CN102416197A - 医用骨粘接剂-磷酸镁生物骨胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种医用骨粘接剂-磷酸镁生物骨胶的制备方法，先将氧化镁放在坩埚中置于箱式电阻炉中煅烧3小时，然后通过行星式球磨机干磨成6μm～10μm的粉体；将磷酸二氢钾置于行星式球磨机中干磨成10μm～20μm的粉体；将MgO粉体与KH2PO4粉体混合均匀并加入固相调和液，搅拌固化，最后将固化试样放置在温度为37℃，相对湿度为100%的环境中48h，即制得磷酸镁生物骨胶。本发明制备的生物骨胶可注射、降解速度快、力学性能良好，其水化产物具有良好的生物相容性、降解性和胶粘性，且对生物体无毒副作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物骨胶技术领域，具体涉及一种医用骨粘接剂-磷酸镁生物骨胶的制备方法。
背景技术
生活中由于创伤、炎症、感染、肿瘤切除和先天畸形等因素造成骨缺损和肢体不全，给患者的正常生活带来极大的不便，其中相当一部分骨创伤者需要进行不同程度的早期救治或晚期修复。骨组织虽然具有自修复功能，但只限于小面积的骨缺损，且随着年长、疾病及其它因素，这种功能会衰退。骨组织替换材料在人体骨组织的缺损修复及重建已丧失的生理功能方面起着重要的作用。作为骨组织替代材料，在力学性能和生物学性能方面要尽量与骨组织相似，现有的骨组织替代材料主要有金属材料、高分子材料、陶瓷材料以及它们的复合材料。然而，这些修复材料都或多或少地存在着缺陷，其主要原因在于它们在供体来源数量，免疫排斥反应等方面或是在力学稳定性以及长期置于人体中的生物相容性和生物降解性方面还存在一定的不足和局限性。近年来，在骨修复材料领域，可任意塑形并能自行固化的生物骨胶已成为生物医学工程研究的重要内容。理想的生物骨胶需具有良好的生物相容性及生物降解性、降解产物无毒、与硬组织有匹配良好的力学性能、且能经受高温消毒等性能。因此，制备一种可注射、降解速度快、力学性能良好、兼有骨替代和骨粘接的新型生物骨胶成为骨修复材料领域的热点问题之一。
发明内容
本发明目的是提供一种医用骨粘接剂-磷酸镁生物骨胶的制备方法，制备出的生物骨胶兼有骨替代和骨粘接的作用。
本发明所采用的技术方案是：医用骨粘接剂-磷酸镁生物骨胶的制备方法，包括以下操作步骤：
步骤1，
先将医用级氧化镁MgO放在坩埚中，然后将MgO和坩埚一起置于箱式电阻炉中在煅烧温度为1100～1600℃的条件下对MgO高温煅烧3小时，然后通过行星式球磨机将高温煅烧后的MgO干磨粉碎至粒度为6μm～10μm的粉体；
步骤2，
将磷酸二氢钾KH2PO4置于行星式球磨机中干磨粉碎至粒度为10μm～20μm的粉体，并干燥；
步骤3，
将步骤1得到的MgO粉体与步骤2得到的KH2PO4粉体混合均匀得到混合物A，其中，MgO粉体与KH2PO4粉体的质量比为1 :1；然后边搅拌边向混合物A中加入固相调和液得到混合物B，加完后继续搅拌至混合物B固化，得到固化物，其中，1g混合物A中加入0.25～0.67ml固相调和液；
步骤4，
最后将固化物放置在温度为37℃，相对湿度为100%的环境中48h，即制得磷酸镁生物骨胶。
上述步骤1中，将高温煅烧后的MgO通过行星式球磨机干磨粉碎至粒径为6μm～10μm的粉体，选用玛瑙球作为研磨球，球料比为1 :1，球磨时间为3小时，球磨机转速为400r/min。
