一种复合型骨水泥及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于骨组织修复的复合型骨水泥及制备方法，主要用于生物医用 材料等领域。
【背景技术】
[0002] 人工骨修复是目前治疗骨缺损较为理想的方法。硫酸钙作为一种传统的骨修复材 料，以其良好的生物相容性、骨传导性等在骨修复方面具有良好的应用前景。自Dressman首 次使用硫酸钙成功治愈骨缺损以来，硫酸钙骨修复材料逐渐发展，1996年美国Wr i ght公司 研制出外科级硫酸钙骨水泥Osteoset?，并通过美国FDA及欧洲认证;最近又生产出新一代可 注射型植骨材料MIIG骨水泥，不仅临床疗效，生物学性能更加确切、稳定，且为微创治疗骨 缺损提供了一种有效途径;但是，硫酸钙骨水泥同时也存在可注射时间较短、缺乏骨诱导活 性等缺点。
[0003] 磷酸钙具有良好的生物活性、生物相容性和可注射性，为了改善硫酸钙的骨再生 性能，许多研究证明将磷酸钙添加到硫酸钙中，能够得到注射时间可控、机械性能良好、具 有成骨活性的可注射型复合骨水泥。
[0004] CNl 02008748中公开了通过在水溶液中混合磷酸钙(磷酸四钙、磷酸氢钙)粉末和 硫酸钙(半水硫酸钙)粉末，磷酸钙和硫酸钙都会和水溶液反应，产生一个磷灰石相(羟基磷 灰石)和一个可吸收的脱水硫酸钙相(CSD )，CSD相在体内会被吸收，在植入的材料中产生微 孔，因此新骨可以长入材料之中。磷灰石相在骨缺损中会起到骨传导作用，提供的可注射可 降解硫酸钙和磷酸钙水泥作为股骨头坏死修复材料中的应用，半水硫酸钙为二水硫酸钙在 温度为150-1800°C条件下煅烧制备。通常用作骨修复材料的半水硫酸钙采用煅烧、水热法 或汽热法等，辅以硫酸铝等转晶剂制备，如CN103723757中将钙盐和硫酸盐依次倒入密闭水 热反应容器中搅拌均匀，再加入由柠檬酸钠、硫酸铝和琥珀酸配制而成的复合转晶剂获得 混合溶液，再水热制备半水硫酸钙。
[0005] 本发明中直接将硫酸钙、磷酸钙均匀混合，辅以添加剂通过汽热法制备硫酸钙磷 酸钙复合物，添加剂用于改善硫酸钙骨水泥的注射性能、抗水溃散性能、力学性能等，还起 到转晶剂的作用，引导硫酸钙转晶为半水硫酸钙，避免了硫酸铝等转晶剂杂质的引入，对于 本发明相关内容中辅以添加剂，硫酸钙磷酸钙复合转晶制备骨水泥粉体的研究未见报道。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种复合型骨水泥，并公开了一种复合型骨水泥的制备方 法。复合型骨水泥粉体主要由硫酸钙盐(CS)/磷酸钙盐(CP)复合物组成，液体为水或溶液组 成，具有分散性好，易浸润，可注射性好、抗水溃散性好、强度高的特点，同时还具有良好的 生物相容性和骨再生性。
[0007] 骨水泥具体组成为:硫酸钙盐/磷酸钙盐复合物的质量百分含量为90~99.9%，添 加剂的质量百分含量为〇. 1~10 %。
[0008] 本发明的骨水泥的制备按照以下步骤：
[0009] (1)按照质量百分比称取90~99.9%硫酸钙盐和磷酸钙盐，辅以0.1~10%的添加 剂，混合均匀，其中硫酸钙盐和磷酸钙盐中，硫酸钙盐质量百分比为65~99%，磷酸钙盐质 量百分比为1~35%;
[0010] (2)在70°C烘箱中干燥、研磨后，在温度为120~200°C，压力为0.1~IMPa的高压釜 中转晶反应，反应时间为3~8h;
[0011] (3)反应后，放入到80~100°C的烘箱中干燥12h，研磨均匀，得到骨水泥粉体；
[0012] ⑷称取骨水泥粉体，按照粉液质量比1~3:1，将粉体加入到液体中，搅拌均匀，固 化得到骨水泥。
[0013] 选用的硫酸钙盐为二水硫酸钙或其与其他硫酸钙的混合物，选用的磷酸钙盐为磷 酸三钙、磷酸氢钙、磷酸四钙、羟基磷灰石、锶羟基磷灰石、镁羟基磷灰石、银羟基磷灰石的 一种或多种。
[0014] 添加剂为聚乙二醇、海藻酸钠、聚乙烯醇、纤维素、壳聚糖、透明质酸、硬脂酸钠、明 胶中的一种或多种，优选聚乙二醇、海藻酸钠、透明质酸、壳聚糖、纤维素中的一种。
