[发明专利]掺Sr钙磷生物玻璃复合α-磷酸三钙生物多孔骨水泥及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及掺Sr钙磷生物玻璃复合α-磷酸三钙生物多孔骨水泥及制备方法，属于生物医用材料制备技术领域。

背景技术

磷酸钙骨水泥(Calcium Phosphate Cement，CPC)是一种新型的人工骨材料，可用于骨组织修复。由于其优良的生物相容性和在外科手术中可以浆料形式直接注入骨缺损部位进行原位固化，解决了其他无机生物材料外形适应性难的问题，因此在骨科、牙科和整形外科中得到了广泛应用。同时CPC还可作为抗生素、抗肿瘤药物和各种生长因子优良的缓释载体。其中固化时间和产物结构是衡量骨水泥能否满足临床要求的两个重要影响因素。为满足手术操作要求，骨水泥固化时间一般应控制在10～30min左右；而贯穿式多孔结构有利于组织液的滲入，使组织液能够进入到材料内部，而不仅仅局限于界面接触，从而提高材料的降解速率，促使微孔扩大和微血管的长入。作为承重骨的修复，对CPC的抗压强度有较高的要求。目前通过对骨水泥组成的设计和水化条件的优化，在一定程度上可实现CPC固化时间的控制，但由于水化产物羟基磷灰石(HAp)的结晶程度高、结构稳定，骨水泥在体内难以降解，不利于修复部位骨功能的恢复。此外CPC还存在机械性能不足的缺点，使其应用在一定程度上受到了限制。本发明所阐述的掺Sr钙磷生物玻璃复合α-磷酸三钙生物多孔骨水泥就是在此基础上的一种改性研究。

Sr是人体必需的微量元素之一，在骨中的含量约占骨质量的0.01％。Sr与其他微量元素一样在生物体内起着维持正常机能的作用，它的存在被认为有防龋和增强骨强度的作用。在CPC骨水泥中掺Sr可形成置换式的锶羟基磷灰石(SrCPC)，改变骨水泥的结构稳定性，促进降解。有研究表明SrCPC比CPC具有更高的生物降解性，SrCPC植入骨组织后，其表面可较快地发生生物降解，成骨量较CPC明显增多，并且延长了新骨生成的总时间和高峰期。一方面，Sr掺入CPC中不会延长固化时间，而且可以起到改善CPC强度的作用。如中国专利CN1559888A以磷酸四钙Ca₄(PO₄)₂O，磷酸氢锶SrHPO₄，磷酸氢钙CaHPO₄为固相，以磷酸H₃PO₄水溶液为固化液以适当的固/液比制备了微观形态为菊花瓣或曲棒状含Sr的纳米磷酸钙生物活性骨水泥，骨水泥的初凝时间为4～11min，终凝时间为10～17min，压缩强度为40～60MPa，较传统的CPC强度有了较大的提高。中国专利CN101444638A也介绍了锶掺杂的可降解的双相磷酸钙生物骨水泥的制备：以Ca₄(PO₄)₂O和β-Sr_xCa_(3-X)(PO₄)为固相，以去离子水稀释的磷酸为液相，制备的含Sr的双相磷酸钙生物骨水泥，其初凝时间为2.5～10min，终凝时间为8～25min，压缩强度为15～50MPa。此类掺Sr骨水泥虽然在固化时间合适的情况下实现了骨水泥的高强度，但由于所得骨水泥的孔隙率较低，难以获得理想的多孔结构，因而未能从根本上改善骨水泥的降解性能。类似的专利还有美国专利7,758,693、US20090239787A1和国际专利WO2010055483等。另一方面，利用有机物形成多孔模板或者添加成孔剂虽然可以在掺Sr骨水泥中形成多孔结构，实现高孔隙率，提高骨水泥的降解性能，但抗压强度明显降低。如中国专利CN101041078A以磷酸四钙Ca₄(PO₄)₂O，磷酸氢锶SrHPO₄，磷酸氢钙CaHPO₄为固相，以磷酸H₃PO₄水溶液为固化液，采用光敏树脂制备了孔隙率为30％的多孔模板，最终制备了可降解含锶磷酸钙双相骨水泥支架。骨支架的总孔隙率为42.5％～75％，宏观尺寸为300～600μm，宏孔体积为0～50％，微孔尺寸为2～10μm，微孔体积为21.38％～44.70％，抗压强度为3.15MPa～21.53MPa。另外，中国专利CN101716371A也介绍了一种以聚磷酸锶和聚磷酸钙为原料，制备能够自促血管化的锶聚磷酸钙骨支架，由于添加了30％～50％的成孔剂，得到了高孔隙率的骨支架，生物降解性能优良，但同样无法解决抗压强度不足的问题。类似的专利还有美国专利6,593,394、US20080317807A1等。