专利名称：：以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架的制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种骨水泥多孔支架的制备方法，特别是一种以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架的制备方法。
背景技术：
：骨水泥，尤其是含钙的骨水泥体系，如磷酸钙、硫酸钙、硅酸钙骨水泥体系，在继承生物陶瓷生物相容性、骨诱导性、降解吸收性好、力学强度高等特点的同时，还具有固化产热小、随意塑型、避免高温烧结、在不破坏药效的同时原位包裹药物等优势，因此在骨修复领域得到了广泛的发展和应用，到目前已经有多种类型的商业化骨水泥上市，如a-BSM(Etex,Cambridge,MA)>ChronOS(Synthes,Bettlach,瑞士)、Eurobone(Heimsbrunn,法国)、可注射硫酸MIIGX3(minimallyinvasiveinjectablegraftX3,WRIGHT公司，美国)、自固化磷酸钙人工骨(上海瑞邦生物材料有限公司，中国)等[TasAC,Int.J.Appl.Ceram.Technol.,2007,4(2),152-163]0骨水泥用于临床的使用方式非常灵活，可分为注射型和非注射型。常见的非注射型是骨水泥多孔支架，其基本特点之一是具有联通的大孔，孔隙率在40、5%之间，孔径范围在100-1000μm之间，从而有利于细胞和血管的长入，并提供养分和代谢物的传输通道。传统的骨水泥支架的致孔方法包括气体发泡法、粒子滤出法等。气体发泡法具有避免使用有机溶剂的特点，一般将过氧化氢、碳酸氢盐等发泡剂配入固化液中。天然骨中CO2含量在5%左右。近年来，也有文献报道了碳酸化磷灰石骨水泥，并辅以低pH值的酸性固化液，利用化学反应生成的二氧化碳气体进行发泡。该方法得到的骨水泥产物更接近天然骨成分，而且孔径大小也比较合适，但其固化液成分比较单一，以一种或多种磷酸氢盐溶液居多，制备的骨水泥支架的力学强度都不高，因而大大限制了其应用范围。
发明内容·本发明的目的在于提供一种以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架的制备方法，该方法以碳酸盐或碳酸氢盐的固体粉末为发泡剂、并在酸性固化液中添加可溶性粘性物质作为增强剂、制备高强度骨水泥多孔支架。为达到上述目的，本发明预先在骨水泥粉末中添加碳酸盐或碳酸氢盐粉末作为发泡剂，配制低PH值的酸性固化液，并在其中添加粘性物质作为增强剂；然后按一定的液固比调和成粘稠的膏状，注入模具中进行塑型，与此同时，骨水泥在发泡作用下进行膨胀，待其凝固后从模具中取出；在一定的温度和湿度条件下养护，至抗压强度基本稳定，将直接接触模具的部位打磨去除，即可得到具有联通孔的骨水泥多孔支架。根据上述机理，本发明采用如下技术方案一种以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为a.在骨水泥粉末中添加碳酸盐或碳酸氢盐粉末作为发泡剂，其用量为骨水泥粉末质量的O.550%；b.调节固化液的pH值不超过4.5，并添加可溶性粘性物质作为增强剂，可溶性粘性物质的添加量为固化液质量的O.0055%，得到酸性固化液；c.将步骤a所得骨水泥粉末与步骤b所得酸性固化液按照O.21.Omllg的液固比调和成粘稠的膏状，注模塑型，待其凝固后取出；d.将塑型后的骨水泥经养护、打磨、修正，制得以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架。上述的骨水泥粉末可以为磷酸钙骨水泥体系、硫酸钙骨水泥体系或硅酸钙骨水泥体系。上述的以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架的制备方法，其特征在于所述的碳酸盐及碳酸氢盐为碳酸钙、碳酸钠、碳酸钾等及对应的碳酸氢盐中的一种或两种及其以上的组合，粒径大小不超过5μπι。上述的碳酸盐及碳酸氢盐的添加方式可以为物理混合，可借助机械球磨、混合器进行干法混合；也可通过湿法实现，即对混合粉末的悬浮液进行机械球磨或搅拌，再离心、加热、干燥、研磨/捣碎；所述悬浮液的介质可为无水乙醇、丙三醇等混合粉末的非溶剂。上述的固化液可以为pH值在1-10之间的磷酸溶液、柠檬酸溶液及其钠盐或钾盐溶液、血清、胶原溶液或磷酸氢盐溶液。