一种含降温剂骨水泥及制备方法与流程

本发明涉及一种含降温剂骨水泥及制备方法，属于骨科材料领域。

背景技术：

聚丙烯酸酯骨水泥是目前临床上应用最多的一种骨水泥，它由粉体和液体两部分组成。粉体主要成分为聚甲基丙烯酸甲酯，液体主要成分是甲基丙烯酸甲酯单体。骨水泥可注射成型和制成任意形状，力学强度高，但同时骨水泥还存在一些局限性，如单体具有一定的毒性，显影剂不可吸收、生物相容性欠佳，注入人体后不能吸收降解，同时其无成骨作用，与骨结合不牢固，易松动，并且聚合过程中的放热反应可能造成神经功能损伤等。

有研究报道，通过在骨水泥中添加改性剂来降低骨水泥的固化放热，如cn1810300a，一种微孔骨水泥，由下列重量份的原料混合而成：骨水泥1份，改性剂0.2-0.7份；其中，所述改性剂由按重量30份的改性剂固体和水混合而成：改性剂固体1份，水0.5-0.9份；所述改性剂固体由重量份的黏合剂、促进剂和成孔剂混合而成黏合剂30-50份，促进剂30-50份，成孔剂10-30份。另通过在骨水泥中添加β-胡萝卜素降低骨水泥的固化温度，如cn105031738a，在骨水泥粉体和液体中，分别引入胡萝卡素，骨水泥固化时，部分胡萝卡素在bpo的作用下分解转变成维生素a，维生素a与mma发生醋交换反应吸热，延长骨水泥的固化时间，改善骨水泥的注射性能，显著降低骨水泥的热量释放。

本发明通过在骨水泥液体中引入降温剂，骨水泥固化过程中降温剂与甲基丙烯酸甲脂发生脂交换吸热反应，接枝到pmma分子链上，由于吸热，降低了mma聚合反应释放的热量，且仅在骨水泥液体中引入降温剂，优化骨水泥制备工艺，且在骨水泥粉体中引入三元素全取代磷灰石。

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，掺杂磷灰石是在磷灰石中掺杂微量元素后形成的置换式固溶体，根据文献报道，掺锶磷灰石能够提高其生物降解性和生物相容性，甚至能在一定程度上提高其骨诱导活性，掺银磷灰石能够增加其抑菌性，掺镁磷灰石能够增加其生物活性等。虽然对掺杂磷灰石的制备研究有很多，但对多元掺杂磷灰石的研究较少，特别是三元素全取代磷灰石的研究未见报道。

本发明采用水热法，通过ph值控制产物沉淀，并控制反应的温度、压力、时间制备银镁锶磷灰石，并将其与聚丙烯酸酯、硫酸钡等复合制备骨水泥粉体，并在骨水泥液体中引入降温剂，降低骨水泥的聚合温度，减少骨水泥固化放热对机体的伤害，且三元素全取代磷灰石的加入改善骨水泥的生物活性、抑菌性及骨诱导性，对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新的含降温剂骨水泥及制备方法，在骨水泥粉体中引入银锶镁全取代磷灰石，并在液体中引入降温剂，降低骨水泥的固化温度，延长骨水泥的操作时间，制得的骨水泥具有抗菌性、可注射、强度适宜的特点，同时还具有良好的生物相容性和骨诱导性。

骨水泥组成及质量百分含量为：

粉体：

聚丙烯酸酯40％～70％；

硫酸钡5％～20％；

银镁锶磷灰石10～50％；

过氧化苯甲酰1％～5％；

液体：

n，n二甲基对甲苯胺0.5％～5％；

对苯二酚0.05％～2％；

甲基丙烯酸甲酯93～98.5％；

降温剂0.5％～2％。

聚丙烯酸酯可以是均聚物、共聚物或多聚物，优选聚甲基丙烯酸甲酯。

降温剂可以是番茄红素、癸烯醌的一种。

银镁锶磷灰石是银、镁、锶三元素全取代的掺杂磷灰石，以锶元素为基，镁、银元素共掺杂，ag/(ag+mg+sr)摩尔比为1～10:100，mg/(ag+mg+sr)摩尔比为1～30:100，sr/(ag+mg+sr)摩尔比为60～98:100，(ag+mg+sr)/p摩尔比为100:60。

