一种骨填充材料及制备方法与流程

本发明涉及一种用于骨组织修复的骨填充材料及制备方法，主要用于生物医用材料等领域。

背景技术：

人工骨修复是目前治疗骨缺损较为理想的方法。磷酸钙具有良好的生物活性、生物相容性，其中磷灰石是人体硬组织(骨和牙)的无机质的物质组成，其化学成分和晶体结构与脊椎动物骨的矿物成分非常接近，与人体组织有良好的生物相容性，且无毒性，并能与骨组织形成很好的骨性结合。但是羟基磷灰石机械强度低、降解速度慢等缺点在一定程度上限制了其应用。

硫酸钙是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，硫酸钙不仅临床疗效，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；但是硫酸钙的成骨活性较弱，仅具有骨传导性，缺乏骨诱导性，且降解较快。植入体内后，降解较快，而机体则需要至少3个月的时间才能修复骨缺损。

理想的骨替代材料必须有与骨形成速率相同的降解速率，且在骨组织周围不产生刺激，且具有一定强度。目前将磷酸钙和硫酸钙作为骨修复材料已经广泛应用，且两者的结合也起到一定的效果，但将磷酸钙烧结的多孔陶瓷与硫酸钙水泥结合制备骨填充材料，并辅以吡咯喹啉醌的研究未有相关报道。

吡咯喹啉醌是一种新辅基，是继黄素核苷酸和烟酰胺核苷酸之后，在膜束缚的细菌脱氢酶中发现的第三种辅基，世界医学界称之为第十四种维生素，作为一种新型水溶性维生素，是一种氧化还原酶辅基。

本发明以磷酸钙为原料，采用浸提法，经高温烧结制备多孔陶瓷材料，再以硫酸钙水泥包裹，制备硫酸钙多孔陶瓷复合骨填充材料，磷酸钙经高温烧结，转变晶相，控制孔的粒度，在经硫酸钙包裹固化，制得降解可控、力学性能高的复合骨填充材料，对于本发明相关内容的研究未见报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种骨填充材料，由内部的多孔陶瓷和外部包裹的硫酸钙固化体组成，并提供一种骨填充材料的制备方法。多孔陶瓷以磷酸钙为原料，经造型、高温烧结造孔、晶相转化制得，硫酸钙固化体为硫酸钙骨水泥固化制得，硫酸钙骨水泥中以吡咯喹啉醌和纤维素为双增强相，增强骨水泥的韧性和水溃散性，提升骨水泥的抗压强度。

骨填充材料具体组成及质量百分含量为40～80％的硫酸钙水泥和20～60％的多孔陶瓷，硫酸钙水泥中硫酸钙质量百分含量为90～99.6％，吡咯喹啉醌为0.2～2％，纤维素为0.2％～8％，多孔陶瓷优选为锌掺杂的双相陶瓷(zn-ha/zn-tcp)。

本发明的骨填充材料的制备按照以下步骤：

(1)多孔陶瓷的制备：将30～80％质量分数的磷酸钙与20～70％质量分数的pva混合均匀，加入到pva溶液中，制备磷酸钙/pva浆液；

将磷酸钙/pva浆液倒入到聚氨酯泡沫中，经反应1～72h，干燥24h，将其制备成圆柱体，在烧结炉中，烧结温度为800～1250℃，烧结时间为3～36h，室温冷却，得到多孔陶瓷，其孔径为100～300μm；

(2)硫酸钙水泥的制备：配置含有吡咯喹啉醌的纤维素溶液，其中，吡咯喹啉醌占溶液的质量百分含量为0.5～5％，纤维素占溶液的质量百分含量为0.5～20％；

按照粉液质量比3:2将硫酸钙粉体和含有吡咯喹啉醌的纤维素溶液混合均匀，得到硫酸钙水泥。

(3)骨填充材料的制备：在成型磨具中，先注入占骨填充材料质量百分含量为30％的硫酸钙水泥，再将占骨填充材料质量百分含量为20～60％的多孔陶瓷放入到硫酸钙水泥中，再注入剩余的10～50％的硫酸钙水泥填满磨具并封口，对其加压5～35mpa，持续15～60min，将其取出固化12～36h，在5％rh环境下干燥3～24h得到圆柱体骨填充材料。

