本发明涉及医学骨科材料技术领域，尤其涉及一种磁性磷酸钙基骨水泥及其制备方法。
背景技术：
骨骼是人体的支撑结构，在保持人体健康方面具有重要的影响，同时骨骼也是恶性肿瘤常见的转移部位。在继发性骨肿瘤中，肿瘤细胞释放出细胞因子激活破骨细胞导致骨质溶解，从骨基质释放出的生长因子增多，从而出现病理性骨折、高血钙、疼痛和脊髓受压等并发症，极大地降低了患者的生活质量，且增加了骨肿瘤的死亡率。
磁感应热疗法主要是通过将磁性粒子植入肿瘤区域暴露于交变磁场下，通过磁性粒子产生磁滞损失而升温加热肿瘤区，由于肿瘤组织或肿瘤细胞比正常细胞对热更敏感的特性，癌细胞在42℃以上就会死亡，而正常细胞可抗热到48℃，因此，磁热可以杀死癌细胞而不伤害正常组织。磁性粒子的注入量与注入位置的可控性大大增强了磁感应热疗的靶向性和控制性，使得磁感应热疗具有靶向性高、副作用下、操作简单和成本低廉等特点，并且磁感应介质一经植入，可重复多次热疗，因此特别适合治疗处于身体深处的骨肿瘤。由于磁热疗法需要磁感应介质，因此即具有磁性又具有骨修复功能的复合生物材料在骨肿瘤等骨科疾病治疗领域具有很大的潜在应用价值，成为各国科学家研究的热点。
骨水泥又叫骨粘固剂，是一种很常见的骨医用材料，因其某些物理性质以及固化后的形态与建筑用的白水泥相似，故而被称为骨水泥。磷酸钙骨水泥生物相容性好，可临床任意塑性，操作方便，并且其可处理成浆料形式直接注入骨缺陷中并原位固化，实现微创，因而在临床上广受骨科医生的欢迎，得到广泛的应用，而开发具有磁性的骨水泥也成为目前骨科材料领域竞相研究的对象。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的是提供一种磁性磷酸钙基骨水泥及其制备方法，该骨水泥采用了鸡蛋蛋清致孔的多孔四氧化三铁纳米球，提高了生物相容性；在四氧化三铁外包覆氧化锌和碳纳米管，一方面能够促进纤维细胞的增生、骨生长和骨骼矿化，另一方面具有较高的磁饱和值，为磁热疗效果提供了必要条件。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种磁性磷酸钙基骨水泥，由固相混合料和液相按固液比2.9～3.3g/ml调和配置而成，所述固相混合料包括质量比为(1.3～1.6):1:(0.2～0.3)的β-磷酸三钙、磷酸二氢钙、磁性复合粉，所述磁性复合粉是主要由fe3o4、氧化锌和碳纳米管组成的复合物，所述液相为添加有明胶的柠檬酸溶液，所述柠檬酸溶液的浓度为0.2～0.4mol/l。
氧化锌中锌离子可维持上皮细胞的正常生理机能，控制上皮细胞过度角化，维持上皮细胞的正常修复，对成纤维细胞的增生、上皮的形成以及胶原的合成都很重要；另外，锌元素可以起到促进骨生长和骨骼矿化的作用。氧化锌包覆的四氧化三铁与纯四氧化三铁相比具有较高的磁饱和值，为磁热疗效果提供了必要条件。碳纳米管具有优良的力学、电学、热学性能，将碳纳米管包覆在fe3o4和氧化锌外层，可以起到稳定磁力、导热的效果，以便在骨肿瘤中起到良好的修复作用。
进一步，所述fe3o4是采用鸡蛋蛋清作为致孔剂制得的多孔四氧化三铁纳米球。
采用鸡蛋蛋清致孔的fe3o4具有良好的生物相容性，不容易产生排斥，且多孔结构减轻了fe3o4的质量，使其更容易在溶液中分散，同时也为氧化锌的吸附提供了更多的附着点。
进一步，所述氧化锌是四针状氧化锌与棒状氧化锌的混合物。四针状氧化锌具有纳米级针尖、纳米级生长台阶使其与周围环境的相互作用增强，具有较强的抗菌性能，且能够促进纤维细胞的增生、上皮的形成以及胶原的合成等。
进一步，所述碳纳米管采用化学气相沉积法制得的多壁碳纳米管，所述碳纳米管长20～30μm，直径25～50nm。
进一步，所述磁性复合粉是在fe3o4上先包覆棒状氧化锌，再包覆四针状氧化锌，最后包覆碳纳米管制得的多层核壳粉粒。
另外，本发明还公开了上述的一种磁性磷酸钙基骨水泥的制备方法，包括以下步骤：