上述的用于调节固化液的pH值的物质可以有柠檬酸、盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、乙酸或透明质酸。上述的可溶性粘性物质可以为壳聚糖、明胶或聚乙烯醇。上述步骤d中所述的养护的条件为温度条件为1550C，相对湿度580%；养护时间在2472小时。上述的步骤d所述的打磨方法为机械打磨、砂纸干磨或非水介质的湿法打磨。所述模具可通过一定质量的压舌对发泡膨胀中的骨水泥施加0-0.5N的压力。所述模具可通过调节压舌位置对骨水泥的体积进行控制，从而调节骨水泥的体积膨胀率及孔隙率。所述模具的形状可为棒状、圆柱、方块等规则形状，也可为容易脱模的圆台、棱台等复杂形状。所述模具可为不锈钢、聚四氟乙烯、玻璃等材料的制品。本发明以化学发泡为基本原理，以碳酸盐或碳酸氢盐的固体粉末为发泡剂，与酸性固化液配套使用，利用反应生成的二氧化碳致孔，同时在固化液中添加粘性物质作为增强剂，进而制备高强度的骨水泥多孔支架，其孔径和孔隙率可通过调节发泡剂用量、固化液PH值、对发泡中骨水泥施加的压力大小、发泡膨胀率等参数进行调节。将塑型后的骨水泥在温度15-50C、相对湿度5-80%的条件下养护2h以上，至抗压强度基本稳定。对直接接触模具的部位进行打磨，使联通孔裸露，与大气相通，同时修正其外形尺寸，制得具有联通孔的高强度骨水泥多孔支架。本方法制备的骨水泥支架具有联通的大孔，孔径大小为100-600μm,孔隙率为5-95%，力学强度最高可达30-50MPa,可用于部分承重部位的骨修复。本发明提供的制备路线方法简单、容易操作、适于大规模生产。图1是本技术所制备的骨水泥多孔支架的场发射扫描电镜图片，孔径大小为200-500μm,且孔与孔之间联通。图2是图1的局部放大图。具体实施方式以下实施例以发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。实施例1称取以β-磷酸三钙为主要原料的磷酸钙粉末6.58g、碳酸钙O.42g(质量分数6.0%),以无水乙醇为介质、转速400rpm球磨6h。然后以温度15C、转速5000rpm进行离心15min，倒去上清液，于60C烘箱中加热干燥48h，取出，在研钵中捣碎，得到骨水泥粉末，待用。配制质量百分比浓度为40%的柠檬酸水溶液，添加最终质量浓度为2%的壳聚糖，机械搅拌使其溶解，即可制得PH值约为2.O的固化液。将骨水泥粉末与固化液按O.5ml/g的比例混合，调和成粘稠的膏状，注入5个以上相同规格的圆柱形不锈钢模具中，一端封闭，一端开放，室温条件下使发泡中的骨水泥自由膨胀。待骨水泥凝固后，将其从模具中取出。在室温环境下养护48h。用砂纸打磨其表面，使联通孔与大气相通。所得骨水泥多孔支架的扫描电镜图片如图1和图2所示。该骨水泥支架的孔与孔之间联通，孔径大小为200-600μm，孔隙率为57%，平均抗压强度为17.5MPa。实施例2称取以磷酸三钙为主要原料的磷酸钙粉末3g、碳酸钙O.676g(质量分数6.2%)，以无水乙醇为介质、转速400rpm球磨6h。然后以温度15C、转速5000rpm进行离心15min,倒去上清液，于60C烘箱中加热干燥48h，取出，在研钵中捣碎，得到骨水泥粉末，待用。配制质量百分比浓度为30%的柠檬酸水溶液，添加最终质量浓度为2%的壳聚糖，机械搅拌使其溶解，制得PH值约为2.5的固化液。将骨水泥粉末与固化液按O.48ml/g的比例混合，调和成粘稠的膏状，注入5个以上相同规格的圆柱形不锈钢模具中，一端封闭，一端开放，室温条件下使发泡中的骨水泥自由膨胀。待骨水泥凝固后，将其从模具中取出。在室温环境下养护48h。用砂纸打磨其表面，使联通孔与大气相通。该骨水泥支架的孔与孔之间联通，孔径大小为200-500μm,孔隙率为52%，平均抗压强度为22.3MPa。实施例3称取以磷酸三钙为主要原料的磷酸钙粉末5.68g、碳酸钙0.32g(质量分数8%)，以无水乙醇为介质、转速400rpm球磨6h。然后以温度15C、转速5000rpm进行离心15min,倒去上清液，于60C烘箱中加热干燥48h，取出，在研钵中捣碎，得到骨水泥粉末，待用。配制质量百分比浓度为30%的柠檬酸水溶液，添加最终质量浓度为2%的壳聚糖，机械搅拌使其溶解，制得PH值约为2.5的固化液。将骨水泥粉末与固化液按O.45ml/g的比例混合，调和成粘稠的膏状，注入5个以上相同规格的圆柱形不锈钢模具中，一端封闭，一端开放，室温条件下使发泡中的骨水泥自由膨胀。待骨水泥凝固后，将其从模具中取出。在室温环境下养护48h。