專利名稱：一種可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可降解骨水泥，尤其涉及一種可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物 及其制備方法和應用，屬于生物材料技術領域。
背景技術：
骨水泥是一種用于骨科手術的醫(yī)用生物材料，自從生物學家Hench在Science， 2002,295 1014-1017中首次提出生物材料應當具有生物活性和可降解性的理論以后，從 而使可降解骨水泥成為一種主要的研究方向，這也是第三代生物材料發(fā)展的基本要求。目前在無機生物醫(yī)用硬組織損傷修復的可降解骨水泥生物材料方面，研究和臨床 應用最多的生物材料是Ca-P基類生物材料(如羥基磷灰石)和Ca-Si基類生物材料(如 生物活性玻璃材料)。然而羥基磷灰石雖然具有較好的生物活性，能夠良好地誘導骨組織生 長，但其降解性很差，另一方面，Punnama等人在J. Biomed. Mater. Res.，2000, 52 30中首次 披露了 Ca-Si基類生物材料具有非常好的生物活性，且其還其有良好的降解性能和力學性 能，此外，硅酸鈣在降解過程中釋放出的硅離子還可以激活細胞，并刺激骨細胞增殖和分化 作用。因此復合硅酸鈣能有效的調節(jié)羥基磷灰石的降解性能。從而使所制得的骨水泥材料 既有很好的生物活性，又達到較好的降解性和力學強度?，F有技術中如中國專利申請(公開號CN101700415A)涉及一種硅酸鈣/羥基磷 灰石復合生物陶瓷材料，該材料中硅酸鈣占5% 95%，其中的鈣與磷的摩爾比為1.60 1. 70。該材料的制備方法是以可溶性鈣鹽為原料，配制成pH為9 11. 5的鈣鹽溶液、以可 溶性磷鹽為原料，配制成pH為8 10. 5的磷鹽溶液和以硅酸鹽為原料，配制成pH為9 12的硅鹽溶液，以鈣磷摩爾比為1. 60 1. 70的比例，將可溶性磷鹽溶液加入到可溶性鈣鹽 溶液中，調節(jié)PH值，保持pH在9 12，陳化、過濾，在將所得材料加入水中形成混濁液，再按 硅酸鈣占總質量5% 95%的比例將硅酸鈣加入混濁液中，然后再加入硅酸鹽離子摩爾比 為0. 8 1. 2的可溶性鈣鹽，調pH值在9 12，攪拌、陳化、過濾、洗滌、烘干，將粉體成型 在800°C 1000°C煅燒，即得硅酸鈣/羥基磷灰石復合生物陶瓷材料。該方法的缺點是鈣 磷比較高，鈣磷的摩爾比相對于天然骨組織中的磷灰石中的鈣磷摩爾比要高，對組織的生 理反應不利，其工藝過程復雜，煅燒溫度高，不利于安全，而且其降解性差，也不利于在生物 體內的降解。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有技術中所存在的缺陷，提出一種生物活性高、降解速度快、力學性 能強的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物。本發(fā)明的上述目的是通過以下方案得以實現一種可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組 合物，包括硅酸酸鈣和缺鈣磷灰石骨水泥，其中所述的缺鈣磷灰石骨水泥中鈣與磷的摩爾 比為1. 50 1. 60。
本發(fā)明采用硅酸鈣與缺鈣磷灰石骨水泥復合得到的骨水泥生物材料，不僅在力學 性能方面有更好的效果，而且在降解性能方面也有很大的提高，綜合了兩者的優(yōu)勢，硅酸鈣 在降解性能方面較優(yōu)異，其在Tris-HCl緩沖溶液中2周的降解率約為0. 6%，而羥基磷灰石 被認為是幾乎不降解的材料。通過加入一定量的硅酸鈣，制成復合生物材料，在抗力學性能 和生物降解性能方面都有顯著的增大。另一方面，由于天然骨組織中的磷灰石不是化學計 量的羥基磷灰石，而是鈣磷摩爾比低于1. 67的缺鈣羥基磷灰石。所以為了模擬人體硬組織 的化學組成和結構，以及改善植入材料對宿主組織的生理反應，本發(fā)明通過調整可降解復 合鈣磷酸鹽骨水泥組合物材料中的缺鈣磷灰石骨水泥的鈣磷摩爾比，制備出缺鈣磷灰石骨 水泥骨水泥(缺鈣羥基磷灰石，d-HA)。所得的材料可在生理環(huán)境中自行固化，隨著鈣磷比 降低，凝結時間延長，壓縮強度降低，降解性能越好。所以選擇一個合適的鈣磷摩爾比，有利 于得到最優(yōu)的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物材料。所述的硅酸鈣的形貌為纖維狀，長 度在IOOnm 200nm之間，直徑為IOnm 30nm，或者為經過不同溫度熱處理的粉未狀，長度 ^ 0. 3 μ m ~ 1 μ m,0. 01 μ m 0. 3 μ m。在上述的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物中，所述的硅酸鈣占骨水泥總質量的 5% 30%。