專利名稱：一種自包覆控制水化反應(yīng)合成磷酸鎂生物骨水泥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種生物膠凝材料的制備方法，具體涉及一種自包覆控制水化反應(yīng)合成磷酸鎂生物骨水泥的方法。
背景技術(shù)：
磷酸鎂生物骨水泥(MPC)是一種由氧化鎂、磷酸鹽及固相調(diào)和液混合制備成的新型生物膠凝材料。MPC的特點(diǎn)在于凝結(jié)速度快，早期強(qiáng)度高；固化時(shí)發(fā)生體積微膨脹，能與骨組織形成高強(qiáng)度的界面結(jié)合；同時(shí)，水化產(chǎn)物具有良好的生物相容性，無毒副作用。因此，在不穩(wěn)定骨折治療及人工關(guān)節(jié)假體粘結(jié)固定等方面，MPC應(yīng)用廣泛。作為骨修復(fù)材料，受水化反應(yīng)速率控制的固化時(shí)間與反應(yīng)放熱是MPC制備的關(guān)鍵指標(biāo)；前者既要為臨床使用提供足夠的手術(shù)操作時(shí)間，又要能夠在較短時(shí)間內(nèi)固化；后者 則要求放熱峰值溫度應(yīng)在生物體溫附近，不宜過高。但是，通常由于MPC水化反應(yīng)極快，因而導(dǎo)致固化時(shí)間短，放熱溫度高，不僅影響臨床應(yīng)用，而且降低了 MPC的強(qiáng)度等性能。一般可采用高溫煅燒以降低MgO的活性，并結(jié)合添加硼砂等緩凝劑的方法控制MPC的水化反應(yīng)速率。然而，高溫煅燒MgO受限于高溫加熱爐等設(shè)備條件，成本較高；同時(shí)，引入硼砂等異種物質(zhì)作為緩凝劑，影響MPC良好的生物相容性，降低其臨床性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種自包覆控制水化反應(yīng)合成磷酸鎂生物骨水泥的方法，解決了制備磷酸鎂生物骨水泥中固化時(shí)間短，放熱溫度高而導(dǎo)致的臨床性能低的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種自包覆控制水化反應(yīng)合成磷酸鎂生物骨水泥的方法，按照以下步驟實(shí)施步驟I、氧化鎂的自包覆處理首先，將市售醫(yī)用級MgO和KH2PO4分別進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間分別為3h和4h，將MgO磨至粒徑6—10 μ m的粉體，將KH2PO4磨至粒徑10—20 μ m的粉體；然后，將兩種粉體均勻混合，得到混合物A ;隨后，在攪拌條件下向混合物A中加入固相調(diào)和液得到混合物B，并持續(xù)攪拌至固化；最后，將混合物B置于溫度37°C，相對濕度100%的環(huán)境中48h，之后再使用球磨機(jī)粉碎至粒徑15 — 25 μ m,制備出自包覆處理的MgO粉體；步驟2、磷酸鎂生物骨水泥的反應(yīng)控制合成將步驟I得到的自包覆MgO粉體與經(jīng)步驟I球磨后的KH2PO4粉體均勻混合后，得到混合物C ;然后，在攪拌條件下向混合物C中加入固相調(diào)和液得到混合物D，并持續(xù)攪拌至固化；最后，將固化后的混合物D置于溫度37°C，相對濕度100%的環(huán)境中48h，得到本發(fā)明制備的磷酸鎂生物骨水泥。本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，步驟I中球磨機(jī)為星式球磨機(jī),磨球?yàn)楝旇?球料比為1:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為400r/min。