磁性复合粉的制备：取fe3o4加入去离子水中超声波分散30min，加入醋酸锌溶液搅拌30min，再滴加质量浓度为5％的氨水，随后反应2h，离心分离，洗涤，干燥，在管式炉中于400～550℃烧结6h，升温至700～800℃烧结10h，得到的棒状zno/fe3o4颗粒，取棒状zno/fe3o4颗粒和四针状zno加入尼龙球磨罐中，随后加入聚乙二醇溶液，在多维摆动式纳米球磨机中于转速500～550rpm球磨10～15h，球磨后的粉粒加入分散有碳纳米管的聚乙二醇溶液中，搅拌分散，转入反应釜中于200℃反应15h，得到的反应物磁分离洗涤，干燥，随后于500～550℃烧结5h，随炉自然冷却得到磁性复合粉；
磁性磷酸钙基骨水泥的制备：取质量比为(1.3～1.6):1:(0.2～0.3)的β-磷酸三钙、磷酸二氢钙、磁性复合粉混匀，加入多维摆动式纳米球磨机的尼龙球磨罐中，于转速300～350rpm球磨3～5h，得到固相混合料；取柠檬酸溶解于蒸馏水中，得到柠檬酸溶液，向柠檬酸溶液中加入明胶搅拌，得到液相，将固相混合料加入液相中混匀，于温度37℃、90％～100％相对湿度条件下固化形成磁性磷酸钙基骨水泥。
进一步，所述β-磷酸三钙的制备：取摩尔比为1.5:1的二水合磷酸氢钙、碳酸钙加入尼龙球磨罐中，随后加入无水乙醇，再加入氧化锆研磨球，于转速350～450rpm在多维摆动式纳米球磨机中球磨14～18h，随后转入超声波发生器中，于温度35～45℃、频率30～40khz、功率300～400w条件下超声15～35min，过滤，干燥，并在管式炉中于850～950℃煅烧5h，得到β-磷酸三钙。
进一步，所述fe3o4的制备如下：取fe2(so4)3和feso4·7h2o溶解于蒸馏水中，再加入蛋清液于62℃搅拌反应30h，减压干燥、研碎，并转入至500℃马弗炉中保温6h，随后取出用冰水混合液降温，用蒸馏水和无水乙醇各洗2遍，干燥得到fe3o4纳米球。
进一步，所述四针状氧化锌的制备：取锌粉加入浓度为15wt％的双氧水溶液中搅拌30min，随后放入超声波发生器中超声1h，静置陈化15～20h，过滤，烘干，随后加入预热温度为850～950℃的管式炉中煅烧5min，得到四针状氧化锌。
本发明采用了鸡蛋蛋清致孔的多孔四氧化三铁纳米球，提高了生物相容性；在四氧化三铁外包覆氧化锌和碳纳米管，一方面能够促进纤维细胞的增生、骨生长和骨骼矿化，另一方面具有较高的磁饱和值，为磁热疗效果提供了必要条件。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
本发明的一种磁性磷酸钙基骨水泥，由固相混合料和液相按固液比2.9～3.3g/ml调和配置而成，其中，固相混合料包括质量比为(1.3～1.6):1:(0.2～0.3)的β-磷酸三钙、磷酸二氢钙、磁性复合粉，磁性复合粉是主要由fe3o4、氧化锌和碳纳米管组成的复合物，fe3o4是采用鸡蛋蛋清作为致孔剂制得的多孔四氧化三铁纳米球，氧化锌是四针状氧化锌与棒状氧化锌的混合物，该磁性复合粉是在fe3o4上先包覆棒状氧化锌，再包覆四针状氧化锌，最后包覆碳纳米管制得的多层核壳粉粒，其中的碳纳米管采用化学气相沉积法制得的多壁碳纳米管，碳纳米管长20～30μm，直径25～50nm；液相为添加有明胶的柠檬酸溶液，柠檬酸溶液的浓度为0.2～0.4mol/l。
本发明的一种磁性磷酸钙基骨水泥的制备方法如下：
实施例一
fe3o4的制备：取10mmolfe2(so4)3和10mmolfeso4·7h2o溶解于蒸馏水中，再加入40g蛋清液于62℃搅拌反应30h，减压干燥、研碎，并转入至500℃马弗炉中保温6h，随后取出用冰水混合液降温，用蒸馏水和无水乙醇各洗2遍，干燥得到fe3o4纳米球。