進一步的優(yōu)選，所述的硅酸鈣占骨水泥總質量的11% 25%。在上述的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物中，所述的缺鈣磷灰石骨水泥由磷酸 四鈣和無水磷酸氫鈣組成，作為優(yōu)選，缺鈣磷灰石骨水泥中的鈣與磷的摩爾比為1.52 1. 58。無水磷酸氫鈣可以通過將硝酸鈣溶液和磷酸銨溶液在酸性條件下通過液相沉淀生成 二水磷酸氫鈣，再將得到的二水磷酸氫鈣在140°C的溫度條件下處理，即得無水磷酸氫鈣。本發(fā)明的另一目的在于提供上述可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物的制備方法， 該方法包括以下步驟a、將可溶性硅酸鹽溶液加入到可溶性鈣鹽溶液中，用堿液調節(jié)PH值，加熱反應， 經過后處理，煅燒，得硅酸鈣；b、將步驟a所得的硅酸鈣加入缺鈣磷灰石骨水泥粉未中，磨碎，混合成硅酸鈣/缺 鈣磷灰石骨水泥粉未，加入固化液，調成漿體，填入模具中，養(yǎng)護，得復合鈣磷酸鹽骨水泥； 其中所述的缺鈣磷灰中鈣與磷的摩爾比為1. 50 1. 60，所述的硅酸鈣占復合鈣磷酸鹽骨 水泥總質量的5% 30%。在上述可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物的制備方法中，所述的可溶性硅酸鹽溶 液的摩爾濃度為0. lmol/L 1. 5mol/L ；所述的可溶性鈣鹽溶液的摩爾濃度為0. lmol/L 1. 5mol/L ；進一步的優(yōu)選，所述的可溶性硅酸鹽溶液的摩爾濃度為0. 3mol/L 1. Omol/L ； 所述的可溶性鈣鹽溶液的摩爾濃度為0. 3mol/L 1. Omol/L ；更進一步的優(yōu)選，所述的可溶 性硅酸鹽溶液的摩爾濃度為0. 5mol/L ；所述的可溶性鈣鹽溶液的摩爾濃度為0. 5mol/L。作為優(yōu)選，步驟a中所述的可溶性硅酸鹽溶液為硅酸鈉溶液，所述的可溶性鈣鹽 溶液為硝酸鈣溶液；所述的堿液為濃氨溶液。在上述可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物的制備方法中，步驟a中加熱反應溫度 為90°C 100°C，加熱反應時間為1 3小時。煅燒溫度為100°c、200°c、40(rc、60(rc、 800°C中的一種。在上述可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物的制備方法中，步驟b中所述的固化液 為Na2HPO4水溶液，所述的固化液的質量濃度1. 0% 5. 0%，進一步的優(yōu)選，所述的固化液的質量濃度為2.5%。在上述可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物的制備方法中，步驟b中所述的硅酸鈣 /缺鈣磷灰石骨水泥粉未與固化液的比為1. Og/ml 3. Og/ml。所述的養(yǎng)護條件為100%相 對濕度，溫度為37°C。本發(fā)明的另一目的在于提供上述可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物在修復骨損 傷中的應用。綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物具有生物相容性好、降解速度快、力 學性能強。2、本發(fā)明可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物的鈣磷摩爾比更符合天然骨組織中 的鈣磷摩爾比，改善了材料對宿主組織的生理反應。3、本發(fā)明可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物的制備方法，原料易得、工藝簡單、有 利于實現大規(guī)模生產。


圖1是硅酸鈣、缺鈣磷酸鈣水泥及含10 % CaSiO4的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組 合物的XRD圖。圖2是硅酸鈣、缺鈣磷酸鈣水泥及含10% CaSiO4的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組 合物的IR圖。圖3是含不同硅酸鈣的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物在Tris-HCl溶液中的 降解曲線。圖4a是細胞在普通缺鈣磷酸鈣骨水泥上的增殖情況。圖4b是細胞在復合10%硅酸鈣的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物上的增殖情 況。圖5a是復合10%硅酸鈣的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物植入動物體內的組 織學分析圖。圖5b是復合10%硅酸鈣的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物植入動物體內的組 織學分析圖。圖5c是缺鈣磷灰石骨水泥骨水泥植入動物體內的組織學分析圖。圖5d是空白對照的動物體內的組織學分析圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明；但是本發(fā)明并 不限于這些實施例。本實施例中硅酸鈣/缺鈣磷灰石骨水泥粉未的各組分的所占的質量分數及鈣磷 摩爾比如表1所示。表 權利要求