骨水泥的制备方法为：

(1)配置相同浓度的硝酸锶、硝酸镁、硝酸银溶液及磷酸氢二铵溶液，溶液的浓度为0.05～0.2mol/l；

(2)将四种溶液同时泵入到反应容器中，泵入速度分别为硝酸锶溶液60～98ml/min，硝酸镁溶液1～30ml/min，硝酸银溶液1～10ml/min，磷酸氢二铵溶液60ml/min，四种溶液同时结束泵入，泵入时间为10～30min，得到白色乳液，继续混合均匀；

(3)加入氨水，有白色沉淀逐渐析出，调整ph值为10～12，继续混合均匀；

(4)将白色沉淀从液体中分离，将白色沉淀转移到含微米孔的隔离盒中，控制隔离盒在液体上层，液体正好浸没沉淀，在温度为150～250℃，压力为0.4～2mpa的条件下反应4～24h，清洗、干燥，最后500～1000℃，烧结3～12h，冷却、研磨得到5～200μm的银镁锶磷灰石。

(5)将银镁锶磷灰石与聚丙烯酸酯、过氧化苯甲酰、硫酸钡混合均匀，得到骨水泥粉体，将n，n二甲基对甲苯胺、对苯二酚、甲基丙烯酸甲酯、降温剂混合均匀，得到骨水泥液体；

(6)按照粉液质量比1～2.5:1将粉体和液体混合均匀，注射到所需部位完成修复。

上述步骤(2)、(3)中所述的继续混合均匀，优选混合时间为5～60min。

本发明的优点在于：在骨水泥液体中引入降温剂，骨水泥固化过程中降温剂与甲基丙烯酸甲脂发生脂交换吸热反应，接枝到pmma分子链上，由于吸热，降低了mma聚合反应释放的热量，降低了骨水泥的最高温度，且由于降温剂的加入延长了骨水泥的固化时间，更进一步降低了热量的集中累积，降低骨水泥最高温度。且引入具有抗菌性、生物活性和骨诱导性的三元素全取代磷灰石。

在磷灰石的制备过程中以锶、镁、银元素全部替换钙元素，形成以锶元素为基，镁、银元素掺杂的银镁锶磷灰石，解决了以钙元素为基，较大离子半径的元素较难掺杂的问题，锶、银元素离子半径大，镁元素离子半径小，以锶元素为基，银、镁元素易提升掺杂含量，制备高掺杂量的磷灰石。银镁锶磷灰石与聚丙烯酸酯复合制备骨水泥，银镁锶磷灰石的加入，由于锶具有部分显影效果，降低了硫酸钡显影剂的使用，改善骨水泥的生物相容性和生物活性，银镁锶磷灰石同时释放多种人体所需微量元素，银缓释降解赋予骨水泥良好的抗菌效果，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均具有明显的抑菌作用；锶的缓释降解提高了骨水泥的生物相容性、骨诱导活性，镁的缓释降解改善骨质密度及抗脆性，降低骨质流失及骨折发生率，并起到镇痛的作用，缓解病人的心理压力。可用于多种骨折的固定、骨缺损的填充。

附图说明

图1：骨水泥固化温度曲线对比图；

图2：含降温剂骨水泥的抗压强度图。

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。

骨水泥及制备方法如下：

(1)配置0.05～0.2mol/l的硝酸锶、硝酸镁、硝酸银溶液及磷酸氢二铵溶液，

(2)将四种溶液同时泵入到反应容器中，泵入速度分别为硝酸锶溶液60～98ml/min，硝酸镁溶液1～30ml/min，硝酸银溶液1～10ml/min，磷酸氢二铵溶液60ml/min，四种溶液同时结束泵入，泵入时间为10～30min，得到白色乳液，继续混合均匀，混合时间为5～60min；

