专利名称：玻璃基纳米羟基磷灰石生物水泥及其制备方法
技术领域：
本项发明涉及一种具有生物活性，能自行凝固成形的骨粘接剂，具有较高的机械强度，并对癌细胞有抑制作用。
本发明提出的骨粘结剂是一种多相复合物，由具有生物活性和水硬性的磷酸盐玻璃相颗粒和颗粒间充填纳米尺寸的羟基磷灰石晶体相粉末所组成(见
图1)，前后两者的质量比为60∶40-90∶10。
上述复合物经与调和液配合，形成具有粘结性的生物水泥。
本发明中，主体为磷酸盐玻璃，其组分配比(按质量)如下P2O5 10-35％，SiO2和/或Al2O3； 15-50％，CaO和/或MgO； 20-40％，F-和/或R2O 0-10％，各组份的总质量满足100％，其中R为碱金属离子，例如可以为Na，K等，F-为金属氟化物；磷酸盐玻璃的颗粒尺寸为2～45μm。
本发明中，羟基磷灰石晶体的组分配比(按质量)如下羟基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2 80-100％，各种水化磷灰石Ca10(PO4)6X2·YH2O20-0％，其中X为F-或/和HCO3-，或/和NH2-等阴离子团，Y＝1-10，晶粒的当量尺寸为10～90nm。另外，该晶体的颗粒形貌为球状，或者为针状。形貌为球体的，可增加晶体的不饱和键，能有较多的钙离子沥淅出，提高抑制癌细胞的功能，形貌为针状的，位于水化玻璃颗粒的块体间隙，可加大羟基磷灰石晶体的交织程度，提高骨粘结剂的强度。
本发明中，所使用的调和液的组分配比(按重量)如下(NH4)2HPO490-100％，NH4H2PO410-0％，其pH为7.0-8.5。
本发明中，作为骨粘结剂的多相复合物与调和液的配比如下每10g固体粉与2-8ml调和液配合，调成浆体。该浆体能在2-15分钟之内凝固成坚硬固体。
上述骨粘结剂的制备方法如下按磷酸盐玻璃的组份配比制备配料，其将其置于铂坩埚内，熔制成玻璃熔体；再将玻璃熔体淬冷在两块铜板之间，得到无色透明的玻璃薄片；将玻璃薄片粉碎研磨成所需的颗粒尺寸，备用；将Ca(NO3)2·4H2O的乙醇溶液与(NH4)2HPO4的水溶液按Ca/P之比为1.6-.17的比例混合，加入表面活性剂乙醇胺，在温度为5-25℃、pH为9.8-11.2的条件下搅拌反应，产生沉淀物，即得到纳米羟基磷灰石。其中，当表面活性剂过量时，得到的羟基磷灰石为球状形貌，当表面活性剂较少时，得到的羟基磷酸灰石为针状形貌；将上述磷酸盐玻璃颗粒和纳米羟基磷灰石粉末按配比混合调制成多相复合物。
最后，使用时，将调和液(如(NH4)2HPO4与NH4H2PO4的混合溶液)按配比与多相复合物在室温下混合，经水化反应，得具粘结性的浆体。浆体逐渐变稠、变硬，形成铵基磷酸钙水化物，再经生理模拟液的交代反应，在颗粒的表面，逐渐形成新生态的羟基磷灰石。它有较大的活性，对新骨的形成与生长起诱导作用和传导作用。
由于多相复合物中的纳米羟基磷酸钙具有较大的比表面，能沥析出钙离子，对癌细胞的生长有一定抑制作用，在37℃时人体生活模拟液中的Ca离子溶出率为5×10-8-4×10-7g/g(每克试样溶出率)。此外，颗粒间的纳米羟基磷灰石，也弥补了颗粒间所形成的空穴，提高了生物水泥的强度。7天后的最高耐压强度可达95MPa，最高抗折强度可达36MPa。因此，与现有的产品相比，本发明所涉及的玻璃基纳米羟基磷灰石生物水泥更具有生物活性，有更高的机械强度，而且还具有一定的抑制癌细胞生长的作用。
图2玻璃基纳米羟基磷灰石的多相复合物的水化过程简图。
图中标号1为磷酸盐玻璃颗粒，2为球状纳米羟基磷灰石，3为针状纳米羟基磷灰石。