步驟I中，MgO粉體與KH2PO4粉體的質(zhì)量比為5—12: I。步驟I中，每克混合物A中固相調(diào)和液的加入量為l_2ml，步驟2中，每克混合物C中固相調(diào)和液加入量為O. 25-0. 3ml。步驟2中，自包覆MgO粉體與KH2PO4粉體的質(zhì)量比為2:1。步驟I與步驟2中所述的固相調(diào)和液為蒸餾水、生理鹽水、質(zhì)量濃度為O. 9%的葡萄糖溶液或體積濃度為10%的稀磷酸溶液中的任意一種。本發(fā)明的有益效果是磷酸鎂生物骨水泥的固化時(shí)間由相同條件下使用未包覆MgO時(shí)的O. 7-4min延長至使用自包覆MgO時(shí)的6— 17min，因而既可為臨床使用提供足夠的可注射時(shí)間，又能在相對較短的時(shí)間內(nèi)固化；放熱溫度峰值則由55. 1—70. 5°C降至32. 6—38. 3°C之間，接近體溫；同時(shí)，不會引人任何其他物質(zhì)，保證了磷酸鎂骨水泥的純組分特征，從而有助于保持其優(yōu)良的生物相容性；此外，本發(fā)明的方法不依賴高溫加熱爐等大型設(shè)備，工藝簡單方便，節(jié)約成本。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種自包覆控制水化反應(yīng)合成磷酸鎂生物骨水泥的方法，按照以下步驟實(shí)施步驟I、氧化鎂的自包覆處理首先，將市售醫(yī)用級MgO和KH2PO4分別球磨至粒徑6 —10 μ m與10-20 μ m的粉體。球磨選用星式球磨機(jī)，球磨時(shí)間分別為3h和4h，研磨球?yàn)楝旇?，球料比?:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為 400r/min。然后，將球磨后的MgO和KH2PO4粉體均勻混合，得到混合物A，其中，MgO粉體與KH2PO4粉體的質(zhì)量比為5 —12:1 ;并在攪拌條件下向混合物A中加入固相調(diào)和液，固相調(diào)和液為蒸餾水、生理鹽水、質(zhì)量濃度為O. 9%的葡萄糖溶液或體積濃度為10%的稀磷酸溶液中的任意一種,得到混合物B，其中，Ig混合物A中加入l-2ml固相調(diào)和液；并持續(xù)攪拌至混合物B固化，最后，將混合物B置于溫度37°C，相對濕度100%的環(huán)境中48h后，使用球磨機(jī)將其球磨至粒徑15-25 μ m的粉體，即為自包覆處理的MgO粉體。步驟2、磷酸鎂生物骨水泥的反應(yīng)控制合成首先，將步驟I中制備的自包覆MgO粉體與經(jīng)步驟I球磨后的KH2PO4粉體均勻混合，得到混合物C，其中自包覆MgO粉體與KH2PO4粉體的質(zhì)量比為2:1 ;然后，在攪拌條件下向混合物C中加入固相調(diào)和液得到混合物D，其中Ig混合物A中加入O. 25-0. 3ml固相調(diào)和液；并持續(xù)攪拌至混合物D固化；最后，將固化物D置于溫度37°C，相對濕度100%的環(huán)境中48h，制得磷酸鎂生物骨水泥。實(shí)施例I :步驟I、氧化鎂的自包覆處理首先，將市售醫(yī)用級MgO和KH2PO4分別球磨至粒徑為6—10 μ m與10-20 μ m的粉體。球磨選用星式球磨機(jī)，球磨時(shí)間分別為3h和4h，研磨球?yàn)楝旇?，球料比?:1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為400r/min。然后，將球磨后的MgO和球磨后的KH2PO4粉體以5 :1的質(zhì)量比均勻混合，得到混合物A ;并邊攪拌邊向混合物A中以每克加入Iml蒸餾水得到混合物B，加完后繼續(xù)攪拌至混合物B固化。最后，將混合物B放置在溫度為37°C，相對濕度為100%的環(huán)境中48h后，使用球磨機(jī)對其粉碎至粒度為15-25 μ m，即為自包覆處理的MgO粉體。步驟2、磷酸鎂生物骨水泥的反應(yīng)控制合成 將步驟I中制備的自包覆的MgO粉體與球磨后的KH2PO4粉體以2 :1的質(zhì)量比混合均勻后得到混合物C ;然后邊攪拌邊向混合物C中以每克O. 3ml加入蒸餾水得到混合物D，加完后繼續(xù)攪拌至混合物D固化；最后將固化物D放置在溫度為37°C，相對濕度為100%的環(huán)境中48h，即制得磷酸鎂生物骨水泥。實(shí)施例2