(3)加入氨水，有白色沉淀逐渐析出，调整ph值为10～12，继续混合均匀，混合时间为5～60min；

(4)将白色沉淀从液体中分离，将白色沉淀转移到含微米孔的隔离盒中，控制隔离盒在液体上层，液体正好浸没沉淀，在温度为150～250℃，压力为0.4～2mpa的条件下反应4～24h，清洗、干燥，最后500～1000℃，烧结3～12h，冷却、研磨得到5～200μm的银镁锶磷灰石。

(5)将10～50％的银镁锶磷灰石与40％～70％的聚甲基丙烯酸甲脂、1％～5％的过氧化苯甲酰、5％～20％的硫酸钡混合均匀，得到骨水泥粉体，将0.5％～5％的n，n二甲基对甲苯胺，0.05％～2％的对苯二酚，93～98.5％的甲基丙烯酸甲酯，0.5％～2％的降温剂混合均匀，得到骨水泥液体；

(6)按照粉液质量比1～2.5:1，将骨水泥粉体加入到骨水泥液体中混合均匀，有4～10min的注射时间，注射到所需部位完成修复。

实施例1

粉体含有70％的聚甲基丙烯酸甲脂，18％硫酸钡，10％的银镁锶磷灰石，2％的过氧化苯甲酰；液体含有2％的n，n二甲基对甲苯胺，1％的对苯二酚，1％的番茄红素、96％的甲基丙烯酸甲酯。

骨水泥制备方法如下：

(1)配置0.05mol/l的硝酸锶、硝酸镁、硝酸银溶液及磷酸氢二铵溶液，

(2)将四种溶液同时泵入到反应容器中，泵入速度分别为硝酸锶溶液98ml/min，硝酸镁溶液1ml/min，硝酸银溶液1ml/min，磷酸氢二铵溶液60ml/min，四种溶液同时结束泵入，泵入时间为10min，得到白色乳液，继续混合均匀，混合时间为60min；

(3)加入氨水，有白色沉淀逐渐析出，调整ph值为10，继续混合均匀，混合时间为5min；

(4)将白色沉淀从液体中分离，将白色沉淀转移到含微米孔的隔离盒中，控制隔离盒在液体上层，液体正好浸没沉淀，在温度为150℃，压力为1.35mpa的条件下反应8h，清洗、干燥，最后500℃，烧结12h，冷却、研磨得到5～200μm的银镁锶磷灰石。

(5)将10％的银镁锶磷灰石与70％的聚甲基丙烯酸甲酯、2％的过氧化苯甲酰、18％的硫酸钡混合均匀，得到骨水泥粉体，将2％的n，n二甲基对甲苯胺，1％的对苯二酚，1％的番茄红素，97％的甲基丙烯酸甲酯混合均匀，得到骨水泥液体；

(6)按照粉液质量比2.5:1将骨水泥粉体加入到骨水泥液体中混合均匀，有8min的注射时间，注射到所需部位完成修复。

按照yy0459标准的要求测试骨水泥的固化温度，测试曲线如图1-b所示，最高温度为65.4℃，最高温度对应时间为15.5min，图1-a所示，为不含降温剂最高温度为91℃，最高温度对应时间为10.8min。

将骨水泥注射到制样模具中，固化后得到直径为6.0mm长度为12mm的试样。在万能力学测试机上进行抗压强度测试，如附图2-d所示，制得的试样抗压强度为79.1mpa。

实施例2

粉体含有40％的聚甲基丙烯酸甲脂，8％硫酸钡，50％的银镁锶磷灰石，2％的过氧化苯甲酰；液体含有2％的n，n二甲基对甲苯胺，1％的对苯二酚，1％的癸烯醌、96％的甲基丙烯酸甲酯。