上述步骤2中，将磷酸二氢钾KH2PO4通过行星式球磨机干磨粉碎至粒径为10μm～20μm的粉体，选用玛瑙球作为研磨球，球料比为1 :1，球磨时间为4小时，球磨机转速为400r/min。
上述步骤1中，MgO的煅烧温度为1300～1600℃。
其中，固相调和液为蒸馏水、去离子水、生理盐水、葡萄糖溶液或体积浓度为10%的稀磷酸溶液。
本发明的有益效果是：经本发明制备出的生物骨胶完全可以满足临床的要求，可以用于解决不稳定骨折治疗及人工关节假体粘结固定方面的问题。且本发明制备的生物骨胶可注射、降解速度快、力学性能良好，其水化产物具有良好的生物相容性、降解性和胶粘性，且对生物体无毒副作用。
附图说明
图1是本发明实施例1及实施例2制备出的两种磷酸镁生物骨胶的XRD相成分对比图谱；
图2是本发明实施例1制备出的磷酸镁生物骨胶的SEM图谱；
图3是本发明实施例2制备出的磷酸镁生物骨胶的SEM图谱；
图4是本发明实施例3及实施例4制备出的两种磷酸镁生物骨胶的XRD相成分对比图谱；
图5是本发明实施例3制备出的磷酸镁生物骨胶的SEM图谱；
图6是本发明实施例4制备出的磷酸镁生物骨胶的SEM图谱；
图7是本发明实施例5制备出的磷酸镁生物骨胶的重量与浸泡时间关系曲线图；
图8是本发明实施例5制备出的磷酸镁生物骨胶的失重率变化曲线图；
图9是本发明实施例5制备出的磷酸镁生物骨胶的降解速率与浸泡时间关系曲线图；
图10是本发明实施例5制备出的磷酸镁生物骨胶在模拟体液浸泡后的XRD相成分图谱；
图11是本发明实施例5制备出的磷酸镁生物骨胶浸泡前的SEM图谱；
图12是本发明实施例5制备出的磷酸镁生物骨胶浸泡后的SEM图谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明一种医用骨粘接剂-磷酸镁生物骨胶的制备方法，包括以下操作步骤：
步骤1，
先将医用级氧化镁MgO放在坩埚中，然后将MgO和坩埚一起置于箱式电阻炉中在煅烧温度为1300℃的条件下对MgO高温煅烧3小时，将高温煅烧后的MgO通过行星式球磨机干磨粉碎至粒径为6μm～10μm的粉体，选用玛瑙球作为研磨球，球料比为1：1，球磨时间为3小时，球磨机转速为400r/min；
步骤2，
将磷酸二氢钾KH2PO4通过行星式球磨机干磨粉碎至粒径为10μm～20μm的粉体，选用玛瑙球作为研磨球，球料比为1：1，球磨时间为4小时，球磨机转速为400r/min；球磨完后经电热鼓风干燥箱干燥；
步骤3，
将步骤1得到的6g MgO粉体与步骤2得到的6g KH2PO4粉体混合均匀得到混合物A；然后边搅拌边向12g混合物A中加入4ml蒸馏水得到混合物B，加完后继续搅拌至混合物B固化，得到固化物；
步骤4，
最后将固化物放置在温度为37℃，相对湿度为100%的环境（水浴锅）中48h，在此过程中骨胶的强度得到增强，即制得磷酸镁生物骨胶。
实施例2
实施2与实施例1唯一不同的是步骤1中对MgO的煅烧温度不同，实施例2对MgO的煅烧温度为1600℃，其他条件均相同，在此不做赘述。
如图1所示，在实施例1和实施例2中，MgO分别在1300℃和1600℃的条件下进行煅烧，对最终磷酸镁生物骨胶产物的相组成影响不大，其所得产物均存在大量未反应的MgO颗粒，此外还出现了KMgPO4·6H2O和少量KMgPO4·H2O，其产物具有良好的生物相容性、粘接性和降解性，且对生物体无毒副作用。
