一種改性氯氧鎂骨水泥及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改性氯氧鎂骨水泥及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 骨是人體中最重要的組織之一，在保護(hù)體內(nèi)器官等方面起著重要的作用。由于交 通事故、工傷、運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷、疾病以及人口老齡化等原因?qū)е碌墓侨睋p是骨科常見病，需要大 量優(yōu)質(zhì)生物醫(yī)用材料及器件以供臨床治愈和修復(fù)。全球?qū)切迯?fù)材料及其制品的需求量近 年一直保持著20%左右的增長速度。我國作為人口大國，骨修復(fù)材料需求量的增長速度更 為明顯。因此，研制生物骨修復(fù)材料具有重要的社會(huì)意義和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
[0003] 當(dāng)前臨床上廣泛采用的骨植入材料是自體骨和異體骨。自體骨易被患者接受，但 會(huì)造成患者的二次損傷和痛苦；異體骨取材簡便，但存在免疫排斥和疾病傳播等生物安全 性隱患，而且在材料篩選、儲(chǔ)存方面也相當(dāng)困難和昂貴。因此，一類具有特殊功能可對(duì)機(jī)體 組織進(jìn)行修復(fù)、替代與再生，同時(shí)可避免采用自體骨和異體骨所帶來問題的人工合成骨修 復(fù)材料吸引各國學(xué)者廣泛研究。
[0004] 目前，人工骨組織修復(fù)材料主要分為四類：醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用生物陶瓷、醫(yī)用高 分子材料、醫(yī)用復(fù)合材料。這些材料可通過植入人體，用于人體組織修復(fù)與替換。在肢體病 變或損傷中，骨折在臨床上越來越常見，而不穩(wěn)定骨折治療是長期困擾外科醫(yī)生的棘手問 題，臨床上一般采用切開復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)治療。主要方法有微型鋼板螺絲釘固定、髓內(nèi)針固 定、張力帶鋼絲固定、骨內(nèi)鋼絲縫合固定、骨內(nèi)尼龍線縫合固定，傳統(tǒng)交叉克氏針固定以及 可吸收高分子螺釘固定等。但是，某些特殊部位的骨折，如關(guān)節(jié)周圍等部位粉碎性骨折或關(guān) 節(jié)內(nèi)骨折，往往因缺乏有效內(nèi)固定材料無法隨骨折塊進(jìn)行準(zhǔn)確拼接復(fù)位和固定。傳統(tǒng)臨床 治療主張將部分無法固定的小骨碎塊去除或曠置，對(duì)非關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，在有堅(jiān)強(qiáng)固定的情況 下，將小骨碎塊去除后會(huì)造成骨缺損，明顯影響骨折愈合速度，并不利于維持骨折對(duì)位及對(duì) 線，使骨折畸形愈合，及不愈合的可能性增加；曠置的小骨塊往往會(huì)在術(shù)后移位進(jìn)入周圍軟 組織，形成異位固化，從而影響機(jī)體功能。而人工骨材料能夠代替或修復(fù)人體骨組織和實(shí)現(xiàn) 骨再生功能，廣泛應(yīng)用于骨科、整型外科及牙科領(lǐng)域。
[0005] 1867年瑞典學(xué)者索瑞爾將輕燒MgO、MgCl#PH20三者按照一定配比調(diào)和成一種氣 硬性膠凝材料--氯氧鎂水泥。具有以下特點(diǎn)：（1)粘結(jié)性好：氯氧鎂水泥對(duì)除了金屬材料 外的所有材料都有很好的粘結(jié)性；（2)高強(qiáng)度：鎂水泥可以輕易達(dá)到62. 5MPa，一般的輕燒 鎂粉膠凝材料的抗壓強(qiáng)度均可達(dá)到62. 5MPa以上，大部分可達(dá)到90MPa以上。在輕燒鎂粉 質(zhì)量可以保證、鎂水泥配比合理、工藝科學(xué)的情況下，還可以達(dá)到140MPa左右。（3)輕質(zhì)低 密度。（4)凝結(jié)硬化快：鎂水泥具有快凝特性。初凝為35?45min，終凝50?60min。一 般在加入調(diào)和劑后，4?8h可達(dá)到脫模強(qiáng)度。但氯氧鎂膠疑材料的缺點(diǎn)也很明顯：（1)耐水 性較差，一般的鎂制品在水中浸泡28d后其強(qiáng)度降低70%?80% ; (2)在潮濕環(huán)境下易吸潮 返鹵，制品表面出現(xiàn)大水珠，甚至水珠流淌；（3)配比不當(dāng)或原料中活性氧化鎂含量過高會(huì) 造成反應(yīng)過快，放熱集中，不僅影響生產(chǎn)操作，而且還容易導(dǎo)致產(chǎn)品翹曲變形。這些弊病嚴(yán) 重影響產(chǎn)品質(zhì)量，制約其發(fā)展。
