專利名稱：：以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架的制備方法
技術領域：
：本發明涉及一種骨水泥多孔支架的制備方法，特別是一種以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架的制備方法。
背景技術：
：骨水泥，尤其是含鈣的骨水泥體系，如磷酸鈣、硫酸鈣、硅酸鈣骨水泥體系，在繼承生物陶瓷生物相容性、骨誘導性、降解吸收性好、力學強度高等特點的同時，還具有固化產熱小、隨意塑型、避免高溫燒結、在不破壞藥效的同時原位包裹藥物等優勢，因此在骨修復領域得到了廣泛的發展和應用，到目前已經有多種類型的商業化骨水泥上市，如a-BSM(Etex,Cambridge,MA)>ChronOS(Synthes,Bettlach,瑞士)、Eurobone(Heimsbrunn,法國)、可注射硫酸MIIGX3(minimallyinvasiveinjectablegraftX3,WRIGHT公司，美國)、自固化磷酸鈣人工骨(上海瑞邦生物材料有限公司，中國)等[TasAC,Int.J.Appl.Ceram.Technol.,2007,4(2),152-163]0骨水泥用于臨床的使用方式非常靈活，可分為注射型和非注射型。常見的非注射型是骨水泥多孔支架，其基本特點之一是具有聯通的大孔，孔隙率在40、5%之間，孔徑范圍在100-1000μm之間，從而有利于細胞和血管的長入，并提供養分和代謝物的傳輸通道。傳統的骨水泥支架的致孔方法包括氣體發泡法、粒子濾出法等。氣體發泡法具有避免使用有機溶劑的特點，一般將過氧化氫、碳酸氫鹽等發泡劑配入固化液中。天然骨中CO2含量在5%左右。近年來，也有文獻報道了碳酸化磷灰石骨水泥，并輔以低pH值的酸性固化液，利用化學反應生成的二氧化碳氣體進行發泡。該方法得到的骨水泥產物更接近天然骨成分，而且孔徑大小也比較合適，但其固化液成分比較單一，以一種或多種磷酸氫鹽溶液居多，制備的骨水泥支架的力學強度都不高，因而大大限制了其應用范圍。
發明內容·本發明的目的在于提供一種以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架的制備方法，該方法以碳酸鹽或碳酸氫鹽的固體粉末為發泡劑、并在酸性固化液中添加可溶性粘性物質作為增強劑、制備高強度骨水泥多孔支架。為達到上述目的，本發明預先在骨水泥粉末中添加碳酸鹽或碳酸氫鹽粉末作為發泡劑，配制低PH值的酸性固化液，并在其中添加粘性物質作為增強劑；然后按一定的液固比調和成粘稠的膏狀，注入模具中進行塑型，與此同時，骨水泥在發泡作用下進行膨脹，待其凝固后從模具中取出；在一定的溫度和濕度條件下養護，至抗壓強度基本穩定，將直接接觸模具的部位打磨去除，即可得到具有聯通孔的骨水泥多孔支架。根據上述機理，本發明采用如下技術方案一種以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架的制備方法，其特征在于該方法的具體步驟為a.在骨水泥粉末中添加碳酸鹽或碳酸氫鹽粉末作為發泡劑，其用量為骨水泥粉末質量的O.550%；b.調節固化液的pH值不超過4.5，并添加可溶性粘性物質作為增強劑，可溶性粘性物質的添加量為固化液質量的O.0055%，得到酸性固化液；c.將步驟a所得骨水泥粉末與步驟b所得酸性固化液按照O.21.Omllg的液固比調和成粘稠的膏狀，注模塑型，待其凝固后取出；d.將塑型后的骨水泥經養護、打磨、修正，制得以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架。