步骤(1)中的磷酸钙的粒径为50～150μm。

步骤(1)中的磷酸钙可以是磷酸三钙、磷酸四钙、磷酸氢钙、磷酸八钙、磷灰石、锶磷灰石、锌磷灰石等的一种或多种，优选锌磷灰石，锌磷灰石中，锌占锌钙的摩尔比为0.5～2:10。

步骤(1)中pva粒径为200～350μm，pva溶液中pva的质量百分含量为1～5％。

步骤(1)中圆柱体尺寸为也可以是球体(r为1～2.5mm)、正方体(边a为1～3mm)的一种。

步骤(2)中纤维素优选羟丙基纤维素，优选羟丙基纤维素占溶液的质量百分含量为10～20％，硫酸钙粒径为50～100μm。

步骤(3)中圆柱体骨填充材料尺寸为也可以是正方体(边a为4～6mm)。

本发明的优点在于：以多孔陶瓷为基体，外层包裹硫酸钙固化体制备复合骨填充材料，改善了单纯多孔陶瓷力学性能不足的问题，增强了骨填充材料的水溃散性及韧性，且硫酸钙的快速降解，释放出吡咯喹啉醌、纤维素，增强机体的免疫力，防止感染，并促进骨细胞生长，加速骨修复，防止因硫酸钙降解导致材料的力学强度的衰减。该骨填充材料的抗压强度均在10mpa以上，满足人体松质骨修复的需要。

附图说明

图1：骨填充材料组成示意图；

图2：制备的多孔陶瓷的sem图；

图3：骨填充材料的抗压强度图。

具体实施方式

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。

骨填充材料组成与质量百分含量为40～80％的硫酸钙水泥和20～60％的锌掺杂双相陶瓷(zn-ha/zn-tcp)，其中硫酸钙水泥中硫酸钙为90～99.6％，吡咯喹啉醌为0.2～2％，纤维素为0.2％～8％，制备方法如下：

(1)锌掺杂双相陶瓷的制备：将30～80％质量分数的磷酸钙与20～70％质量分数的pva混合均匀，加入到pva溶液中，制备磷酸钙/pva浆液；

将磷酸钙/pva浆液倒入到聚氨酯泡沫中，经反应1～72h，干燥24h，将其制备成圆柱体，在烧结炉中，烧结温度为800～1250℃，烧结时间为3～36h，室温冷却，得到锌掺杂双相陶瓷，其孔径为100～300μm；

(2)硫酸钙水泥的制备：配置含有吡咯喹啉醌的纤维素溶液，其中，吡咯喹啉醌占溶液的质量百分含量为0.5～5％，纤维素占溶液的质量百分含量为0.5～20％；

按照粉液质量比3:2将硫酸钙粉体和含有吡咯喹啉醌的纤维素溶液混合均匀，得到硫酸钙水泥。

(3)骨填充材料的制备：在圆柱体成型磨具中，先注入占骨填充材料质量百分含量为30％的硫酸钙水泥，再将占骨填充材料质量百分含量为20～60％的锌掺杂双相陶瓷放入到硫酸钙水泥中，再注入剩余的10～50％的硫酸钙水泥填满磨具并封口，对其加压5～35mpa，持续15～60min，将其取出固化12～36h，在5％rh环境下干燥3～24h得到圆柱体骨填充材料。

实施例1

骨填充材料组成与质量百分含量为80％的硫酸钙固化体和20％的锌掺杂双相陶瓷，其中硫酸钙固化体中硫酸钙为91％，吡咯喹啉醌为1％，纤维素为8％。

(1)锌掺杂双相陶瓷的制备：将80％质量分数的锌磷灰石与20％质量分数的pva混合均匀，加入到pva溶液中，制备锌磷灰石/pva浆液；

将锌磷灰石/pva浆液倒入到聚氨酯泡沫中，经反应1h，干燥24h，将其制备成的圆柱体，在烧结炉中，烧结温度为1150℃，烧结时间为10h，室温冷却，得到锌掺杂双相陶瓷，其孔径为100～300μm；