实施例1分别取分析纯的原料CaHPO4·2H2O，Al(OH)3，SiO2，CaCO3，MgCO3和CaF2，按质量组成比例为P2O512，Al2O35，SiO240，MgO 5，CaO 36，CaF22配制成玻璃配合料，置于铂坩埚，在1450～1550℃熔制4～6小时后，将熔体淬冷在两块铜板之间，得到无色透明的玻璃薄片，并将其粉碎研磨，其颗粒尺寸为5μm的细粉备用。另取分析纯试剂Ca(NO3)2·4H2O 19.7g，溶解在200ml的95％乙醇溶液中，并取分析纯试剂(NH4)2HPO47.0g，溶解在200ml的去离子水中，将两液混合，并加8滴乙醇胺作表面活化剂，用NH4OH溶液把混合溶液的pH调整到10；搅拌4小时后，将其沉淀静止12小时，抽滤后干燥，获得球状的纳米羟基磷灰石，其平均尺寸为45nm。再取分析纯试剂(NH4)2HPO450g、NH4H2PO42.5g混合后，溶解于100ml的去离子水中，制备成调和液，其pH值调整为7.8。最后取出10g固体(8g玻璃细粉，2g纳米羟基磷灰石)粉末，充分混合，加上调和液3.5ml，均匀调和成浆体，将浆体塑造成1cm×1cm×1cm立方体试样和4mm×4mm×60mm条状试样。在100％的相对湿度下养护7天，然后测得耐压强度为87MPa，抗折强度32MPa，立方体试样在100ml生理盐水中，在37℃条件下，Ca++离子的第一天内析出量为1.2×10-7g/g(每克试样的溶出率)。
实施例2分别取分析纯的原料CaHPO4·2H2O，Al(OH)3，SiO2，CaCO3，MgCO3和CaF2，按质量组成比例为P2O512，Al2O35，SiO240，MgO 5，CaO 36，CaF22配制成玻璃配合料，置于铂坩埚，在1450～1550℃熔制4～6小时后，将熔体淬冷在两块铜板之间，得到无色透明的玻璃薄片，并将其粉碎研磨，其颗粒尺寸为5μm的细粉备用。另取分析纯试剂Ca(NO3)2·4H2O 16.8g，溶解在200ml的95％乙醇溶液中，取分析纯试剂(NH4)2HPO45.6g，溶解在200ml的去离子水中，将两液混合，并加5滴乙醇胺作表面活化剂，用NH4OH溶液将混合溶液的酸度调整为pH＝10.5；搅拌2小时，将其沉淀静止12小时，抽滤后干燥，获得平均直径为12nm，长度为65nm的针状纳米羟基磷灰石。再取分析纯试剂(NH4)2HPO450g、NH4H2PO42.5g混合后，溶解于100ml的去离子水中，制备成调和液，其pH值调整为7.8。最后取8g上述玻璃细粉，2g上述针状纳米羟基磷灰石，充分混合，在混合的过程中，滴加3.5ml调和液，调成均匀的浆体，将浆体塑造成1cm×1cm×1cm立方体试样和4mm×4mm×60mm条状试样，分别在100％的湿度下养护7天，然后测得耐压强度为95MPa，抗折强度36MPa，立方体试样在100ml生理盐水中，在37℃条件下，Ca++离子的第一天内析出量为7.4×10-8g/g(每克试样的溶出率)。
实施例3分别取分析纯的原料CaHPO4·2H2O，SiO2，CaCO3和CaF2，按质量组成比例为P2O520，SiO237，CaO 42，CaF21配制成玻璃配合料，置于铂坩埚，在1450～1550℃熔制4～6小时后，将熔体淬冷于两块铜板之间，得到无色透明的玻璃薄片。将玻璃粉碎、研磨成颗粒尺寸为10μm的细粉备用。另取分析纯试剂Ca(NO3)2·4H2O 19.7g，溶解在200ml的95％乙醇溶液中，取分析纯试剂(NH4)2HPO47.0g，溶解在200ml的去离子水中，将两液混合，并加8滴乙醇胺用作表面活化剂，用NH4OH溶液将混合液体的酸度调整到pH＝10.0；搅拌4小时后，将其沉淀静止12小时，抽滤后干燥，获得球状纳米羟基磷灰石，其平均直径为55nm。再取分析纯试剂(NH4)2HPO450g、NH4H2PO42.5g混合后，溶解在100ml的去离子水中，制备成调和液，其酸度调整为pH＝7.8。最后取8g上述玻璃细粉，2g上述球状纳米羟基磷灰石，充分混合，在混合的过程中，滴加3.5ml调和液，调成均匀的浆体，将浆体塑造成1cm×1cm×1cm立方体试样和4mm×4mm×60mm条状试样，分别在100％的湿度下养护7天，然后测得耐压强度为79MPa，抗折强度27MPa，立方体试样在100ml生理盐水中，在37℃条件下，Ca++离子的第一天内析出量为2.2×10-7g/g(每克试样的溶出率)。
实施例4