上述的骨水泥粉末可以為磷酸鈣骨水泥體系、硫酸鈣骨水泥體系或硅酸鈣骨水泥體系。上述的以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架的制備方法，其特征在于所述的碳酸鹽及碳酸氫鹽為碳酸鈣、碳酸鈉、碳酸鉀等及對應的碳酸氫鹽中的一種或兩種及其以上的組合，粒徑大小不超過5μπι。上述的碳酸鹽及碳酸氫鹽的添加方式可以為物理混合，可借助機械球磨、混合器進行干法混合；也可通過濕法實現，即對混合粉末的懸浮液進行機械球磨或攪拌，再離心、加熱、干燥、研磨/搗碎；所述懸浮液的介質可為無水乙醇、丙三醇等混合粉末的非溶劑。上述的固化液可以為pH值在1-10之間的磷酸溶液、檸檬酸溶液及其鈉鹽或鉀鹽溶液、血清、膠原溶液或磷酸氫鹽溶液。上述的用于調節固化液的pH值的物質可以有檸檬酸、鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、乙酸或透明質酸。上述的可溶性粘性物質可以為殼聚糖、明膠或聚乙烯醇。上述步驟d中所述的養護的條件為溫度條件為1550C，相對濕度580%；養護時間在2472小時。上述的步驟d所述的打磨方法為機械打磨、砂紙干磨或非水介質的濕法打磨。所述模具可通過一定質量的壓舌對發泡膨脹中的骨水泥施加0-0.5N的壓力。所述模具可通過調節壓舌位置對骨水泥的體積進行控制，從而調節骨水泥的體積膨脹率及孔隙率。所述模具的形狀可為棒狀、圓柱、方塊等規則形狀，也可為容易脫模的圓臺、棱臺等復雜形狀。所述模具可為不銹鋼、聚四氟乙烯、玻璃等材料的制品。本發明以化學發泡為基本原理，以碳酸鹽或碳酸氫鹽的固體粉末為發泡劑，與酸性固化液配套使用，利用反應生成的二氧化碳致孔，同時在固化液中添加粘性物質作為增強劑，進而制備高強度的骨水泥多孔支架，其孔徑和孔隙率可通過調節發泡劑用量、固化液PH值、對發泡中骨水泥施加的壓力大小、發泡膨脹率等參數進行調節。將塑型后的骨水泥在溫度15-50C、相對濕度5-80%的條件下養護2h以上，至抗壓強度基本穩定。對直接接觸模具的部位進行打磨，使聯通孔裸露，與大氣相通，同時修正其外形尺寸，制得具有聯通孔的高強度骨水泥多孔支架。本方法制備的骨水泥支架具有聯通的大孔，孔徑大小為100-600μm,孔隙率為5-95%，力學強度最高可達30-50MPa,可用于部分承重部位的骨修復。本發明提供的制備路線方法簡單、容易操作、適于大規模生產。圖1是本技術所制備的骨水泥多孔支架的場發射掃描電鏡圖片，孔徑大小為200-500μm,且孔與孔之間聯通。圖2是圖1的局部放大圖。具體實施方式以下實施例以發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍并不限于下述的實施例。實施例1稱取以β-磷酸三鈣為主要原料的磷酸鈣粉末6.58g、碳酸鈣O.42g(質量分數6.0%),以無水乙醇為介質、轉速400rpm球磨6h。然后以溫度15C、轉速5000rpm進行離心15min，倒去上清液，于60C烘箱中加熱干燥48h，取出，在研缽中搗碎，得到骨水泥粉末，待用。配制質量百分比濃度為40%的檸檬酸水溶液，添加最終質量濃度為2%的殼聚糖，機械攪拌使其溶解，即可制得PH值約為2.O的固化液。將骨水泥粉末與固化液按O.5ml/g的比例混合，調和成粘稠的膏狀，注入5個以上相同規格的圓柱形不銹鋼模具中，一端封閉，一端開放，室溫條件下使發泡中的骨水泥自由膨脹。待骨水泥凝固后，將其從模具中取出。在室溫環境下養護48h。用砂紙打磨其表面，使聯通孔與大氣相通。所得骨水泥多孔支架的掃描電鏡圖片如圖1和圖2所示。