如图2和图3所示，实施例1和实施例2所制得磷酸镁生物骨胶，其微观结构均呈多孔层片状，片状物即为KMgPO4晶体，它们相互搭接交联成网状结构，覆盖在未反应的MgO颗粒表面及颗粒之间的孔隙内,并形成一层水化产物膜将氧化镁粒子紧密地连结成一体，这样在体内就形成以MgO颗粒为骨架，以磷酸盐结晶水化物为粘结相的多孔网状结构。
实施例3
本发明一种医用骨粘接剂-磷酸镁生物骨胶的制备方法，包括以下操作步骤：
步骤1，
先将医用级氧化镁MgO放在坩埚中，然后将MgO和坩埚一起置于箱式电阻炉中在煅烧温度为1600℃的条件下对MgO高温煅烧3小时，将高温煅烧后的MgO通过行星式球磨机干磨粉碎至粒径为6μm～10μm的粉体，选用玛瑙球作为研磨球，球料比为1：1，球磨时间为3小时，球磨机转速为400r/min；
步骤2，
将磷酸二氢钾KH2PO4通过行星式球磨机干磨粉碎至粒径为10μm～20μm的粉体，选用玛瑙球作为研磨球，球料比为1：1，球磨时间为4小时，球磨机转速为400r/min；球磨完后经电热鼓风干燥箱干燥；
步骤3，
将步骤1得到的5g MgO粉体与步骤2得到的5g KH2PO4粉体混合均匀得到混合物A；然后边搅拌边向10g混合物A中加入2.5ml蒸馏水得到混合物B，加完后继续搅拌至混合物B固化，得到固化物；
步骤4，
最后将固化物放置在温度为37℃，相对湿度为100%的环境（水浴锅）中48h，在此过程中骨胶的强度得到增强，即制得磷酸镁生物骨胶。
实施例4
实施例4与实施例3唯一不同的是，步骤3中混合物A中加入的蒸馏水的量不同，实施例4是在5g MgO粉体与5g KH2PO4粉体混合均匀得到的混合物A中加入6.7ml蒸馏水得到混合物B；其他条件均相同，在此不做赘述。
如图4所示，实施例3和实施例4中，同样的混合物A中分别加入2.5ml蒸馏水和6.7ml蒸馏水，对磷酸镁生物骨胶产物的相组成影响不大，其所得产物均存在大量未反应的MgO颗粒，此外还出现了KMgPO4·6H2O和少量KMgPO4·H2O，其产物具有良好的生物相容性、粘接性和降解性，且对生物体无毒副作用。
如图5和图6所示，实施例3及实施例4制备出的两种磷酸镁生物骨胶，其结构均为层片状，中间存在很多大小不同的孔隙，有利于生物骨胶的降解和新的骨组织的长入。实施例4制备出磷酸镁生物骨胶的孔径比实施例3制备出磷酸镁生物骨胶的孔径要大，这是由于水含量的增加，可以增加骨胶浆体初始的充水空间和气泡，从而导致固化后骨胶的孔径变大。
实施例5
本发明一种医用骨粘接剂-磷酸镁生物骨胶的制备方法，包括以下操作步骤：
步骤1，
先将医用级氧化镁MgO放在坩埚中，然后将MgO和坩埚一起置于箱式电阻炉中在煅烧温度为1100℃的条件下对MgO高温煅烧3小时，将高温煅烧后的MgO通过行星式球磨机干磨粉碎至粒径为6μm～10μm的粉体，选用玛瑙球作为研磨球，球料比为1：1，球磨时间为3小时，球磨机转速为400r/min；
步骤2，
将磷酸二氢钾KH2PO4通过行星式球磨机干磨粉碎至粒径为10μm～20μm的粉体，选用玛瑙球作为研磨球，球料比为1：1，球磨时间为4小时，球磨机转速为400r/min；球磨完后经电热鼓风干燥箱干燥；
步骤3，
将步骤1得到的5g MgO粉体与步骤2得到的5g KH2PO4粉体混合均匀得到混合物A；然后边搅拌边向10g混合物A中加入6ml去离子水得到混合物B，加完后继续搅拌至混合物B固化，得到固化物；
步骤4，