步驟I、氧化鎂的自包覆處理首先對MgO和KH2PO4粉體進(jìn)行球磨，具體球磨條件同實(shí)施例I中的相應(yīng)條件。然后球磨后的MgO粉體與球磨后的KH2PO4粉體以10:1的質(zhì)量比混合均勻得到混合物A ;并邊攪拌邊向混合物A中以每克2ml的加入量加入體積濃度為10%的稀磷酸溶液得到混合物B，加完后繼續(xù)攪拌至混合物B固化。最后，將混合物B放置在溫度為37°C，相對濕度為100%的環(huán)境中48h后，使用球磨機(jī)對其粉碎至粒度為15-25 μ m，即為自包覆處理的MgO粉體。步驟2、磷酸鎂生物骨水泥的反應(yīng)控制合成將步驟I得到的自包覆的MgO粉體與球磨后的KH2PO4粉體以2 :1的質(zhì)量比混合均勻后得到混合物C ;然后邊攪拌邊向混合物C中以每克O. 27ml的加入量加入體積濃度為10%的稀磷酸溶液得到混合物D，加完后繼續(xù)攪拌至混合物D固化；最后將固化物D放置在溫度為37°C，相對濕度為100%的環(huán)境中48h，即制得磷酸鎂生物骨水泥。實(shí)施例3步驟I、氧化鎂的自包覆處理首先對MgO和KH2PO4粉體進(jìn)行球磨，具體球磨條件同實(shí)施例I中的相應(yīng)條件。然后球磨后的MgO粉體與球磨后的KH2PO4粉體以12 1的質(zhì)量比混合均勻得到混合物A ;并邊攪拌邊向混合物A中以每克I. 5ml的加入量加入質(zhì)量濃度為O. 9%的葡萄糖溶液得到混合物B，加完后繼續(xù)攪拌至混合物B固化。最后，將混合物B放置在溫度為37°C，相對濕度為100%的環(huán)境中48h后，使用球磨機(jī)對其粉碎至粒度為15-25 μ m,即為自包覆處理的MgO粉體。步驟2、磷酸鎂生物骨水泥的反應(yīng)控制合成 將步驟I得到的自包覆的MgO粉體與球磨后的KH2PCM粉體以2 :1的質(zhì)量比混合均勻后得到混合物C ;然后邊攪拌邊向混合物C中以每克O. 25ml的加入量加入質(zhì)量濃度為
O.9%的葡萄糖溶液得到混合物D，加完后繼續(xù)攪拌至混合物D固化；最后將固化物D放置在溫度為37°C，相對濕度為100%的環(huán)境中48h，即制得磷酸鎂生物骨水泥。實(shí)施例4步驟I、氧化鎂的自包覆處理首先對MgO和KH2PO4粉體進(jìn)行球磨，具體球磨條件同實(shí)施例I中的相應(yīng)條件。然后球磨后的MgO粉體與球磨后的KH2PO4粉體以12 1的質(zhì)量比混合均勻得到混合物A ;并邊攪拌邊向混合物A中以每克I. 5ml的加入量加入生理鹽水得到混合物B，加完后繼續(xù)攪拌至混合物B固化。最后，將混合物B放置在溫度為37°C，相對濕度為100%的環(huán)境中48h后，使用球磨機(jī)對其粉碎至粒度為15-25 μ m，即為自包覆處理的MgO粉體。步驟2、磷酸鎂生物骨水泥的反應(yīng)控制合成將步驟I得到的自包覆的MgO粉體與球磨后的KH2PCM粉體以2 :1的質(zhì)量比混合均勻后得到混合物C ;然后邊攪拌邊向混合物C中以每克O. 25ml的加入量加入生理鹽水得到混合物D，加完后繼續(xù)攪拌至混合物D固化；最后將固化物D放置在溫度為37°C，相對濕度為100%的環(huán)境中48h，即制得磷酸鎂生物骨水泥。本發(fā)明以MPC合成使用的MgO和KH2PO4為原材料，首先將顯著過量的MgO與KH2PO4混合，利用水化反應(yīng)制備出由大量剩余MgO及反應(yīng)產(chǎn)物MgKPO4 · 6H20組成的骨水泥(MPC-I),并將其制成粉體后獲得局部包覆MgKPO4 · 6H20的MgO粉末，從而實(shí)現(xiàn)對MgO無異 質(zhì)引入的自包覆。然后，將自包覆的MgO粉末與適量KH2PO4混合，借助MgKPO4 ·6Η20局部包覆層的阻擋作用，控制水化反應(yīng)速率，從而顯著延長固化時(shí)間，降低放熱溫度，最終合成出性能優(yōu)良的磷酸鎂生物骨水泥(MPC-2 )。本發(fā)明的方法制備的磷酸鎂生物骨水泥的固化時(shí)間，由相同條件下使用未包覆MgO時(shí)的O. 74min延長至使用自包覆MgO時(shí)的6 — 17min，因而既可為臨床使用提供足夠的可注射時(shí)間，又能在相對較短的時(shí)間內(nèi)固化；放熱溫度峰值則由55. 1-70.5°C降至32. 6-38. 3°C之間，接近體溫；同時(shí)，不會引人任何其他物質(zhì)，保證了磷酸鎂骨水泥的純組分特征，從而有助于保持其優(yōu)良的生物相容性；此外，本發(fā)明不依賴高溫加熱爐等大型設(shè)備，工藝簡單方便，節(jié)約成本。