用砂纸打磨其表面，使联通孔与大气相通。该骨水泥支架的孔与孔之间联通，孔径大小为250-600μm,孔隙率为62%，平均抗压强度为16.8MPa。实施例4称取以90wt%β-磷酸三钙和10wt%羟基磷灰石的混合粉末为主要原料的磷酸钙粉末9.5g、碳酸I丐O.5g(质量分数5%),以无水乙醇为介质、转速400rpm球磨6h。然后以温度15C、转速5000rpm进行离心15min，倒去上清液，于60C烘箱中加热干燥48h，取出，在研钵中捣碎，得到骨水泥粉末，待用。配制质量百分比浓度为30%的柠檬酸水溶液，添加最终质量浓度为2%的壳聚糖，机械搅拌使其溶解，制得pH值约为2.O的固化液。将骨水泥粉末与固化液按O.425ml/g的比例混合，调和成粘稠的膏状，注入5个以上相同规格的圆柱形不锈钢模具中，一端封闭，一端开放，室温条件下使发泡中的骨水泥自由膨胀。待骨水泥凝固后，将其从模具中取出。在室温环境下养护48h。用砂纸打磨其表面，使联通孔与大气相通。该骨水泥支架的孔与孔之间联通，孔径大小为200-500ym,孔隙率为48%，抗压强度为25.6MPa。实施例5称取以70wt%β-磷酸三钙和30wt%羟基磷灰石的混合粉末为主要原料的磷酸钙粉末9.5g、碳酸I丐O.5g(质量分数5%),以无水乙醇为介质、转速400rpm球磨6h。然后以温度15C、转速5000rpm进行离心15min，倒去上清液，于60C烘箱中加热干燥48h，取出，在研钵中捣碎，得到骨水泥粉末，待用。配制质量百分比浓度为40%的柠檬酸水溶液，添加最终质量浓度为2%的壳聚糖，机械搅拌使其溶解，制得pH值约为2.O的固化液。将骨水泥粉末与固化液按O.5ml/g的比例混合，调和成粘稠的膏状，注入5个以上相同规格的圆柱形不锈钢模具中，一端封闭，一端开放，室温条件下使发泡中的骨水泥自由膨胀。待骨水泥凝固后，将其从模具中取出。在室温环境下养护48h。用砂纸打磨其表面，使联通孔与大气相通。该骨水泥支架的孔与孔之间联通，孔径大小为200-500μm，孔隙率为50%，抗压强度为30.4MPa。实施例6称取以磷酸三钙为主要原料的磷酸钙粉末9g、碳酸钙Ig(质量分数10%)，以无水乙醇为介质、转速400rpm球磨6h。然后以温度15C、转速5000rpm进行离心15min,倒去上清液，于60C烘箱中加热干燥48h，取出，在研钵中捣碎，得到骨水泥粉末，待用。配制质量百分比浓度为40%的柠檬酸水溶液，添加最终质量浓度为2%的壳聚糖，机械搅拌使其溶解，制得PH值约为2.O的固化液。将骨水泥粉末与固化液按O.5ml/g的比例混合，调和成粘稠的膏状，注入5个以上相同规格的圆柱形不锈钢模具中，一端封闭，一端开放，室温条件下使发泡中的骨水泥自由膨胀。待骨水泥凝固后，将其从模具中取出。在室温环境下养护48h。用砂纸打磨其表面，使联通孔与大气相通。该骨水泥支架的孔与孔之间联通，孔径大小为300-600μm,孔隙率为67%，抗压强度为15.6MPa。实施例7称取以磷酸三钙为主要原料的磷酸钙粉末9g、碳酸钙Ig(质量分数10%)，以无水乙醇为介质、转速400rpm球磨6h。然后以温度15C、转速5000rpm进行离心15min,倒去上清液，于60C烘箱中加热干燥48h，取出，在研钵中捣碎，得到骨水泥粉末，待用。配制质量百分比浓度为40%的柠檬酸水溶液，添加最终质量浓度为2%的壳聚糖，机械搅拌使其溶解，制得PH值约为2.O的固化液。将骨水泥粉末与固化液按O.5ml/g的比例混合，调和成粘稠的膏状，注入5个以上相同规格的圆柱形不锈钢模具中，一端封闭，一端加20g的圆片状压舌，室温条件下使发泡中的骨水泥在恒定压力下膨胀。待骨水泥凝固后，将其从模具中取出。在室温环境下养护48h。用砂纸打磨其表面，使联通孔与大气相通。该骨水泥支架的孔与孔之间联通，孔径大小为250-600μm,孔隙率为53%，抗压强度为24.6MPa。实施例8称取以羟基磷灰石和无水磷酸氢钙的混合粉末为主要原料的磷酸钙粉末9.5g、碳酸钙O.5g(质量分数5%)，以无水乙醇为介质、转速400rpm球磨6h。然后以温度15C、转速5000rpm进行离心15min,倒去上清液,于60C烘箱中加热干燥48h,取出，在研钵中捣碎，得到骨水泥粉末，待用。配制质量百分比浓度为40%的柠檬酸水溶液，添加最终质量浓度为2%的壳聚糖，机械搅拌使其溶解，制得pH值约为2.O的固化液。将骨水泥粉末与固化液按O.5ml/g的比例混合，调和成粘稠的膏状，注入5个以上相同规格的圆柱形不锈钢模具中，一端封闭，一端开放，室温条件下使发泡中的骨水泥自由膨胀。