四针状氧化锌的制备：取5g锌粉加入浓度为15wt％的双氧水溶液中搅拌30min，随后放入超声波发生器中超声1h，以便锌粉能够与双氧水充分接触反应，静置陈化15h，过滤，烘干，随后加入预热温度为850℃的管式炉中煅烧5min，随后于氩气流量120sccm、压力8pa、功率100w的条件下，进行等离子体处理15min，得到四针状氧化锌。
β-磷酸三钙的制备：取摩尔比为75mmol的二水合磷酸氢钙和50mmol碳酸钙加入尼龙球磨罐中，随后加入10ml无水乙醇，再加入氧化锆研磨球，在多维摆动式纳米球磨机中于转速350rpm球磨14h，随后转入超声波发生器中，于温度35～45℃、频率30khz、功率300w条件下超声15min，过滤，干燥，并在管式炉中于850℃煅烧5h，得到β-磷酸三钙。
磁性复合粉的制备：取0.5gfe3o4加入300ml去离子水中超声波分散30min，逐滴加入5ml浓度为0.1mol/l醋酸锌溶液搅拌30min，再滴加50ml质量浓度为5％的氨水，随后反应2h，离心分离，磁分离洗涤，干燥，放入管式炉中于400℃烧结6h，随后升温至700℃烧结10h，从而得到的棒状zno/fe3o4颗粒；取5g棒状zno/fe3o4颗粒和2.5g四针状zno加入尼龙球磨罐中，随后加入2ml饱和聚乙二醇溶液，在多维摆动式纳米球磨机中于转速500rpm球磨10h，球磨后的粉粒加入10g分散有碳纳米管的饱和聚乙二醇溶液中，搅拌分散，转入反应釜中于200℃反应15h，得到的反应物磁分离洗涤，干燥，随后于500℃烧结5h，随炉自然冷却得到磁性复合粉。
磁性磷酸钙基骨水泥的制备：取26gβ-磷酸三钙、20g磷酸二氢钙、4g磁性复合粉混匀，加入多维摆动式纳米球磨机的尼龙球磨罐中，于转速300rpm球磨3h，得到固相混合料；取柠檬酸溶解于蒸馏水中，配置得到浓度为0.2mol/l的柠檬酸溶液，向每100ml柠檬酸溶液中加入15g明胶搅拌，得到液相；取29g固相混合料加入10ml液相中混匀，于温度37℃、90％～100％相对湿度条件下固化形成磁性磷酸钙基骨水泥。
实施例二
fe3o4的制备同实施例一。
四针状氧化锌的制备：取5g锌粉加入浓度为15wt％的双氧水溶液中搅拌30min，随后放入超声波发生器中超声1h，以便锌粉能够与双氧水充分接触反应，静置陈化20h，过滤，烘干，随后加入预热温度为950℃的管式炉中煅烧5min，随后于氩气流量120sccm、压力8pa、功率100w的条件下，进行等离子体处理15min，得到四针状氧化锌。
β-磷酸三钙的制备：取摩尔比为75mmol的二水合磷酸氢钙和50mmol碳酸钙加入尼龙球磨罐中，随后加入10ml无水乙醇，再加入氧化锆研磨球，在多维摆动式纳米球磨机中于转速400rpm球磨15h，随后转入超声波发生器中，于温度35～45℃、频率35khz、功率350w条件下超声20min，过滤，干燥，并在管式炉中于900℃煅烧5h，得到β-磷酸三钙。
磁性复合粉的制备：取0.5gfe3o4加入300ml去离子水中超声波分散30min，逐滴加入6ml浓度为0.1mol/l醋酸锌溶液搅拌30min，再滴加50ml质量浓度为5％的氨水，随后反应2h，离心分离，磁分离洗涤，干燥，放入管式炉中于450℃烧结6h，随后升温至750℃烧结10h，从而得到的棒状zno/fe3o4颗粒；取5g棒状zno/fe3o4颗粒和2.0g四针状zno加入尼龙球磨罐中，随后加入2ml饱和聚乙二醇溶液，在多维摆动式纳米球磨机中于转速520rpm球磨12h，球磨后的粉粒加入10g分散有碳纳米管的饱和聚乙二醇溶液中，搅拌分散，转入反应釜中于200℃反应15h，得到的反应物磁分离洗涤，干燥，随后于520℃烧结5h，随炉自然冷却得到磁性复合粉。
磁性磷酸钙基骨水泥的制备：取30gβ-磷酸三钙、20g磷酸二氢钙、4.8g磁性复合粉混匀，加入多维摆动式纳米球磨机的尼龙球磨罐中，于转速330rpm球磨4h，得到固相混合料；取柠檬酸溶解于蒸馏水中，配置得到浓度为0.3mol/l的柠檬酸溶液，向每100ml柠檬酸溶液中加入18g明胶搅拌，得到液相；取30g固相混合料加入10ml液相中混匀，于温度37℃、90％～100％相对湿度条件下固化形成磁性磷酸钙基骨水泥。
