一种自固化磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用与流程

本发明属于水泥制备，具体涉及了一种自固化磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用。

背景技术：

1、骨骼是人体重要的器官组织同时也是人体的支持结构，感染、肿瘤、创伤性骨髓炎手术清除以及各种先天性疾病往往会导致骨缺损，同时随着近些年社会和经济的飞速发展，社会环境的变化，道路交通以及自然灾害所造成的复杂损伤逐年增多，因此带来的大量骨缺损手术对患者及其家庭、社会和医疗保健系统都造成了巨大的负担。如何完整修复大面积骨缺损，恢复肢体的关节功能以及对患者病情提供个体化治疗方案，成为了医学界最关心的问题，同样也是近几年国内外所研究的重点项目。

2、磷酸镁骨水泥(mpc)是一种新型无机骨修复材料，其机械性能、生物相容性、生物降解性及生物活性良好，可注射性好﹐固化放热少。传统的生物医学mpcs通常是通过氧化镁(mgo)与铵盐或磷酸钾盐反应制备的，然而，从反应中释放的氨或氨离子可能会导致一种不愉快的环境气味，并可能损害生物相容性。为了克服这些缺点，科学家们进行了一些尝试，从磷酸铵转换为磷酸二氢钠(nah2po4)或磷酸二氢钾(kh2po4)。此外，镁也是人体必需的元素，它自然存在于骨组织中，是一种对骨骼健康至关重要的基本元素。

3、以往的研究表明，镁离子(mg2+)对种子型磷酸钙结晶的整体速率和随后的羟基亚磷灰石(ha)的生长有影响。mg2+在增强骨生成、促进成骨细胞的粘附和运动、抑制破骨细胞代谢活性和分化和增强血管生成中扮演着重要角色。相反，mg2+缺乏(约0.04-10％)会抑制骨形成，导致成骨细胞和骨量减少，并且由于促炎细胞因子分泌增加而导致破骨细胞骨吸收增加。但是目前可用的mpcs在拉伸和扭转条件下的性能很差，由于其脆性力学断裂行为，不适合承载应用。因此，在mpcs作为骨替代品广泛应用之前，还需要对其进一步进行改性以使其更好的应用在临床治疗中。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种自固化磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用，降低了反应放热温度，提高了骨水泥的力学强度，能够更好地应用于螺钉强化。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种自固化磷酸镁骨水泥，原料包括固相粉末或固相粉末与固化液混合物；按照重量份数计，所述固相粉末包括：mgo 10～45份，mg3(po4)2 10～50份，磷酸二氢盐20-75份，蔗糖1～10份；所述固化液为酸性溶液。

3、通过将固相粉末和固化液混合均匀制备的自固化磷酸镁骨水泥，具有良好的注射性能和较高的力学强度，能够用作螺钉强化，固化过程反应温度低，且镁离子可以持续释放，能够增强骨生成、促进成骨细胞的粘附和运动、抑制破骨细胞代谢活性和分化和增强血管。

4、在本发明一个实施方式中，所述磷酸二氢盐选自kh2po2、ca(h2po4)2和nah2po4中的一种或多种。

5、在本发明一个实施方式中，按照重量份数计，所述固相粉末包括：mgo 10～45份，mg3(po4)2 10～50份，kh2po2 20～60份，ca(h2po4)2 0～15份，蔗糖1～10份；所述固化液与混合后的固相粉末的液固比为0.25～0.65ml/g。

6、在本发明一个实施方式中，按照重量份数计，所述固相粉末包括：mgo 15～40份，mg3(po4)2 15～45份，kh2po2 25～55份，ca(h2po4)2 2～10份，蔗糖3～8份；所述固化液与混合后的固相粉末的液固比为0.3～0.55ml/g。

7、例如，0.3ml/g，0.35ml/g，0.36ml/g，0.4ml/g，0.44ml/g，0.5ml/g，0.55ml/g或者上述任意数值间的任一范围或者范围内任一点值。

8、在本发明一个实施方式中，所述固化液为柠檬酸溶液和/或磷酸溶液。

9、在本发明一个实施方式中，所述固化液的浓度0～0.1g/ml；优选为0.02～0.06g/ml，例如0.03g/ml柠檬酸溶液。

10、在本发明一个具体实施例中，所述原料包括：mgo 25份，mg3(po4)2 20份，kh2po2 45份，ca(h2po4)2 10份，蔗糖3份，固化液浓度0.01g/ml；所述固化液与混合后的固相粉末的液固比为0.25ml/g；或者