[0006] 雖然氯氧鎂水泥耐水性差的缺陷限制了它在建筑行業(yè)的應(yīng)用，但是這一性能卻可 以被利用開發(fā)為一種新型的可降解生物材料。
[0007] Mg〇-MgCl2-H20體系中一共有以下四種水化相： 2Mg(0H)2 ?MgCl2 ? 4H20,簡稱為 2 相； 3Mg(0H)2 ?MgCl2 ? 8H20,簡稱為 3 相； 5Mg(0H)2 ?MgCl2 ? 8H20,簡稱為 5 相； 9Mg(0H)2 ?MgCl2 ? 5H20,簡稱為 9 相； 研究表明：常溫下3相和5相是穩(wěn)定相，5相對(duì)氯氧鎂水泥硬化和強(qiáng)度發(fā)展貢獻(xiàn)最大，Mg2+和C廠是人體必需的離子，Mg2+有利于骨骼的新陳代謝和生長，C廠是血液中重要的離子 之一，它可以幫助保持體液平衡，保持合適的血容量，血壓和體液的PH值。氯氧鎂水泥的研 制成功將有望用于肢體殘肢人士的治療。
[0008] 所以，希望加入適當(dāng)?shù)耐饧觿┖罂梢允孤妊蹑V水泥穩(wěn)定降解并且不會(huì)有大的強(qiáng)度 損失，并且能具有很好的生物相容性和生物活性，最終能夠被用于骨填充和骨移植材料。
[0009] 理想改善氯氧鎂骨水泥抗水性的外加劑應(yīng)具備以下特征：（1)阻止水環(huán)境對(duì)氯氧 鎂骨水泥制品的侵蝕；（2)不大幅降低氯氧鎂骨水泥制品的強(qiáng)度；（3)不影響氯氧鎂骨水泥 的可操作性；（4)具有良好的生物相容性；（5)較短時(shí)間內(nèi)被吸收。結(jié)合國內(nèi)外眾多學(xué)者研 究成果，本發(fā)明初步選用羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、黃原膠、白糊精作為抗水劑。
[0010] 羥丙基甲基纖維素和羧甲基纖維素鈉是高分子聚合物，為大分子線狀結(jié)構(gòu)，官能 團(tuán)上帶有羥基，能與拌和水分子形成氫鍵，使拌和水黏度增加，具有優(yōu)良的增稠性，可以作 為一種優(yōu)良的混凝土抗分散劑；羥丙基甲基纖維素的長分子鏈間會(huì)相互吸引，親水基與水 結(jié)合，產(chǎn)生吸水膨脹，并通過范德華力相互作用使羥丙基甲基纖維素分子間相互纏結(jié)形成 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，把氯氧鎂骨水泥包裹起來，由于羥丙基甲基纖維素形成類似薄膜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和 對(duì)水泥的包裹作用，會(huì)有效防止水環(huán)境對(duì)氯氧鎂骨水泥制品的侵蝕。
[0011] 黃原膠是一種水溶性天然樹膠，被譽(yù)為"工業(yè)味精"，是目前世界上生產(chǎn)規(guī)模最大 且用途紀(jì)委廣泛的微生物多糖。黃原膠無任何毒副作用，具有良好的生物相容性、生物可降 解性。在醫(yī)學(xué)和藥學(xué)中用作增稠，黃原膠分子中含有大量的親水基團(tuán)，具有較強(qiáng)的親水性和 保水保形性，在水中能快速溶解，有很好的水溶性，由于它有極強(qiáng)的親水性，與水環(huán)境接觸 后，外層吸水膨脹成膠團(tuán)，可在材料表面形成致密的水膜，會(huì)阻止水分進(jìn)入里層，從而提高 抗水性。
[0012] 白糊精成品幾乎成白色，在冷水中溶解度接近90%，顯示出很強(qiáng)的粘性，具有粘結(jié) 纖維素原料和形成水溶性膜及粘接無機(jī)材料等基本性能?？捎米鬣]票、壁紙的粘合劑、鑄造 砂型、煤磚、灰泥等的粘接劑、染料、醫(yī)藥品的填充劑、水泥硬化延緩劑、感光輔助材料、浮游 選礦等。白糊精溶于水形成高粘度和強(qiáng)化學(xué)