分别取分析纯原料CaHPO4·2H2O，SiO2，CaCO3和CaF2，按质量组成比例为P2O520，SiO237，CaO 42，CaF21，配制成玻璃配合料，置于铂坩埚，在1450～1550℃熔制4～6小时后，将熔体淬冷于两块铜板之间，得到无色透明的玻璃薄片。将玻璃粉碎、研磨成颗粒尺寸为10μm的细粉备用。另取分析纯试剂Ca(NO3)2·4H2O 16.8g，溶解在200ml的95％乙醇溶液中；取分析纯试剂(NH4)2HPO45.6g，溶解在200ml的去离子水中，将两液混合，并加5滴乙醇胺用作表面活化剂，用NH4OH溶液将混合液体的酸度调整到pH＝10.5；搅拌4小时后，将其沉淀静止12小时，抽滤后干燥，获得平均直径为18nm长度为75nm的针状纳米羟基磷灰石。再取分析纯试剂(NH4)2HPO450g、NH4H2PO42.5g混合后，溶解在100ml的去离子水中，制备成调和液，其pH值调整到7.8。最后取8g上述玻璃细粉，2g上述针状纳米羟基磷灰石，充分混合，在混合的过程中，滴加3.5ml调和液，调成均匀的浆体，将浆体塑造成1cm×1cm×1cm立方体试样和4mm×4mm×60mm长条状试样，分别在100％的湿度下养护7天，然后测得立方体试样的耐压强度为91MPa，长方体试样的抗折强度33MPa，立方体试样在100ml生理盐水中，在37℃条件下，Ca++离子的第一天内析出量为8.9×10-8g/g(每克试样的溶出率)。
权利要求
1.一种骨粘结剂，其特征在于为一种多相复合物，由具有生物活性和水硬性的磷酸盐玻璃颗粒和颗粒间充填纳米尺寸的羟基磷灰石晶体粉末所组成，前后两者的质量比为60∶40-90∶10。
2.根据权利要求1所述的骨粘结剂，其特征在于每10g多相复合物与2-8ml调和液配合，形成具有粘结性的生物水泥。
3.根据权利要求1所述的骨粘结剂，其特征在于主体磷酸盐玻璃的组分按质量的配比如下P2O5 10-35％，SiO2和/或Al2O3；15-50％，CaO和/或MgO； 20-40％，F-和/或R2O0-10％，各组份的总质量满足100％，其中R为碱金属离子，F-为金属氟化物；磷酸盐玻璃的颗粒尺寸为2～45μm。
4.根据权利要求1所述的骨粘结剂，其特征在于羟基磷灰石晶体的组分按质量的配比如下羟基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2 80-100％，各种水化磷灰石Ca10(PO4)6X2YH2O20-0％，其中X为F-或/和HCO3-，或/和NH2-阴离子团，Y＝1-10，晶粒的当量尺寸为10～90nm。
5.根据权利要求2所述的骨粘结剂，其特征在于羟基磷灰石晶体组分按质量的配比如下(NH4)2HPO490-100％，NH4H2PO410-0％，其pH为 7.0-8.5。
6.一种如权利要求1-5所述的骨粘结剂的制备方法，其特征在于具体步骤如下按磷酸盐玻璃的组份配比制备配合料，其将其置于铂坩埚内，熔制成玻璃熔体；再将玻璃熔体淬冷在两块铜板之间，得到无色透明的玻璃薄片；将玻璃薄片粉碎研磨成所需的粒尺寸，备用；将Ca(NO3)2·4H2O的乙醇溶液与(NH4)2HPO4的水溶液按Ca/P之比为1.6-.17的比例混合，加入表面活性剂乙醇胺，在温度为5-25℃、pH为9.8-11.2的条件下搅拌反应，产生沉淀物，即得到纳米羟基磷灰石；将上述磷酸盐玻璃颗粒和纳米羟基磷灰石粉术按配比混合调制成多相复合物。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于将调和液(NH4)2HPO4与NH4H2PO4的混合液按配比和多相复合物在室温下混合，经水化反应，得具有粘结性的浆体。
全文摘要
本项发明涉及一种具有生物活性、能自行凝固成形的骨粘接剂(又称生物水泥)，它是一种多相复合物，由磷酸盐玻璃相和纳米羟基磷灰石晶体相所组成。磷酸盐玻璃相赋予生物水泥以优良的生物相容性与生物活性，与调和液混合后，具有粘度逐渐增大的性能，形成的混合物最终能自行固化，粘接骨组合件。混合时固化反应的产物铵基磷酸钙水化物经人体生理模拟液作用，生成新生态羟基磷灰石，对新骨的形成与生长起诱导作用。本发明用于外科手术中的骨缺损的修补和人造骨与自然骨的粘接，有较高的耐压强度，并具有抑制癌细胞生长的功能。
文档编号A61L27/12GK1446588SQ0311510
公开日2003年10月8日 申请日期2003年1月23日 优先权日2003年1月23日
发明者黄文旵, 王德平, 周萘 申请人:同济大学