实施例三
fe3o4的制备同实施例一。
四针状氧化锌的制备：取5g锌粉加入浓度为15wt％的双氧水溶液中搅拌30min，随后放入超声波发生器中超声1h，以便锌粉能够与双氧水充分接触反应，静置陈化15h，过滤，烘干，随后加入预热温度为900℃的管式炉中煅烧5min，随后于氩气流量120sccm、压力8pa、功率100w的条件下，进行等离子体处理15min，得到四针状氧化锌。
β-磷酸三钙的制备同实施例二。
磁性复合粉的制备：取0.5gfe3o4加入300ml去离子水中超声波分散30min，逐滴加入7ml浓度为0.1mol/l醋酸锌溶液搅拌30min，再滴加50ml质量浓度为5％的氨水，随后反应2h，离心分离，磁分离洗涤，干燥，放入管式炉中于500℃烧结6h，随后升温至750℃烧结10h，从而得到的棒状zno/fe3o4颗粒；取5g棒状zno/fe3o4颗粒和3g四针状zno加入尼龙球磨罐中，随后加入2ml饱和聚乙二醇溶液，在多维摆动式纳米球磨机中于转速530rpm球磨14h，球磨后的粉粒加入10g分散有碳纳米管的饱和聚乙二醇溶液中，搅拌分散，转入反应釜中于200℃反应15h，得到的反应物磁分离洗涤，干燥，随后于530℃烧结5h，随炉自然冷却得到磁性复合粉。
磁性磷酸钙基骨水泥的制备：取30gβ-磷酸三钙、20g磷酸二氢钙、5.6g磁性复合粉混匀，加入多维摆动式纳米球磨机的尼龙球磨罐中，于转速340rpm球磨4h，得到固相混合料；取柠檬酸溶解于蒸馏水中，配置得到浓度为0.2mol/l的柠檬酸溶液，向每100ml柠檬酸溶液中加入20g明胶搅拌，得到液相；取30g固相混合料加入10ml液相中混匀，于温度37℃、90％～100％相对湿度条件下固化形成磁性磷酸钙基骨水泥。
实施例四
fe3o4的制备同实施例一。
四针状氧化锌的制备同实施例三。
β-磷酸三钙的制备：取摩尔比为75mmol的二水合磷酸氢钙和50mmol碳酸钙加入尼龙球磨罐中，随后加入10ml无水乙醇，再加入氧化锆研磨球，在多维摆动式纳米球磨机中于转速450rpm球磨18h，随后转入超声波发生器中，于温度35～45℃、频率40khz、功率400w条件下超声35min，过滤，干燥，并在管式炉中于950℃煅烧5h，得到β-磷酸三钙。
磁性复合粉的制备：取0.5gfe3o4加入300ml去离子水中超声波分散30min，逐滴加入8ml浓度为0.1mol/l醋酸锌溶液搅拌30min，再滴加50ml质量浓度为5％的氨水，随后反应2h，离心分离，磁分离洗涤，干燥，放入管式炉中于550℃烧结6h，随后升温至800℃烧结10h，从而得到的棒状zno/fe3o4颗粒；取5g棒状zno/fe3o4颗粒和2.5g四针状zno加入尼龙球磨罐中，随后加入2ml饱和聚乙二醇溶液，在多维摆动式纳米球磨机中于转速550rpm球磨15h，球磨后的粉粒加入10g分散有碳纳米管的饱和聚乙二醇溶液中，搅拌分散，转入反应釜中于200℃反应15h，得到的反应物磁分离洗涤，干燥，随后于550℃烧结5h，随炉自然冷却得到磁性复合粉。
磁性磷酸钙基骨水泥的制备：取32gβ-磷酸三钙、20g磷酸二氢钙、6g磁性复合粉混匀，加入多维摆动式纳米球磨机的尼龙球磨罐中，于转速350rpm球磨5h，得到固相混合料；取柠檬酸溶解于蒸馏水中，配置得到浓度为0.2mol/l的柠檬酸溶液，向每100ml柠檬酸溶液中加入20g明胶搅拌，得到液相；取33g固相混合料加入10ml液相中混匀，于温度37℃、90％～100％相对湿度条件下固化形成磁性磷酸钙基骨水泥。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。