骨水泥制备方法如下：

(1)使用实施例1制备的锶磷灰石；

(2)将50％的银镁锶磷灰石与40％的聚甲基丙烯酸甲酯、2％的过氧化苯甲酰、8％的硫酸钡混合均匀，得到骨水泥粉体，将2％的n，n二甲基对甲苯胺，1％的对苯二酚，1％的癸烯醌，97％的甲基丙烯酸甲酯混合均匀，得到骨水泥液体；

(3)按照粉液质量比2.5:1将骨水泥粉体加入到骨水泥液体中混合均匀，有6min的注射时间，注射到所需部位完成修复。

按照yy0459标准的要求测试骨水泥的固化温度，测试曲线如图1-c所示，最高温度为69.5℃，最高温度对应时间为13min。

将骨水泥注射到制样模具中，固化后得到直径为6.0mm长度为12mm的试样。在万能力学测试机上进行抗压强度测试，如附图2-e所示，制得的试样抗压强度为75.3mpa。

实施例3

粉体含有60％的聚甲基丙烯酸甲脂，10％硫酸钡，28％的银镁锶磷灰石，2％的过氧化苯甲酰；液体含有4％的n，n二甲基对甲苯胺，1％的对苯二酚，2％的番茄红素、93％的甲基丙烯酸甲酯。

骨水泥制备方法如下：

(1)配置0.2mol/l的硝酸锶、硝酸镁、硝酸银溶液及磷酸氢二铵溶液，

(2)将四种溶液同时泵入到反应容器中，泵入速度分别为硝酸锶溶液89ml/min，硝酸镁溶液10ml/min，硝酸银溶液1ml/min，磷酸氢二铵溶液60ml/min，四种溶液同时结束泵入，泵入时间为30min，得到白色乳液，继续混合均匀，混合时间为5min；

(3)加入氨水，有白色沉淀逐渐析出，调整ph值为12，继续混合均匀，混合时间为60min；

(4)将白色沉淀从液体中分离，将白色沉淀转移到含微米孔的隔离盒中，控制隔离盒在液体上层，液体正好浸没沉淀，在温度为200℃，压力为1.5mpa的条件下反应12h，清洗、干燥，最后1000℃，烧结4h，冷却、研磨得到5～200μm的银镁锶磷灰石。

(5)将28％的银镁锶磷灰石与60％的聚甲基丙烯酸甲酯、2％的过氧化苯甲酰、10％的硫酸钡混合均匀，得到骨水泥粉体，将4％的n，n二甲基对甲苯胺，1％的对苯二酚，2％的番茄红素，93％的甲基丙烯酸甲酯混合均匀，得到骨水泥液体；

(6)按照粉液质量比2:1将骨水泥粉体加入到骨水泥液体中混合均匀，有9min的注射时间，注射到所需部位完成修复。

将骨水泥注射到制样模具中，固化后得到直径为6.0mm长度为12mm的试样。在万能力学测试机上进行抗压强度测试，如附图2-f所示，制得的试样抗压强度为72.2mpa。

实施例4

粉体含有70％的聚甲基丙烯酸甲脂，14％硫酸钡，15％的银镁锶磷灰石，1％的过氧化苯甲酰；液体含有3％的n，n二甲基对甲苯胺，1％的对苯二酚，0.5％的番茄红素、95.5％的甲基丙烯酸甲酯。

骨水泥制备方法如下：

(1)使用实施例3制备的锶磷灰石；

(2)将15％的银镁锶磷灰石与70％的聚甲基丙烯酸甲酯、1％的过氧化苯甲酰、14％的硫酸钡混合均匀，得到骨水泥粉体，将3％的n，n二甲基对甲苯胺，1％的对苯二酚，0.5％的番茄红素，95.5％的甲基丙烯酸甲酯混合均匀，得到骨水泥液体；

(3)按照粉液质量比2:1将骨水泥粉体加入到骨水泥液体中混合均匀，有6min的注射时间，注射到所需部位完成修复。

将骨水泥注射到制样模具中，固化后得到直径为6.0mm长度为12mm的试样。在万能力学测试机上进行抗压强度测试，如附图2-g所示，制得的试样抗压强度为82.8mpa。