1.一種可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物，包括硅酸鈣和缺鈣磷灰石骨水泥，其中所 述的缺鈣磷灰中鈣與磷的摩爾比為1. 50 1. 60。
2.根據權利要求1所述的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物，其特征在于所述的硅 酸鈣占復合鈣磷酸鹽骨水泥總質量的5% 30%。
3.根據權利要求1或2所述的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物，其特征在于所述 的缺鈣磷灰石骨水泥由磷酸四鈣和無水磷酸氫鈣組成，所述的缺鈣磷灰石骨水泥中的鈣與 磷的摩爾比為1. 52 1. 58。
4.一種如權利要求1所述的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物的制備方法，該方法包 括以下步驟a、將可溶性硅酸鹽溶液加入到可溶性鈣鹽溶液中，用堿液調節(jié)PH值，加熱反應，經過 后處理，煅燒，得硅酸鈣；b、將步驟a所得的硅酸鈣加入缺鈣磷灰石骨水泥粉未中，磨碎，混合成硅酸鈣/缺鈣磷 灰石骨水泥粉未，加入固化液，調成漿體，填入模具中，養(yǎng)護，得復合鈣磷酸鹽骨水泥；其中 所述的缺鈣磷灰中鈣與磷的摩爾比為1. 50 1. 60，所述的硅酸鈣占復合鈣磷酸鹽骨水泥 總質量的5% 30%。
5.根據權利要求4所述的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物的制備方法，其特征在 于步驟a中所述的可溶性硅酸鹽溶液為硅酸鈉溶液，所述的可溶性鈣鹽溶液為硝酸鈣溶 液，所述的堿液為濃氨溶液。
6.根據權利要求4或5所述的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物的制備方法，其特征 在于步驟a中所述的可溶性硅酸鹽溶液的摩爾濃度為0. lmol/L 1. 5mol/L，所述的可溶 性鈣鹽溶液的摩爾濃度為0. lmol/L 1. 5mol/L。
7.根據權利要求4所述的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物的制備方法，其特征在 于步驟a中所述的反應溫度為90°C 100°C，所述的反應時間為1 3小時。
8.根據權利要求4所述的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物的制備方法，其特征在 于步驟b中所述的固化液為Na2HPO4水溶液。
9.根據權利要求4或8所述的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物的制備方法，其特征 在于步驟b中所述的養(yǎng)護條件為100%相對濕度，溫度為37°C。
10.一種如權利要求1所述的可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物在修復骨損傷中的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物及其制備方法和應用，該可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物包括硅酸鈣和缺鈣磷灰石骨水泥，其中所述的缺鈣磷灰石骨水泥中鈣與磷的摩爾比為1.50～1.60。本發(fā)明可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物具有生物相容性好、降解速度快、力學性能強。鈣磷摩爾比更符合天然骨組織中的鈣磷摩爾比，改善了材料對宿主組織的生理反應。本發(fā)明可降解復合鈣磷酸鹽骨水泥組合物的制備方法，原料易得、工藝簡單、利于實現大規(guī)模生產。
文檔編號A61L27/12GK102139124SQ201110022329
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權日2011年1月20日
發(fā)明者姚曉聰, 畢大衛(wèi), 王輝, 祖罡, 胡鋼鋒, 陳億民, 馬海濤 申請人:胡鋼鋒