11、mgo 30份，mg3(po4)2 40份，kh2po2 55份，ca(h2po4)2 3份，蔗糖4份，固化液浓度0.02g/ml；所述固化液与混合后的固相粉末的液固比为0.35ml/g；或者

12、mgo 15份，mg3(po4)2 25份，kh2po2 60份，ca(h2po4)2 8份，蔗糖5份，固化液浓度0.06g/ml；所述固化液与混合后的固相粉末的液固比为0.5ml/g；或者

13、mgo 10份，mg3(po4)2 50份，kh2po2 45份，ca(h2po4)2 5份，蔗糖8份，固化液浓度0.05g/ml；所述固化液与混合后的固相粉末的液固比为0.3ml/g；或者

14、mgo 45份，mg3(po4)2 15份，kh2po2 25份，ca(h2po4)2 15份，蔗糖8份，固化液浓度0.04g/ml；所述固化液与混合后的固相粉末的液固比为0.36ml/g；或者

15、mgo 30份，mg3(po4)2 40份，kh2po2 25份，ca(h2po4)2 5份，蔗糖5份，固化液浓度0.06g/ml；所述固化液与混合后的固相粉末的液固比为0.55ml/g；或者

16、mgo 30份，mg3(po4)2 15份，kh2po2 30份，ca(h2po4)2 2份，蔗糖4份，固化液浓度0.04g/ml；所述固化液与混合后的固相粉末的液固比为0.44ml/g；或者

17、mgo 20份，mg3(po4)2 35份，kh2po2 35份，ca(h2po4)2 10份，蔗糖1份，固化液浓度0.055g/ml；所述固化液与混合后的固相粉末的液固比为0.36ml/g；或者

18、mgo 40份，mg3(po4)2 10份，kh2po2 48份，ca(h2po4)2 8份，蔗糖4份，固化液浓度0.015g/ml；所述固化液与混合后的固相粉末的液固比为0.36ml/g；或者

19、mgo 25份，mg3(po4)2 45份，kh2po2 35份，ca(h2po4)2 12份，蔗糖7份，固化液浓度0.01g/ml；所述固化液与混合后的固相粉末的液固比为0.65ml/g。

20、在本发明一个实施方式中，所述mgo粉末由mg(oh)2粉末在1300～1600℃烧结3～10小时过筛后所得，优选过180-220目筛，例如过200目筛。

21、在本发明一个实施方式中，所述mg3(po4)2是由mg3(po4)2·5h2o在200～1000℃烧结2～10小时过筛后所得，优选过180-220目筛，例如过200目筛。

22、在本发明一个实施方式中，所述kh2po2是在100～200℃烘干18～30小时，球磨过筛后所得粉末，优选过180-220目筛，例如过200目筛。

23、在本发明一个实施方式中，所述ca(h2po4)2为过180-220目筛所得粉末，例如过200目筛；所述蔗糖是球磨后过180-220目筛所得粉末，例如过200目筛。

24、本发明还提供了一种自固化磷酸镁骨水泥的制备方法，包括：按照上述自固化磷酸镁骨水泥的配方称取固相粉末，混合均匀，加入固化液，在20-25℃下搅拌反应2～5min得到，所述固化液与混合后固相粉末的液固比为0.2～0.65ml/g。

25、在本发明一个实施方式中，所述自固化磷酸镁骨水泥具有可自固化的物理特征。

26、本发明还提供了一种上述所述自固化磷酸镁骨水泥在生物医学中的应用，尤其是在无机骨修复材料中的应用，例如在强化螺钉中的应用。

27、本发明的有益效果：

28、本发明提供的自固化磷酸镁骨水泥，通过加入柠檬酸和蔗糖改善磷酸镁骨水泥的物理性能，减缓磷酸镁骨水泥过快的反应速度，降低反应放热温度，提高骨水泥的力学强度，具有良好的注射性能，固化过程反应温度低，同时镁离子的持续性释放，有效促进新生骨生成，促进成骨细胞的粘附和运动、抑制破骨细胞代谢活性和分化和增强血管，能够更好地应用于螺钉强化，具有广泛的应用前景。本发明通过对镁基生物材料的不断完善，有望为骨缺损修复临床转化的研究和应用提供理论基础。