專利名稱：一種自包覆控制水化反應合成磷酸鎂生物骨水泥的方法
技術領域：
本發明屬于材料制備技術領域，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合成磷酸鎂生物骨水泥的方法。
背景技術：
磷酸鎂生物骨水泥(MPC)是一種由氧化鎂、磷酸鹽及固相調和液混合制備成的新型生物膠凝材料。MPC的特點在于凝結速度快，早期強度高；固化時發生體積微膨脹，能與骨組織形成高強度的界面結合；同時，水化產物具有良好的生物相容性，無毒副作用。因此，在不穩定骨折治療及人工關節假體粘結固定等方面，MPC應用廣泛。作為骨修復材料，受水化反應速率控制的固化時間與反應放熱是MPC制備的關鍵指標；前者既要為臨床使用提供足夠的手術操作時間，又要能夠在較短時間內固化；后者 則要求放熱峰值溫度應在生物體溫附近，不宜過高。但是，通常由于MPC水化反應極快，因而導致固化時間短，放熱溫度高，不僅影響臨床應用，而且降低了 MPC的強度等性能。一般可采用高溫煅燒以降低MgO的活性，并結合添加硼砂等緩凝劑的方法控制MPC的水化反應速率。然而，高溫煅燒MgO受限于高溫加熱爐等設備條件，成本較高；同時，引入硼砂等異種物質作為緩凝劑，影響MPC良好的生物相容性，降低其臨床性能。
發明內容
本發明的目的在于提供一種自包覆控制水化反應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間短，放熱溫度高而導致的臨床性能低的問題。本發明所采用的技術方案是一種自包覆控制水化反應合成磷酸鎂生物骨水泥的方法，按照以下步驟實施步驟I、氧化鎂的自包覆處理首先，將市售醫用級MgO和KH2PO4分別進行球磨，球磨時間分別為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中加入固相調和液得到混合物B，并持續攪拌至固化；最后，將混合物B置于溫度37°C，相對濕度100%的環境中48h，之后再使用球磨機粉碎至粒徑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控制合成將步驟I得到的自包覆MgO粉體與經步驟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中加入固相調和液得到混合物D，并持續攪拌至固化；最后，將固化后的混合物D置于溫度37°C，相對濕度100%的環境中48h，得到本發明制備的磷酸鎂生物骨水泥。本發明的特點還在于，步驟I中球磨機為星式球磨機,磨球為瑪瑙球,球料比為1:1，球磨機轉速為400r/min。
步驟I中，MgO粉體與KH2PO4粉體的質量比為5—12: I。步驟I中，每克混合物A中固相調和液的加入量為l_2ml，步驟2中，每克混合物C中固相調和液加入量為O. 25-0. 3ml。步驟2中，自包覆MgO粉體與KH2PO4粉體的質量比為2:1。步驟I與步驟2中所述的固相調和液為蒸餾水、生理鹽水、質量濃度為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。本發明的有益效果是磷酸鎂生物骨水泥的固化時間由相同條件下使用未包覆MgO時的O. 7-4min延長至使用自包覆MgO時的6— 17min，因而既可為臨床使用提供足夠的可注射時間，又能在相對較短的時間內固化；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，不會引人任何其他物質，保證了磷酸鎂骨水泥的純組分特征，從而有助于保持其優良的生物相容性；此外，本發明的方法不依賴高溫加熱爐等大型設備，工藝簡單方便，節約成本。
具體實施例方式本發明提供一種自包覆控制水化反應合成磷酸鎂生物骨水泥的方法，按照以下步驟實施步驟I、氧化鎂的自包覆處理首先，將市售醫用級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，球磨時間分別為3h和4h，研磨球為瑪瑙球，球料比為1:1，球磨機轉速為 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粉體的質量比為5 —12:1 ;并在攪拌條件下向混合物A中加入固相調和液，固相調和液為蒸餾水、生理鹽水、質量濃度為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固相調和液；并持續攪拌至混合物B固化，最后，將混合物B置于溫度37°C，相對濕度100%的環境中48h后，使用球磨機將其球磨至粒徑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控制合成首先，將步驟I中制備的自包覆MgO粉體與經步驟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粉體的質量比為2:1 ;然后，在攪拌條件下向混合物C中加入固相調和液得到混合物D，其中Ig混合物A中加入O. 25-0. 3ml固相調和液；并持續攪拌至混合物D固化；最后，將固化物D置于溫度37°C，相對濕度100%的環境中48h，制得磷酸鎂生物骨水泥。實施例I :步驟I、氧化鎂的自包覆處理首先，將市售醫用級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，球磨時間分別為3h和4h，研磨球為瑪瑙球，球料比為1:1，球磨機轉速為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%的環境中48h后，使用球磨機對其粉碎至粒度為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%的環境中48h，即制得磷酸鎂生物骨水泥。實施例2
