa，较佳地≥11mpa，更佳地≥12mpa，最佳地≥13mpa，优选为≥15mpa。应用本发明还提供了一种体外非治疗性的骨修复方法，所述方法包括步骤：将所述骨水泥注射至待修复骨部位。本发明还提供了一种所述产品组合或所述骨水泥的用途，用于选自下组的一种或多种用途：1)用于制备骨修复材料；2)用于制备骨填充材料。在另一优选例中，所述骨修复材料用于修复选自下组的部位：四肢干骺端骨折部位、骶髂骨折部位、椎体骨折部位。在另一优选例中，所述骨填充材料用于填充选自下组的部位：低负重部位的骨缺损、非负重部位的骨缺损。与现有技术相比，本发明具有以下主要优点：(1)所述骨水泥材料固化后具有优异的抗压强度和显影性；(2)随着所述骨修复材料中所添加zro2含量的增加，所得骨水泥的显影性也显著增强；(3)所述骨水泥非常适合应用于制备骨修复材料；(4)所述骨水泥非常适合应用于椎体成形术；(5)所述骨水泥非常适合应用于低负重及非负重部位的骨缺损修复。下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。实验原料1)cpc粉末为磷酸四钙(tecp)(粒径约为2-3um)、二水磷酸氢钙(dcpd)(粒径约为1um)和羟基磷灰石(hap)(粒径约为1um)的混合物，其中tecp、dcpd和hap的质量比为25-80％：25-80％：3-40％(较佳地35-70％：35-70％：8-30％)；2)zro2粉末(粒径约为3um，分析纯，百灵威科技)；3)固化液：几种磷酸盐(如磷酸氢二钠(浓度为0.01％-10％)和磷酸二氢钠(浓度为0.01％-10％))的混合液，其ph值为5.5-8.5，且为澄清水溶液，其中形成混合液的原料均采购自国药集团。实验仪器1)四氟乙烯模具(自制，华东理工大学加工中心)2)维卡仪(无锡建筑材料仪器机械厂)3)万能试验机(hy-0230，上海衡翼精密仪器厂)4)恒温恒湿箱(lhs-1000ch，上海一恒科学仪器有限公司)制备实验按表1所示比例将zro2粉末(粒径为3um)加入到cpc粉末中，形成3.8g混合粉末，混合均匀待用；接着按表1所示比例向所得3.8g混合粉末中分别加入不同比例的固化液，调和均匀后，得到膏状体。将膏状体填入到高12mm，直径6mm的圆柱形模具内，放入37℃恒温恒湿箱中固化，24h后取出脱模，得到固化产品。表1组zro2含量(wt％)zro2含量固液比凝结时间(min)可注射时间(min)i003.8g/1.5ml108ii50.19g3.8g/1.5ml96iii80.304g3.8g/1.5ml108iv150.57g3.8g/1.3ml108v301.14g3.8g/1.3ml148测试实验凝结时间分别称取等质量的所得第i－v组膏状体，并分别装入高为12mm、直径为6mm的透明玻璃管中，放入37℃恒温恒湿箱，每隔几分钟取出，利用维卡仪测固化时间。可注射时间分别称取等质量的所得第i－v组膏状体，并分别装入10ml注射器中，然后将所述膏状体(即骨水泥)注射到推杆内，每隔几分钟逐渐将推杆内骨水泥推出，直到无法推出为止。从混合粉末和固化液混合开始到骨水泥无法推出结束的时间作为可注射时间。抗溃散性骨水泥的抗溃散性采取定性表征，分别称取等质量的所得第i－v组膏状体，并分别装入10ml注射器中，然后将骨水泥注射到事先装有水的调盘中，放置4小时，观察水的清澈度。抗压强度分别称取等质量的所得第i－v组膏状体，并分别装入高为12mm、直径为6mm的四氟乙烯模具中，然后放入37℃恒温恒湿箱，24h后脱模。脱模后将支架两端用砂纸磨平，将支架长度打磨成1cm。