高强韧可降解磷酸锶钙复合骨水泥及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适合人体承力骨缺损的修复或强化固定的高强韧可降解磷酸锶钙复合骨水泥及其制备方法。采取的骨水泥固相原料为高结晶性Ｃａ↓［４］（ＰＯ↓［４］）↓［２］Ｏ陶瓷、ＳｒＨＰＯ↓［４］、ＣａＨＰＯ↓［４］混合粉末，固化液为稀磷酸水溶液，添加的增韧单元为高抗拉强度的生物相容性可降解高分子纤维，选自乳酸－羟基乙酸共聚物纤维、聚乳酸纤维或聚乙醇酸纤维或者其他可吸收手术缝合线，增强单元为固化反应后Ｃａ↓［４］（ＰＯ↓［４］）↓［２］Ｏ剩余陶瓷颗粒。该制备方法融合了陶瓷颗粒原位增强、可降解纤维初期增韧与后期降解、锶改性等多种技术，在类生理环境下获得一种新型的高强韧可降解磷酸锶钙复合骨水泥。该材料具有良好的生物相容性、生物活性、骨传导性与降解性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物医用材料领域，涉及一种适合人体承力部位骨缺损修复或强化固定的，该制备方法融合了高结晶性磷酸四钙陶瓷颗粒的原位增强、可降解高分子纤维初期增韧以及后期降解造孔、锶离子改性等多种技术优势。
技术介绍
在人工合成材料中，磷酸钙骨水泥有着独特的优势一方面，固化产物为羟基磷灰石，与人体骨无机矿物成分相一致，具有良好的生物相容性、生物活性与骨传导性；另一方面，作为生物水泥，又具有自固化性、可注射性、易塑形性、载药缓释性等优点。尤其后者使得该材料应用时能与复杂骨缺损解剖形状适配，不必进行二次手术，从而减少病人痛苦，受到临床医生和病人的欢迎。目前，该材料已在非负重部位骨缺损(如颅骨、盖髓等)和其它如医用螺钉固定、骨折治疗、缓释载药等领域中表现出良好的应用效果。然而，现有磷酸钙骨水泥产品主要存在两个方面的不足第一，强度普遍偏低(抗压强度一般为30～55MPa)，尚不能用于承力部位骨缺损部位(人体长骨横向抗压强度为106～133MPa)修复；第二，体内降解性差，难以与新生骨组织较快的生长速度相匹配，且未降解的水泥残留物将可能成为体内潜在的感染源；第三，脆性大，体内服役时易疲劳失效。因此，在现有研究基础上，若能协同攻克磷酸钙骨水泥的强度、脆性与体内降解性能，则不仅进一步拓展该材料的临床应用范围，而且有可能解决临床上承力部位骨缺损的修复难题。近年来，国内外在改善磷酸钙骨水泥力学性能和降解性方面做了大量研究。例如，添加碳纤维、玻璃纤维以及SiC晶须、Si3N4晶须等后可较大幅度地改善了骨水泥的抗压强度。但这些纤维和晶须随骨水泥植入体内后不能降解，难以实现永久性修复。采用可生物降解Ployglactin910纤维代替这些不降解纤维，虽固化初期改善了复合水泥的断裂功，但其抗压强度降低(XuHHK，Janet B.Quinn.Calcium phosphate cement containing resorbable fibers forshort-term reinforcement and macroporosity.Biomaterials，2002，23193-202)。国内学者通过添加晶种和选择固化液，将骨水泥的强度提高至76.1MPa，并开发了具有自主知识产权的骨水泥产品，但该水泥的强度水平低于人体长骨的相应水平，仍不能满足承力部位骨缺损修复的应用要求，而且其植入体内初期材料的脆性和降解性能没有得到根本解决(邵慧芳，刘昌胜等.羟基磷灰石晶种的形貌控制及其对磷酸钙骨水泥的原位增强研究.无机材料学报，2001；16(5)933-938)。此外，在改善降解性方面，1995年，Constanz等在国际权威杂志Science上报道了碳酸化羟基磷灰石骨水泥具有比常规骨水泥优越的降解速率，并取得了良好的临床修复效果，但遗憾的是其抗压强度不足50Mpa(Constanz BR，Ison JC，Fulmer MT et al.Skeletal repair by in situformation of the mineral phase of bone.Science，1995；2571796-1799.)。经过近五年的研究，本专利技术者及所者课题组在磷酸钙骨水泥力学、降解性能的协同改进上取得了一定进展。一方面，专利技术了以“Ca4(PO4)2O-CaHPO4-SrHPO4”含锶粉末混合物为固相、以稀磷酸为液相的掺锶磷灰石骨水泥体系(郭大刚，徐可为等.含锶纳米磷酸钙生物活性骨水泥的制备工艺.国家专利技术专利，专利号ZL200410025920.5)，研究发现，该水泥材料体内降解速率相对纯羟基磷灰石骨水泥提高了～73.9％，固化体抗压强度平均可达66.6MPa，高于现有磷酸钙骨水泥产品的一般水平(郭大刚，徐可为等.Development of astrontium-containing hydroxyapatite bone cement.Biomaterials，2005；26(19)4073-4083)，表明锶离子改性是协同改善磷酸钙骨水泥降解与力学性能的有效方法，但不足的是其力学性能与人体承力骨缺损修复临床要求相比仍有一定差距。