該骨水泥支架的孔與孔之間聯通，孔徑大小為200-600μm，孔隙率為57%，平均抗壓強度為17.5MPa。實施例2稱取以磷酸三鈣為主要原料的磷酸鈣粉末3g、碳酸鈣O.676g(質量分數6.2%)，以無水乙醇為介質、轉速400rpm球磨6h。然后以溫度15C、轉速5000rpm進行離心15min,倒去上清液，于60C烘箱中加熱干燥48h，取出，在研缽中搗碎，得到骨水泥粉末，待用。配制質量百分比濃度為30%的檸檬酸水溶液，添加最終質量濃度為2%的殼聚糖，機械攪拌使其溶解，制得PH值約為2.5的固化液。將骨水泥粉末與固化液按O.48ml/g的比例混合，調和成粘稠的膏狀，注入5個以上相同規格的圓柱形不銹鋼模具中，一端封閉，一端開放，室溫條件下使發泡中的骨水泥自由膨脹。待骨水泥凝固后，將其從模具中取出。在室溫環境下養護48h。用砂紙打磨其表面，使聯通孔與大氣相通。該骨水泥支架的孔與孔之間聯通，孔徑大小為200-500μm,孔隙率為52%，平均抗壓強度為22.3MPa。實施例3稱取以磷酸三鈣為主要原料的磷酸鈣粉末5.68g、碳酸鈣0.32g(質量分數8%)，以無水乙醇為介質、轉速400rpm球磨6h。然后以溫度15C、轉速5000rpm進行離心15min,倒去上清液，于60C烘箱中加熱干燥48h，取出，在研缽中搗碎，得到骨水泥粉末，待用。配制質量百分比濃度為30%的檸檬酸水溶液，添加最終質量濃度為2%的殼聚糖，機械攪拌使其溶解，制得PH值約為2.5的固化液。將骨水泥粉末與固化液按O.45ml/g的比例混合，調和成粘稠的膏狀，注入5個以上相同規格的圓柱形不銹鋼模具中，一端封閉，一端開放，室溫條件下使發泡中的骨水泥自由膨脹。待骨水泥凝固后，將其從模具中取出。在室溫環境下養護48h。用砂紙打磨其表面，使聯通孔與大氣相通。該骨水泥支架的孔與孔之間聯通，孔徑大小為250-600μm,孔隙率為62%，平均抗壓強度為16.8MPa。實施例4稱取以90wt%β-磷酸三鈣和10wt%羥基磷灰石的混合粉末為主要原料的磷酸鈣粉末9.5g、碳酸I丐O.5g(質量分數5%),以無水乙醇為介質、轉速400rpm球磨6h。然后以溫度15C、轉速5000rpm進行離心15min，倒去上清液，于60C烘箱中加熱干燥48h，取出，在研缽中搗碎，得到骨水泥粉末，待用。配制質量百分比濃度為30%的檸檬酸水溶液，添加最終質量濃度為2%的殼聚糖，機械攪拌使其溶解，制得pH值約為2.O的固化液。將骨水泥粉末與固化液按O.425ml/g的比例混合，調和成粘稠的膏狀，注入5個以上相同規格的圓柱形不銹鋼模具中，一端封閉，一端開放，室溫條件下使發泡中的骨水泥自由膨脹。待骨水泥凝固后，將其從模具中取出。在室溫環境下養護48h。用砂紙打磨其表面，使聯通孔與大氣相通。該骨水泥支架的孔與孔之間聯通，孔徑大小為200-500ym,孔隙率為48%，抗壓強度為25.6MPa。實施例5稱取以70wt%β-磷酸三鈣和30wt%羥基磷灰石的混合粉末為主要原料的磷酸鈣粉末9.5g、碳酸I丐O.5g(質量分數5%),以無水乙醇為介質、轉速400rpm球磨6h。然后以溫度15C、轉速5000rpm進行離心15min，倒去上清液，于60C烘箱中加熱干燥48h，取出，在研缽中搗碎，得到骨水泥粉末，待用。配制質量百分比濃度為40%的檸檬酸水溶液，添加最終質量濃度為2%的殼聚糖，機械攪拌使其溶解，制得pH值約為2.O的固化液。將骨水泥粉末與固化液按O.5ml/g的比例混合，調和成粘稠的膏狀，注入5個以上相同規格的圓柱形不銹鋼模具中，一端封閉，一端開放，室溫條件下使發泡中的骨水泥自由膨脹。