(2)硫酸钙水泥的制备：配置含有吡咯喹啉醌的纤维素溶液，其中，吡咯喹啉醌占溶液的质量百分含量为2.5％，纤维素占溶液的质量百分含量为20％；

按照粉液质量比3:2将硫酸钙粉体和含有吡咯喹啉醌的纤维素溶液混合均匀，得到硫酸钙水泥；

(3)骨填充材料的制备：在圆柱状成型磨具中，先注入占骨填充材料质量百分含量为30％的硫酸钙水泥，按照配比将占骨填充材料质量百分含量为20％的锌掺杂双相陶瓷放入到硫酸钙水泥中，再注入剩余的50％的硫酸钙水泥填满磨具并封口，对其加压20mpa，持续30min，将其取出固化12h，在5％rh环境下干燥24h得到圆柱体骨填充材料，尺寸为

圆柱体骨填充材料的组成示意图，如图1所示，内部为多孔陶瓷，外部为硫酸钙固化体。

对制备的多孔陶瓷进行扫描电镜观察，如图2，孔径为100μm以上，最大达500μm。

对制备的骨填充材料进行抗压强度测试，抗压强度测试样为圆柱状(φ4mm×6mm)，抗压强度平均值为22.23mpa(如附图3-a所示)。

实施例2

骨填充材料组成与质量百分含量为40％的硫酸钙固化体和60％的锌掺杂双相陶瓷，其中硫酸钙固化体中硫酸钙为96％，吡咯喹啉醌为2％，纤维素为2％。

(1)锌掺杂双相陶瓷的制备：将30％质量分数的锌磷灰石与70％质量分数的pva混合均匀，加入到pva溶液中，制备锌磷灰石/pva浆液；

将锌磷灰石/pva浆液倒入到聚氨酯泡沫中，经反应24h，干燥24h，将其制备成的圆柱体，在烧结炉中，烧结温度为1250℃，烧结时间为3h，室温冷却，得到锌掺杂双相陶瓷，其孔径为100～300μm；

(2)硫酸钙水泥的制备：配置含有吡咯喹啉醌的纤维素溶液，其中，吡咯喹啉醌占溶液的质量百分含量为5％，纤维素占溶液的质量百分含量为5％；

按照粉液质量比3:2将硫酸钙粉体和含有吡咯喹啉醌的纤维素溶液混合均匀，得到硫酸钙水泥；

(3)骨填充材料的制备：在圆柱状成型磨具中，先注入占骨填充材料质量百分含量为30％的硫酸钙水泥，按照配比将占骨填充材料质量百分含量为60％的锌掺杂双相陶瓷放入到硫酸钙水泥中，再注入剩余的10％的硫酸钙水泥填满磨具并封口，对其加压35mpa，持续60min，将其取出固化24h，在5％rh环境下干燥12h得到圆柱体骨填充材料，尺寸为

对制备的骨填充材料进行抗压强度测试，抗压强度测试样为圆柱状(φ4mm×6mm)，抗压强度平均值为25.2mpa(如附图3-b所示)。

实施例3

骨填充材料组成与质量百分含量为70％的硫酸钙固化体和30％的锌掺杂双相陶瓷，其中硫酸钙固化体中硫酸钙为96.8％，吡咯喹啉醌为0.2％，纤维素为4％。

(1)锌掺杂双相陶瓷的制备：将60％质量分数的锌磷灰石与40％质量分数的pva混合均匀，加入到pva溶液中，制备锌磷灰石/pva浆液；

将锌磷灰石/pva浆液倒入到聚氨酯泡沫中，经反应72h，干燥24h，将其制备成的圆柱体，在烧结炉中，烧结温度为1000℃，烧结时间为24h，室温冷却，得到锌掺杂双相陶瓷，其孔径为100～300μm；