待骨水泥凝固后，将其从模具中取出。在室温环境下养护48h。用砂纸打磨其表面，使联通孔与大气相通。该骨水泥支架的孔与孔之间联通，孔径大小为200-450μm，孔隙率为45%，抗压强度为28.9MPa0权利要求1.一种以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为a.在骨水泥粉末中添加碳酸盐或碳酸氢盐粉末作为发泡剂，其用量为骨水泥粉末质量的O.550%；b.调节固化液的pH值不超过4.5，并添加可溶性粘性物质作为增强剂，可溶性粘性物质的添加量为固化液质量的O.0055%，得到酸性固化液；c.将步骤a所得骨水泥粉末与步骤b所得酸性固化液按照O.21.Omllg的液固比调和成粘稠的膏状，注模塑型，待其凝固后取出；d.将塑型后的骨水泥经养护、打磨、修正，制得以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架。2.根据权利要求1所述的以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架的制备方法，其特征在于所述的骨水泥粉末为磷酸钙骨水泥体系、硫酸钙骨水泥体系或硅酸钙骨水泥体系。3.根据权利要求1所述的以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架的制备方法，其特征在于所述的碳酸盐及碳酸氢盐为碳酸钙、碳酸钠、碳酸钾等及对应的碳酸氢盐中的一种或两种及其以上的组合，粒径大小不超过5μπι。4.根据权利要求1所述的以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架的制备方法，其特征在于所述的碳酸盐及碳酸氢盐的添加方式为物理混合，可借助机械球磨、混合器进行干法混合；也可通过湿法实现，即对混合粉末的悬浮液进行机械球磨或搅拌，再离心、加热、干燥、研磨/捣碎；所述悬浮液的介质可为无水乙醇、丙三醇等混合粉末的非溶剂。5.根据权利要求1所述的以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架的制备方法，其特征在于所述的固化液为PH值在1-10之间的磷酸溶液、柠檬酸溶液及其钠盐或钾盐溶液、血清、胶原溶液或磷酸氢盐溶液。6.根据权利要求1所述的以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架的制备方法，其特征在于用于调节固化液的PH值的物质有柠檬酸、盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、乙酸或透明质酸。7.根据权利要求1所述的以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架的制备方法，其特征在于所述的可溶性粘性物质为壳聚糖、明胶或聚乙烯醇。8.根据权利要求1所述的以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架的制备方法，其特征在于步骤d中所述的养护的条件为温度条件为1550C，相对湿度580%;养护时间在2472小时。9.根据权利要求2所述的以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架的制备方法，其特征在于步骤d所述的打磨方法为机械打磨、砂纸干磨或非水介质的湿法打磨。全文摘要本发明涉及一种以碳酸盐或碳酸氢盐为固体发泡剂的骨水泥多孔支架的制备方法以碳酸盐或碳酸氢盐的固体粉末为发泡剂，与酸性固化液配套使用，利用反应生成的二氧化碳致孔，同时在固化液中添加粘性物质作为增强剂，进而制备高强度的骨水泥多孔支架，其孔径和孔隙率可通过调节发泡剂用量、固化液pH值、对发泡中骨水泥施加的压力大小、发泡膨胀率等参数进行调节。本方法制备的骨水泥支架具有联通的大孔，孔径大小为100-600μm，孔隙率为5-95%，力学强度最高可达30-50MPa，可用于部分承重部位的骨修复。本发明提供的制备路线方法简单、容易操作、适于大规模生产。文档编号A61L27/20GK102989043SQ201210562139公开日2013年3月27日申请日期2012年12月21日优先权日2012年12月21日发明者闫策,钟建,金彩虹,何丹农申请人:上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司