待骨水泥凝固后，將其從模具中取出。在室溫環境下養護48h。用砂紙打磨其表面，使聯通孔與大氣相通。該骨水泥支架的孔與孔之間聯通，孔徑大小為200-500μm，孔隙率為50%，抗壓強度為30.4MPa。實施例6稱取以磷酸三鈣為主要原料的磷酸鈣粉末9g、碳酸鈣Ig(質量分數10%)，以無水乙醇為介質、轉速400rpm球磨6h。然后以溫度15C、轉速5000rpm進行離心15min,倒去上清液，于60C烘箱中加熱干燥48h，取出，在研缽中搗碎，得到骨水泥粉末，待用。配制質量百分比濃度為40%的檸檬酸水溶液，添加最終質量濃度為2%的殼聚糖，機械攪拌使其溶解，制得PH值約為2.O的固化液。將骨水泥粉末與固化液按O.5ml/g的比例混合，調和成粘稠的膏狀，注入5個以上相同規格的圓柱形不銹鋼模具中，一端封閉，一端開放，室溫條件下使發泡中的骨水泥自由膨脹。待骨水泥凝固后，將其從模具中取出。在室溫環境下養護48h。用砂紙打磨其表面，使聯通孔與大氣相通。該骨水泥支架的孔與孔之間聯通，孔徑大小為300-600μm,孔隙率為67%，抗壓強度為15.6MPa。實施例7稱取以磷酸三鈣為主要原料的磷酸鈣粉末9g、碳酸鈣Ig(質量分數10%)，以無水乙醇為介質、轉速400rpm球磨6h。然后以溫度15C、轉速5000rpm進行離心15min,倒去上清液，于60C烘箱中加熱干燥48h，取出，在研缽中搗碎，得到骨水泥粉末，待用。配制質量百分比濃度為40%的檸檬酸水溶液，添加最終質量濃度為2%的殼聚糖，機械攪拌使其溶解，制得PH值約為2.O的固化液。將骨水泥粉末與固化液按O.5ml/g的比例混合，調和成粘稠的膏狀，注入5個以上相同規格的圓柱形不銹鋼模具中，一端封閉，一端加20g的圓片狀壓舌，室溫條件下使發泡中的骨水泥在恒定壓力下膨脹。待骨水泥凝固后，將其從模具中取出。在室溫環境下養護48h。用砂紙打磨其表面，使聯通孔與大氣相通。該骨水泥支架的孔與孔之間聯通，孔徑大小為250-600μm,孔隙率為53%，抗壓強度為24.6MPa。實施例8稱取以羥基磷灰石和無水磷酸氫鈣的混合粉末為主要原料的磷酸鈣粉末9.5g、碳酸鈣O.5g(質量分數5%)，以無水乙醇為介質、轉速400rpm球磨6h。然后以溫度15C、轉速5000rpm進行離心15min,倒去上清液,于60C烘箱中加熱干燥48h,取出，在研缽中搗碎，得到骨水泥粉末，待用。配制質量百分比濃度為40%的檸檬酸水溶液，添加最終質量濃度為2%的殼聚糖，機械攪拌使其溶解，制得pH值約為2.O的固化液。將骨水泥粉末與固化液按O.5ml/g的比例混合，調和成粘稠的膏狀，注入5個以上相同規格的圓柱形不銹鋼模具中，一端封閉，一端開放，室溫條件下使發泡中的骨水泥自由膨脹。待骨水泥凝固后，將其從模具中取出。在室溫環境下養護48h。用砂紙打磨其表面，使聯通孔與大氣相通。該骨水泥支架的孔與孔之間聯通，孔徑大小為200-450μm，孔隙率為45%，抗壓強度為28.9MPa0權利要求1.一種以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架的制備方法，其特征在于該方法的具體步驟為a.在骨水泥粉末中添加碳酸鹽或碳酸氫鹽粉末作為發泡劑，其用量為骨水泥粉末質量的O.550%；b.調節固化液的pH值不超過4.5，并添加可溶性粘性物質作為增強劑，可溶性粘性物質的添加量為固化液質量的O.0055%，得到酸性固化液；c.將步驟a所得骨水泥粉末與步驟b所得酸性固化液按照O.21.Omllg的液固比調和成粘稠的膏狀，注模塑型，待其凝固后取出；d.