(2)硫酸钙水泥的制备：配置含有吡咯喹啉醌的纤维素溶液，其中，吡咯喹啉醌占溶液的质量百分含量为0.5％，纤维素占溶液的质量百分含量为10％；

按照粉液质量比3:2将硫酸钙粉体和含有吡咯喹啉醌的纤维素溶液混合均匀，得到硫酸钙水泥；

(3)骨填充材料的制备：在圆柱状成型磨具中，先注入占骨填充材料质量百分含量为30％的硫酸钙水泥，按照配比将占骨填充材料质量百分含量为30％的锌掺杂双相陶瓷放入到硫酸钙水泥中，再注入剩余的40％的硫酸钙水泥填满磨具并封口，对其加压5mpa，持续15min，将其取出固化36h，在5％rh环境下干燥3h得到圆柱体骨填充材料，尺寸为

对制备的骨填充材料进行抗压强度测试，抗压强度测试样为圆柱状(φ4mm×6mm)，抗压强度平均值为18.73mpa(如附图3-c所示)。

实施例4

骨填充材料组成与质量百分含量为75％的硫酸钙固化体和25％的锌掺杂双相陶瓷，其中硫酸钙固化体中硫酸钙为94％，吡咯喹啉醌为1％，纤维素为5％。

(1)锌掺杂双相陶瓷的制备：将70％质量分数的锌磷灰石与30％质量分数的pva混合均匀，加入到pva溶液中，制备锌磷灰石/pva浆液；

将锌磷灰石/pva浆液倒入到聚氨酯泡沫中，经反应10h，干燥24h，将其制备成的圆柱体，在烧结炉中，烧结温度为800℃，烧结时间为36h，室温冷却，得到锌掺杂双相陶瓷，其孔径为100～300μm；

(2)硫酸钙水泥的制备：配置含有吡咯喹啉醌的纤维素溶液，其中，吡咯喹啉醌占溶液的质量百分含量为2.5％，纤维素占溶液的质量百分含量为12.5％；

按照粉液质量比3:2将硫酸钙粉体和含有吡咯喹啉醌的纤维素溶液混合均匀，得到硫酸钙水泥；

(3)骨填充材料的制备：在圆柱状成型磨具中，先注入占骨填充材料质量百分含量为30％的硫酸钙水泥，按照配比将占骨填充材料质量百分含量为25％的锌掺杂双相陶瓷放入到硫酸钙水泥中，再注入剩余的45％的硫酸钙水泥填满磨具并封口，对其加压25mpa，持续35min，将其取出固化24h，在5％rh环境下干燥24h得到圆柱体骨填充材料，尺寸为

对制备的骨填充材料进行抗压强度测试，抗压强度测试样为圆柱状(φ4mm×6mm)，抗压强度平均值为21.38mpa(如附图3-d所示)。

实施例5

骨填充材料组成与质量百分含量为50％的硫酸钙固化体和50％的锌掺杂双相陶瓷，其中硫酸钙固化体中硫酸钙为97.8％，吡咯喹啉醌为1％，纤维素为0.2％。

(1)锌掺杂双相陶瓷的制备：将65％质量分数的锌磷灰石与35％质量分数的pva混合均匀，加入到pva溶液中，制备锌磷灰石/pva浆液；

将锌磷灰石/pva浆液倒入到聚氨酯泡沫中，经反应12h，干燥24h，将其制备成的圆柱体，在烧结炉中，烧结温度为1100℃，烧结时间为5h，室温冷却，得到锌掺杂双相陶瓷，其孔径为100～300μm；

(2)硫酸钙水泥的制备：配置含有吡咯喹啉醌的纤维素溶液，其中，吡咯喹啉醌占溶液的质量百分含量为2.5％，纤维素占溶液的质量百分含量为0.5％；

按照粉液质量比3:2将硫酸钙粉体和含有吡咯喹啉醌的纤维素溶液混合均匀，得到硫酸钙水泥；

(3)骨填充材料的制备：在圆柱状成型磨具中，先注入占骨填充材料质量百分含量为30％的硫酸钙水泥，按照配比将占骨填充材料质量百分含量为50％的锌掺杂双相陶瓷放入到硫酸钙水泥中，再注入剩余的20％的硫酸钙水泥填满磨具并封口，对其加压25mpa，持续20min，将其取出固化12h，在5％rh环境下干燥24h得到圆柱体骨填充材料，尺寸为

对制备的骨填充材料进行抗压强度测试，抗压强度测试样为圆柱状(φ4mm×6mm)，抗压强度平均值为14.69mpa(如附图3-e所示)。