[0015] 骨水泥液体可以是氧化石墨烯溶液、壳聚糖溶液、海藻酸钠溶液、柠檬酸钠溶液、 透明质酸钠溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液、纤维素溶液、硝酸银溶液或水，优选质量百 分比为0.05~3 %的透明质酸钠溶液、0.05~3 %的壳聚糖溶液、0.05~3%的海藻酸钠溶液 或水的一种。
[0016] 本发明的优点在于:利用添加剂，将硫酸钙和磷酸钙混合均匀通过汽热法制备硫 酸钙磷酸钙复合物，少量的磷酸钙和添加剂可以作为转晶剂，引导二水硫酸钙转晶为半水 硫酸钙，并改善骨水泥体系的注射性能、力学性能和抗水溃散性能，在高温高压转晶反应之 前将原料混合研磨，反应后再次研磨，保证了硫酸钙/磷酸钙复合物体系的均匀性，并无硫 酸铝等转晶剂杂质的引入，保证骨水泥体系的稳定。故本发明解决了硫酸钙骨水泥转晶制 备杂质的引入问题，以磷酸钙或聚乙二醇、纤维素等代替硫酸铝等转晶剂，且改善骨水泥的 可注射性、生物相容性和骨再生性、抗菌性、力学性能等，如锶磷灰石的存在可增加骨水泥 骨诱导性，银磷灰石的存在增加骨水泥抗菌性，且制备的骨水泥的抗压强度均在IOMPa以 上，满足人体松质骨修复的需要，是一种性能优异的骨修复材料。
【附图说明】
[0017] 图1:制备的骨水泥粉体的SEM图；
[0018]图2:添加剂为聚乙二醇制备的复合型骨水泥的力学性能图；
[0019]图3:制备的骨水泥粉体的XRD图：右上角为30~35°范围的放大图；
[0020] 图4:添加剂为海藻酸钠制备的复合型骨水泥的力学性能图；
[0021] 图5:实施例6的骨水泥对革兰氏阴性菌大肠杆菌的抑菌环。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例对本发明的内容作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限 于此。
[0023] 实施例1
[0024] 硫酸钙盐为二水硫酸钙，磷酸钙盐为磷酸三钙，添加剂为聚乙二醇，方法如下： [0025] (1)按照质量百分比称取90%的二水硫酸钙(99%)和磷酸三钙（1 %)，辅以聚乙二 醇，在球磨机中球磨混合均匀，聚乙二醇占总质量的10% ;
[0026] (2)取出在70°C烘箱中干燥、研磨后，在温度为135°C，压力为0.2MPa的高压釜中转 晶反应，反应时间为8h;
[0027] (3)反应后，放入到100°C的烘箱中干燥12h，研磨均匀，得到骨水泥粉体；
[0028] (4)称取骨水泥粉体5g，按照粉液质量比3:1，将粉体加入到水中，搅拌均匀，固化 得到骨水泥。
[0029]对制备的骨水泥粉体进行微观形貌观察，如附图1所示可知，转晶制备的骨水泥粉 体中，二水硫酸钙转晶变为棒状晶，磷酸三钙为细小的不规则颗粒晶，分布均匀。
[0030] 将骨水泥在37°C、100%相对湿度环境中进行固化，对固化7天的骨水泥试样进行 抗压强度测试，抗压强度测试样为圆柱状（?6mmX12mm)，抗压强度平均值为15.89Mpa(如 附图2-A所示）。
[0031] 实施例2
[0032] 硫酸钙盐为二水硫酸钙，磷酸钙盐为磷酸三钙、锶羟基磷灰石组成，添加剂为聚乙 二醇，方法如下：
[0033] (1)按照质量百分比称取95%的二水硫酸钙（65%)和磷酸三钙、锶羟基磷灰石 (35 % )，辅以聚乙二醇，在球磨机中球磨混合均匀，聚乙二醇占总质量的5 % ;
[0034] (2)取出在70°C烘箱中干燥、研磨后，在温度为120°C，压力为O.IMPa的高压釜中转 晶反应，反应时间为8h;
[0035] (3)反应后，放入到80°C的烘箱中干燥12h，研磨均匀，得到骨水泥粉体；
[0036] (4)称取骨水泥粉体5g，按照粉液质量比1:1，将粉体加入到水中，搅拌均匀，固化 得到骨水泥。
[0037] 将骨水泥置于37°C、100%相对湿度环境中进行固化，对固化7天的骨水泥试样进 行抗压强度测试，抗压强度测试样为圆柱状（?6mmX12mm)，抗压强度平均值为13.34Mpa (如附图2-B所示）。
[0038] 实施例3
[0039] 硫酸钙盐为二水硫酸钙，磷酸钙盐为羟基磷灰石，添加剂为聚乙二醇，方法如下： [0040] (1)按照质量百分比称取99%的二水硫酸钙(90%)和羟基磷灰石（10%)，辅以聚 乙二醇，在球磨机中球磨混合均匀，聚乙二醇占总质量的