將塑型后的骨水泥經養護、打磨、修正，制得以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架。2.根據權利要求1所述的以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架的制備方法，其特征在于所述的骨水泥粉末為磷酸鈣骨水泥體系、硫酸鈣骨水泥體系或硅酸鈣骨水泥體系。3.根據權利要求1所述的以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架的制備方法，其特征在于所述的碳酸鹽及碳酸氫鹽為碳酸鈣、碳酸鈉、碳酸鉀等及對應的碳酸氫鹽中的一種或兩種及其以上的組合，粒徑大小不超過5μπι。4.根據權利要求1所述的以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架的制備方法，其特征在于所述的碳酸鹽及碳酸氫鹽的添加方式為物理混合，可借助機械球磨、混合器進行干法混合；也可通過濕法實現，即對混合粉末的懸浮液進行機械球磨或攪拌，再離心、加熱、干燥、研磨/搗碎；所述懸浮液的介質可為無水乙醇、丙三醇等混合粉末的非溶劑。5.根據權利要求1所述的以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架的制備方法，其特征在于所述的固化液為PH值在1-10之間的磷酸溶液、檸檬酸溶液及其鈉鹽或鉀鹽溶液、血清、膠原溶液或磷酸氫鹽溶液。6.根據權利要求1所述的以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架的制備方法，其特征在于用于調節固化液的PH值的物質有檸檬酸、鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、乙酸或透明質酸。7.根據權利要求1所述的以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架的制備方法，其特征在于所述的可溶性粘性物質為殼聚糖、明膠或聚乙烯醇。8.根據權利要求1所述的以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架的制備方法，其特征在于步驟d中所述的養護的條件為溫度條件為1550C，相對濕度580%;養護時間在2472小時。9.根據權利要求2所述的以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架的制備方法，其特征在于步驟d所述的打磨方法為機械打磨、砂紙干磨或非水介質的濕法打磨。全文摘要本發明涉及一種以碳酸鹽或碳酸氫鹽為固體發泡劑的骨水泥多孔支架的制備方法以碳酸鹽或碳酸氫鹽的固體粉末為發泡劑，與酸性固化液配套使用，利用反應生成的二氧化碳致孔，同時在固化液中添加粘性物質作為增強劑，進而制備高強度的骨水泥多孔支架，其孔徑和孔隙率可通過調節發泡劑用量、固化液pH值、對發泡中骨水泥施加的壓力大小、發泡膨脹率等參數進行調節。本方法制備的骨水泥支架具有聯通的大孔，孔徑大小為100-600μm，孔隙率為5-95%，力學強度最高可達30-50MPa，可用于部分承重部位的骨修復。本發明提供的制備路線方法簡單、容易操作、適于大規模生產。文檔編號A61L27/20GK102989043SQ201210562139公開日2013年3月27日申請日期2012年12月21日優先權日2012年12月21日發明者閆策,鐘建,金彩虹,何丹農申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司