步驟I、氧化鎂的自包覆處理首先對MgO和KH2PO4粉體進行球磨，具體球磨條件同實施例I中的相應條件。然后球磨后的MgO粉體與球磨后的KH2PO4粉體以10:1的質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%的環境中48h后，使用球磨機對其粉碎至粒度為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%的環境中48h，即制得磷酸鎂生物骨水泥。實施例3步驟I、氧化鎂的自包覆處理首先對MgO和KH2PO4粉體進行球磨，具體球磨條件同實施例I中的相應條件。然后球磨后的MgO粉體與球磨后的KH2PO4粉體以12 1的質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的加入量加入質量濃度為O. 9%的葡萄糖溶液得到混合物B，加完后繼續攪拌至混合物B固化。最后，將混合物B放置在溫度為37°C，相對濕度為100%的環境中48h后，使用球磨機對其粉碎至粒度為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的加入量加入質量濃度為
O.9%的葡萄糖溶液得到混合物D，加完后繼續攪拌至混合物D固化；最后將固化物D放置在溫度為37°C，相對濕度為100%的環境中48h，即制得磷酸鎂生物骨水泥。實施例4步驟I、氧化鎂的自包覆處理首先對MgO和KH2PO4粉體進行球磨，具體球磨條件同實施例I中的相應條件。然后球磨后的MgO粉體與球磨后的KH2PO4粉體以12 1的質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%的環境中48h后，使用球磨機對其粉碎至粒度為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%的環境中48h，即制得磷酸鎂生物骨水泥。本發明以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，利用水化反應制備出由大量剩余MgO及反應產物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，從而實現對MgO無異 質引入的自包覆。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，控制水化反應速率，從而顯著延長固化時間，降低放熱溫度，最終合成出性能優良的磷酸鎂生物骨水泥(MPC-2 )。本發明的方法制備的磷酸鎂生物骨水泥的固化時間，由相同條件下使用未包覆MgO時的O. 74min延長至使用自包覆MgO時的6 — 17min，因而既可為臨床使用提供足夠的可注射時間，又能在相對較短的時間內固化；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，不會引人任何其他物質，保證了磷酸鎂骨水泥的純組分特征，從而有助于保持其優良的生物相容性；此外，本發明不依賴高溫加熱爐等大型設備，工藝簡單方便，節約成本。
權利要求
1.一種自包覆控制水化反應合成磷酸鎂生物骨水泥的方法，其特征在于，按照以下步驟實施 步驟I、氧化鎂的自包覆處理 首先，將市售醫用級MgO和KH2PO4分別進行球磨，球磨時間分別為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中加入固相調和液得到混合物B，并持續攪拌至固化；最后，將混合物B置于溫度37°C，相對濕度100%的環境中48h，之后再使用球磨機粉碎至粒徑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控制合成 將步驟I得到的自包覆MgO粉體與經步驟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中加入固相調和液得到混合物D，并持續攪拌至固化；最后，將固化后的混合物D置于溫度37°C，相對濕度100%的環境中48h，得到本發明制備的磷酸鎂生物骨水泥。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I中球磨機為星式球磨機，磨球為瑪瑙球,球料比為I: I,球磨機轉速為400r/min。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟I中，MgO粉體與KH2PO4粉體的質量比為5—12:1。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I中，每克混合物A中固相調和液的加入量為l_2ml，步驟2中，每克混合物C中固相調和液加入量為0. 25—0. 3ml。
5.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟2中，自包覆MgO粉體與KH2PO4粉體的質量比為2:1。
6.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I與步驟2中所述的固相調和液為蒸餾水、生理鹽水、質量濃度為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
本發明公開了一種自包覆控制水化反應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和水化反應產物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，合成出磷酸鎂生物骨水泥。本發明可使固化時間由包覆前的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，包覆層物質為骨水泥的成分之一，無其他物質引入，顯著增強了臨床使用性能。此外，本發明不依大型設備，工藝簡單方便，節約成本。
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 優先權日2012年7月13日
發明者李均明, 劉林濤, 王愛娟, 張姣 申請人:西安理工大學