權(quán)利要求
1.一種自包覆控制水化反應(yīng)合成磷酸鎂生物骨水泥的方法，其特征在于，按照以下步驟實(shí)施 步驟I、氧化鎂的自包覆處理 首先，將市售醫(yī)用級MgO和KH2PO4分別進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間分別為3h和4h，將MgO磨至粒徑6 —10 ii m的粉體，將KH2PO4磨至粒徑10 — 20 u m的粉體；然后,將兩種粉體均勻混合，得到混合物A ;隨后，在攪拌條件下向混合物A中加入固相調(diào)和液得到混合物B，并持續(xù)攪拌至固化；最后，將混合物B置于溫度37°C，相對濕度100%的環(huán)境中48h，之后再使用球磨機(jī)粉碎至粒徑15 — 25 u m,制備出自包覆處理的MgO粉體； 步驟2、磷酸鎂生物骨水泥的反應(yīng)控制合成 將步驟I得到的自包覆MgO粉體與經(jīng)步驟I球磨后的KH2PO4粉體均勻混合后，得到混合物C ;然后，在攪拌條件下向混合物C中加入固相調(diào)和液得到混合物D，并持續(xù)攪拌至固化；最后，將固化后的混合物D置于溫度37°C，相對濕度100%的環(huán)境中48h，得到本發(fā)明制備的磷酸鎂生物骨水泥。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I中球磨機(jī)為星式球磨機(jī)，磨球?yàn)楝旇?球料比為I: I,球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為400r/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟I中，MgO粉體與KH2PO4粉體的質(zhì)量比為5—12:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I中，每克混合物A中固相調(diào)和液的加入量為l_2ml，步驟2中，每克混合物C中固相調(diào)和液加入量為0. 25—0. 3ml。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟2中，自包覆MgO粉體與KH2PO4粉體的質(zhì)量比為2:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I與步驟2中所述的固相調(diào)和液為蒸餾水、生理鹽水、質(zhì)量濃度為0. 9%的葡萄糖溶液或體積濃度為10%的稀磷酸溶液中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自包覆控制水化反應(yīng)合成磷酸鎂生物骨水泥的方法，首先將MgO與KH2PO4混合，制備出由大量剩余MgO和水化反應(yīng)產(chǎn)物MgKPO4·6H2O組成的骨水泥，并制成粉體后得到自包覆MgO；然后將自包覆MgO與KH2PO4混合，借助MgKPO4·6H2O自包覆層的阻擋作用，控制水化反應(yīng)，合成出磷酸鎂生物骨水泥。本發(fā)明可使固化時(shí)間由包覆前的0.7—4min延長至包覆后的6—17min，放熱溫度峰值則由55.1—70.5℃降至32.6—38.3℃之間；同時(shí)，包覆層物質(zhì)為骨水泥的成分之一，無其他物質(zhì)引入，顯著增強(qiáng)了臨床使用性能。此外，本發(fā)明不依大型設(shè)備，工藝簡單方便，節(jié)約成本。
文檔編號C04B12/02GK102807335SQ201210243130
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者李均明, 劉林濤, 王愛娟, 張姣 申請人:西安理工大學(xué)