一种改性氯氧镁骨水泥及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种改性氯氧镁骨水泥及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 骨是人体中最重要的组织之一，在保护体内器官等方面起着重要的作用。由于交 通事故、工伤、运动创伤、疾病以及人口老龄化等原因导致的骨缺损是骨科常见病，需要大 量优质生物医用材料及器件以供临床治愈和修复。全球对骨修复材料及其制品的需求量近 年一直保持着20%左右的增长速度。我国作为人口大国，骨修复材料需求量的增长速度更 为明显。因此，研制生物骨修复材料具有重要的社会意义和巨大的经济效益。
[0003] 当前临床上广泛采用的骨植入材料是自体骨和异体骨。自体骨易被患者接受，但 会造成患者的二次损伤和痛苦；异体骨取材简便，但存在免疫排斥和疾病传播等生物安全 性隐患，而且在材料筛选、储存方面也相当困难和昂贵。因此，一类具有特殊功能可对机体 组织进行修复、替代与再生，同时可避免采用自体骨和异体骨所带来问题的人工合成骨修 复材料吸引各国学者广泛研究。
[0004] 目前，人工骨组织修复材料主要分为四类：医用金属材料、医用生物陶瓷、医用高 分子材料、医用复合材料。这些材料可通过植入人体，用于人体组织修复与替换。在肢体病 变或损伤中，骨折在临床上越来越常见，而不稳定骨折治疗是长期困扰外科医生的棘手问 题，临床上一般采用切开复位内固定手术治疗。主要方法有微型钢板螺丝钉固定、髓内针固 定、张力带钢丝固定、骨内钢丝缝合固定、骨内尼龙线缝合固定，传统交叉克氏针固定以及 可吸收高分子螺钉固定等。但是，某些特殊部位的骨折，如关节周围等部位粉碎性骨折或关 节内骨折，往往因缺乏有效内固定材料无法随骨折块进行准确拼接复位和固定。传统临床 治疗主张将部分无法固定的小骨碎块去除或旷置，对非关节内骨折，在有坚强固定的情况 下，将小骨碎块去除后会造成骨缺损，明显影响骨折愈合速度，并不利于维持骨折对位及对 线，使骨折畸形愈合，及不愈合的可能性增加；旷置的小骨块往往会在术后移位进入周围软 组织，形成异位固化，从而影响机体功能。而人工骨材料能够代替或修复人体骨组织和实现 骨再生功能，广泛应用于骨科、整型外科及牙科领域。
[0005] 1867年瑞典学者索瑞尔将轻烧MgO、MgCl#PH20三者按照一定配比调和成一种气 硬性胶凝材料--氯氧镁水泥。具有以下特点：（1)粘结性好：氯氧镁水泥对除了金属材料 外的所有材料都有很好的粘结性；（2)高强度：镁水泥可以轻易达到62. 5MPa，一般的轻烧 镁粉胶凝材料的抗压强度均可达到62. 5MPa以上，大部分可达到90MPa以上。在轻烧镁粉 质量可以保证、镁水泥配比合理、工艺科学的情况下，还可以达到140MPa左右。（3)轻质低 密度。（4)凝结硬化快：镁水泥具有快凝特性。初凝为35?45min，终凝50?60min。一 般在加入调和剂后，4?8h可达到脱模强度。但氯氧镁胶疑材料的缺点也很明显：（1)耐水 性较差，一般的镁制品在水中浸泡28d后其强度降低70%?80% ; (2)在潮湿环境下易吸潮 返卤，制品表面出现大水珠，甚至水珠流淌；（3)配比不当或原料中活性氧化镁含量过高会 造成反应过快，放热集中，不仅影响生产操作，而且还容易导致产品翘曲变形。这些弊病严 重影响产品质量，制约其发展。
[0006] 虽然氯氧镁水泥耐水性差的缺陷限制了它在建筑行业的应用，但是这一性能却可 以被利用开发为一种新型的可降解生物材料。
[0007] Mg〇-MgCl2-H20体系中一共有以下四种水化相： 2Mg(0H)2 ?MgCl2 ? 4H20,简称为 2 相； 3Mg(0H)2 ?MgCl2 ? 8H20,简称为 3 相； 5Mg(0H)2 ?MgCl2 ? 8H20,简称为 5 相； 9Mg(0H)2 ?MgCl2 ? 5H20,简称为 9 相； 研究表明：常温下3相和5相是稳定相，5相对氯氧镁水泥硬化和强度发展贡献最大，Mg2+和C厂是人体必需的离子，Mg2+有利于骨骼的新陈代谢和生长，C厂是血液中重要的离子 之一，它可以帮助保持体液平衡，保持合适的血容量，血压和体液的PH值。氯氧镁水泥的研 制成功将有望用于肢体残肢人士的治疗。
[0008] 所以，希望加入适当的外加剂后可以使氯氧镁水泥稳定降解并且不会有大的强度 损失，并且能具有很好的生物相容性和生物活性，最终能够被用于骨填充和骨移植材料。
[0009] 理想改善氯氧镁骨水泥抗水性的外加剂应具备以下特征：（1)阻止水环境对氯氧 镁骨水泥制品的侵蚀；（2)不大幅降低氯氧镁骨水泥制品的强度；（3)不影响氯氧镁骨水泥 的可操作性；（4)具有良好的生物相容性；（5)较短时间内被吸收。结合国内外众多学者研 究成果，本发明初步选用羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、黄原胶、白糊精作为抗水剂。
[0010] 羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素钠是高分子聚合物，为大分子线状结构，官能 团上带有羟基，能与拌和水分子形成氢键，使拌和水黏度增加，具有优良的增稠性，可以作 为一种优良的混凝土抗分散剂；羟丙基甲基纤维素的长分子链间会相互吸引，亲水基与水 结合，产生吸水膨胀，并通过范德华力相互作用使羟丙基甲基纤维素分子间相互缠结形成 网状结构，把氯氧镁骨水泥包裹起来，由于羟丙基甲基纤维素形成类似薄膜的网状结构和 对水泥的包裹作用，会有效防止水环境对氯氧镁骨水泥制品的侵蚀。
[0011] 黄原胶是一种水溶性天然树胶，被誉为"工业味精"，是目前世界上生产规模最大 且用途纪委广泛的微生物多糖。黄原胶无任何毒副作用，具有良好的生物相容性、生物可降 解性。在医学和药学中用作增稠，黄原胶分子中含有大量的亲水基团，具有较强的亲水性和 保水保形性，在水中能快速溶解，有很好的水溶性，由于它有极强的亲水性，与水环境接触 后，外层吸水膨胀成胶团，可在材料表面形成致密的水膜，会阻止水分进入里层，从而提高 抗水性。
[0012] 白糊精成品几乎成白色，在冷水中溶解度接近90%，显示出很强的粘性，具有粘结 纤维素原料和形成水溶性膜及粘接无机材料等基本性能。可用作邮票、壁纸的粘合剂、铸造 砂型、煤砖、灰泥等的粘接剂、染料、医药品的填充剂、水泥硬化延缓剂、感光辅助材料、浮游 选矿等。白糊精溶于水形成高粘度和强化学