最后将固化物浸泡在模拟体液（SBF）中放入37℃，100%湿度环境（水浴锅）中进行降解试验，以评价磷酸镁生物骨胶的降解性。
从图7、图8和图9中可以看出，磷酸镁生物骨胶的重量与浸泡时间和失重率变化曲线近似成线性关系变化，降解速率近似为一条直线，说明磷酸镁生物骨胶在模拟体液（SBF）浸泡过程中，生物骨胶是可以降解的，且在降解过程中的重量损失是均匀的。图10是磷酸镁生物骨胶在模拟体液浸泡后的XRD相成分图谱，从图中可以看出，浸泡一段时间后，产生了大量的氢氧化镁Mg(OH)2，粘接相磷酸镁钾KMgPO4消失。氢氧化镁的产生主要是由于在浸泡过程中MgO与水的反应而生成。由于浸泡后骨胶样品变得松散，可以进一步证明在浸泡过程中粘结相KMgPO4溶解，在随后的SEM分析中也可以看出。如图11和图12所示，可以看出，浸泡后，孔隙明显增多，孔径变大，结构变的疏松。这是由于磷酸镁生物骨胶是以MgO颗粒为骨架，KMgPO4为粘接相的多孔骨胶凝材料，在浸泡过程中，粘接相KMgPO4溶解，使得孔隙增多，结构变得疏松。
Claims (5)
1.医用骨粘接剂-磷酸镁生物骨胶的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
步骤1，
先将医用级氧化镁MgO放在坩埚中，然后将MgO和坩埚一起置于箱式电阻炉中在煅烧温度为1100～1600℃的条件下对MgO高温煅烧3小时，然后通过行星式球磨机将高温煅烧后的MgO干磨粉碎至粒径为6μm～10μm的粉体；
步骤2，
将磷酸二氢钾KH2PO4置于行星式球磨机中干磨粉碎至粒径为10μm～20μm的粉体，并干燥；
步骤3，
将步骤1得到的MgO粉体与步骤2得到的KH2PO4粉体混合均匀得到混合物A，其中，MgO粉体与KH2PO4粉体的质量比为1 :1；然后边搅拌边向混合物A中加入固相调和液得到混合物B，加完后继续搅拌至混合物B固化，得到固化物，其中，1g混合物A中加入0.25～0.67ml固相调和液；
步骤4，
最后将固化物放置在温度为37℃，相对湿度为100%的环境中48h，即制得磷酸镁生物骨胶。
2.根据权利要求1所述的医用骨粘接剂-磷酸镁生物骨胶的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，将高温煅烧后的MgO通过行星式球磨机干磨粉碎至粒径为6μm～10μm的粉体，选用玛瑙球作为研磨球，球料比为1 :1，球磨时间为3小时，球磨机转速为400r/min。
3.根据权利要求1所述的医用骨粘接剂-磷酸镁生物骨胶的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，将磷酸二氢钾KH2PO4通过行星式球磨机干磨粉碎至粒径为10μm～20μm的粉体，选用玛瑙球作为研磨球，球料比为1 :1，球磨时间为4小时，球磨机转速为400r/min。
4.根据权利要求1所述的医用骨粘接剂-磷酸镁生物骨胶的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，MgO的煅烧温度为1300～1600℃。
5.根据权利要求1所述的医用骨粘接剂-磷酸镁生物骨胶的制备方法，其特征在于：所述固相调和液为蒸馏水、去离子水、生理盐水、葡萄糖溶液或体积浓度为10%的稀磷酸溶液。
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