利用万能试验机进行压缩强度测试，调整万能试验机的加载速度为1mm/min。选取第iii组(即zro2含量为8％组)，将第iii组膏状体装入高为12mm、直径为6mm的四氟乙烯模具中，然后放入37℃恒温恒湿箱，分别在0.5h、1h、2h、4h、8h、24h及48h后取出脱模。脱模后将支架两端用砂纸磨平，将支架长度打磨成1cm。利用万能试验机进行压缩强度测试，调整万能试验机的加载速度为1mm/min。x光扫描测试将羊椎体打孔后，分别填入第i、iii、iv和v组膏状体，利用x光照射，观察显影性。结果与讨论凝结时间和可注射时间的测试结果如表1所示。从表1可以看出：5％zro2和8％zro2两组所得骨水泥的凝结时间在10min左右，可注射时间在6-8min之间，与对照组相比，少量zro2的加入对骨水泥的凝结时间和可注射时间影响不大。但是，随着zro2的添加含量增加，当达到15％甚至30％时，所得骨水泥的凝结时间为10min和14min，均能很好地符合临床操作的要求。所以，zro2的添加量在5％-30％的质量分数范围内，对cpc产品在凝结时间和可注射时间的临床应用上基本没有不利影响。图1为不同zro2含量对所得骨水泥的抗溃散性的影响结果，其中a为5％zro2，b为8％zro2，c为15％zro2，d为30％zro2。从图1可以看出：放置4h后，注入水中的cpc骨水泥未见任何变化，水溶液 始终呈现澄清状态，说明四组cpc骨水泥均具有较好的抗水性，这进一步表明zro2的加入对cpc的固化特性没有任何不良影响。图2是不同zro2含量对所得固化产品的抗压强度的影响结果。从图2可以看出：zro2的加入明显提高了cpc的抗压强度。在相同的固液比条件下(5％和8％组比较、15％和30％组比较)，随着zro2含量的升高，cpc的抗压强度增强。这是因为zro2自身具有很高的力学强度，随着其含量的升高和水化反应的进行，骨水泥表面越来越致密，固体颗粒由最初的分散状态转变为相互连接的状态，所以强度增大。但当zro2含量较高时，能够明显改变cpc的凝结时间，故15％和30％组需减少固化液的加入量。表2固化时间(h)抗压强度(mpa)0.50.8311.5721.8410.42415.24815.4表2是第iii组(即zro2含量为8％组)所得骨水泥在不同的水化反应时间对cpc抗压强度的影响结果。从表2可以看出，在2h-4h之间，cpc迅速反应固化，固化4h抗压强度达到10.4mpa，4h后固化反应趋于缓慢，24h后可达15.2mpa并保持在这一强度。这是因为cpc的抗压强度是其微观结构决定的，在发生固化反应前，cpc内部颗粒间是呈分散状态的，粒子与粒子之间的距离较远，所以强度很低。随着水化反应的进行，粒子逐渐向羟基磷灰石(hap)晶体转变，随着hap晶体数量的增加，粒子之间相互搭接，粒子之间联系紧密，所以抗压强度逐渐升高。其中，2h-4h抗压强度迅速升高，说明这一时间段发生的水化反应最强烈，而在24h后抗压强度不再变化，说明水化反应基本完成。图3a为经打孔的羊椎体，图3b为分别填充第i、iii、iv和v组膏状体的羊椎体，图3c为对图3b的x光照射结果。从图3可以看出：与未加zro2组(即第i组)相比，zro2的加入可以明显提高cpc的显影效果，且zro2含量越高，显影效果越明显。经理论计算，8％zro2组(即第iii组)比对照组(即第i组)显影亮度增强了30％，15％zro2组(即第iv组)和 30％zro2组(即第v组)比对照组显影亮度分别增强了50％和70％。在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。当前第1页12