另一方面，利用反应产物磷酸四钙剩余颗粒原位增强的方法制备了一种高初期强度羟基磷灰石骨水泥，在固化3天时的平均抗压强度达103.9MPa，最高值为115MPa，弹性模量为2～10GPa，该材料在抗压强度和弹性模量上已接近了人体长骨的相应水平，然而其脆性、降解缓慢等尚需进一步改进。综上所述，虽然国内外学者在改善磷酸钙骨水泥的力学性能、体内降解性以及韧性做了大量工作，并在单方面性能上取得了一定的改进，但尚无一种产品既具有较高的强度和韧性，又兼顾良好的体内降解性能。基于此，本专利技术将高结晶性磷酸四钙陶瓷的原位增强、可降解高分子纤维初期增韧以及后期降解造孔、锶离子改性等多种优势技术结合起来，提出了一种制备新型高强韧可控降解的磷酸锶钙复合骨水泥及其制备技术。迄今，此类陶瓷原位增强纤维增韧的可降解磷酸锶钙生物活性复合骨水泥的制备技术及其性能未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，该材料具有良好的生物相容性、生物活性、骨传导性与降解性能。该制备方法融合了陶瓷颗粒原位增强、可降解纤维初期增韧与后期降解、锶改性等多种技术。本专利技术的技术方案是这样解决的高强韧可降解磷酸锶钙复合骨水泥，其最终产物由高结晶性磷酸四钙Ca4(PO4)2O陶瓷颗粒、生物相容性可降解高分子纤维以及纳米掺锶磷灰石晶粒组成的块体材料，其中磷酸四钙的质量百分含量为1％～10％、生物相容性可降解高分子纤维质量百分含量为0.1％～10％，以及纳米掺锶磷灰石晶粒的质量百分含量分别为80％～98.9％。一种高强韧可降解磷酸锶钙复合骨水泥的制备方法，按以下步骤进行1)复合骨水泥固相粉末的制备将无水磷酸氢钙CaHPO4与碳酸钙CaCO3按摩尔比1∶1进行湿法球磨混合20～60小时，球磨介质为无水乙醇，然后以4.0～5.0℃/min的升温速率加热到1450～1500℃下，保温20～40小时，最后以150～300℃/min的冷却速率冷却至室温，从而得到高结晶性磷酸四钙块体，经破碎、手工研磨、球磨后，得到尺寸为10.0～50.0μm的高结晶性磷酸四钙颗粒；将该高结晶性磷酸四钙颗粒与磷酸氢锶SrHPO4、无水磷酸氢钙CaHPO4粉末三者按摩尔比为(2+x)∶y∶(2-y)充分混合，得到复合骨水泥固相粉末，其中x＝0～0.2，y＝0～2.0，三者平均粒度范围分别为10.0～50.0μm、0.7～10.0μm、0.7～10.0μm；2)复合骨水泥固相粉末与纤维混合将具有生物相容性、高抗拉强度的可降解高分子纤维或者可吸收手术缝合线加入上述复合骨水泥固相粉末中，其中纤维直径10～50μm，纤维长度为1～20mm；复合骨水泥固相粉末与可降解高分子纤维质量比为0.1％～15％。3)复合骨水泥固化液的制备由磷酸和去离子水配制的0.01～0.75mol/L的磷酸H3PO4水溶液；4)复合骨水泥的调和、固化以及最终形成将上述得到的复合骨水泥固相粉末与纤维的混合体系和磷酸H3PO4水溶液充分调和，调和时两者质量比例为(1.0～3.0)∶1，调和后形成均匀一致的水泥，以浆料或者成型块本文档来自技高网...

【技术保护点】
高强韧可降解磷酸锶钙复合骨水泥，其特征在于，最终产物由高结晶性磷酸四钙Ｃａ↓［４］（ＰＯ↓［４］）↓［２］Ｏ陶瓷颗粒、高抗拉强度的生物相容性可降解高分子纤维以及纳米掺锶磷灰石晶粒组成的块体材料，其中磷酸四钙的质量百分含量为１％～１０％，高抗拉强度的生物相容性可降解高分子纤维质量百分含量为０．１％～１０％，以及纳米掺锶磷灰石晶粒的质量百分含量分别为８０％～９８．９％。

【技术特征摘要】
1.高强韧可降解磷酸锶钙复合骨水泥，其特征在于，最终产物由高结晶性磷酸四钙Ca4(PO4)2O陶瓷颗粒、高抗拉强度的生物相容性可降解高分子纤维以及纳米掺锶磷灰石晶粒组成的块体材料，其中磷酸四钙的质量百分含量为1％～10％，高抗拉强度的生物相容性可降解高分子纤维质量百分含量为0.1％～10％，以及纳米掺锶磷灰石晶粒的质量百分含量分别为80％～98.9％。2.根据权利要求1所述的高强韧可降解磷酸锶钙复合骨水泥，其特征在于，高抗拉强度的生物相容性可降解高分子纤维选自乳酸-羟基乙酸共聚物PLGA纤维、聚乳酸纤维或聚乙醇酸纤维或者可吸收手术缝合线，其中纤维直径10～50μm，纤维长度为1～20mm。3.一种如权利要求1所述的高强韧可降解磷酸锶钙复合骨水泥的制备方法，其特征在于按如下步骤进行1)复合骨水泥固相粉末的制备将无水磷酸氢钙CaHPO4与碳酸钙CaCO3按摩尔比1∶1进行湿法球磨混合20～60小时，球磨介质为无水乙醇，然后以4.0～5.0℃/min的升温速率加热到1450～1500℃下，保温20～40小时，最后以150～300℃/min的冷却速率冷却至室温，从而得到高结晶性磷酸四钙块体，经破碎、手工研磨、球磨后，得到尺寸为10.0～50.0μm的高结晶性磷酸四钙颗粒；将该高结晶性磷酸四钙颗粒与磷酸氢锶SrHPO4、无水磷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭大刚，徐可为，憨勇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]