一种冷冻干燥法制备透钙磷石骨水泥多孔支架的方法

摘要

一种冷冻干燥法制备透钙磷石骨水泥多孔支架的方法，利用透钙磷石骨水泥快速固化的特性，在合适的固/液比的范围内（0.3g/mL?0.7g/mL）将粉末与固化液混合后填入磨具，经过短暂的预固化（2min），即可进行冷冻干燥，大大简化了传统冷冻干燥法制备骨水泥支架的制备步骤。制备的骨水泥多孔支架孔隙率在45%以上，孔与孔之间相互联通，孔径大小为50?300μm。本发明提供的透钙磷石骨水泥多孔支架的制备方法简单、易行，适于大规模应用，在临床骨组织修复领域有广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物医用材料技术领域的方法，具体是一种以冻干法制备的透钙 磷石骨水泥多孔支架及其制备方法。

背景技术

作为骨修复材料，磷酸钙类骨水泥的多孔性可增加材料的表面积，一方面可为细 胞粘附提供更大的面积，有助于细胞粘附，并允许血管组织向内生长[YaoJun,etal, Biomaterials,2005]，另一方面有利于材料和体液充分接触，加快材料的降解。常用的磷 酸钙类骨水泥致孔方法包括添加碳酸盐类致孔剂气体致孔，添加明胶微球、石蜡微球类致 孔剂，冷冻干燥法制备骨水泥支架等。其中，传统的冷冻干燥法步骤复杂，通常需要预冷冻、 添加交联剂、冷冻干燥等多个步骤，增加了材料制备的成本。

透钙磷石骨水泥是磷酸钙类骨水泥中的一种，它在生物体内具有更好的生物降解 能力[ApeltD,Biomaterials,2004]，同时它还具有快速固化的特点[BarraletJE, Biomaterials,2004]。

本发明针对以上背景和不足，提供了一种以冷冻干燥法制备的透钙磷石骨水泥多 孔支架配方及其制备方法，简化了制备步骤，同时材料拥有良好的多孔性能。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种冷冻干燥法制备的透钙磷石骨水泥多孔 支架的方法，利用透钙磷石快速成型的优势，在合适的固/液比的范围内将粉末与固化液混 合后填入磨具，经过短暂的预固化（2min），即可进行冷冻干燥，大大简化了传统冷冻干燥法 制备骨水泥支架的制备步骤。

本发明通过以下技术方法来实现：按照本发明的配方配制透钙磷石骨水泥粉末及 固化液；将粉末与固化液按照合适的固/液比进行混合，填入模具，经过短暂的预固化 （2min），放入冰箱完全冷冻后进行冷冻干燥，即可得到多孔性能良好的透钙磷石骨水泥多 孔支架。

一种冷冻干燥法制备透钙磷石骨水泥多孔支架的方法，其特征在于，包括以下步 骤：

第一步：配制含柠檬酸、磷酸化壳聚糖、羟丙基甲基纤维素的骨水泥固化液；

第二步：配制含一水合磷酸二氢钙、β-磷酸三钙的骨水泥粉末；

第三步：将透钙磷石骨水泥粉末与固化液在固/液比为0.3g-1g/mL范围内充分混合均 匀，调和浆填入模具后预固化2min，置于-80℃冰箱中冷冻1h以上，完全冷冻后进行冷冻干 燥48h以上，即可得到多孔性良好的透钙磷石骨水泥多孔支架。

第一步所述的固化液中柠檬酸的摩尔浓度为0.1-1M，磷酸化壳聚糖质量分数为 0.01-1%，羟丙基甲基纤维素质量分数为0.01-1%。

第一步所述的骨水泥固化液的配制方式为室温溶解或60℃以下加热助溶，还可以 辅以机械搅拌或磁力搅拌。

第二步所述的一水合磷酸二氢钙质量分数为30-50%、β-磷酸三钙质量分数为70- 50%。

第二步所述的一水合磷酸二氢钙为粉末，β-磷酸三钙为自制粉末，粒径为200- 2000nm；混合方式为在乙醇介质中以400rpm球磨混合4h，之后旋转蒸发除去乙醇，置于60℃ 烘箱中干燥。

配制摩尔浓度为0.1-1M的柠檬酸溶液，按固化液配方向该柠檬酸溶液中添加其他 所需改性剂，得到包含磷酸化壳聚糖质量分数为0.01-1%、羟丙基甲基纤维素质量分数为 0.01-1%的透钙磷石骨水泥固化液。所述溶液的配制方式可为室温溶解或60℃以下加热助 溶，还可以辅以机械搅拌或磁力搅拌。

若固化液长期不用，将其保存于4℃环境，使用前预溶。所述预溶方式为在37℃以 下加热使明胶改性的固化液成为可流动的液体。

将一定配比的一水合磷酸二氢钙、β-磷酸三钙充分混合，得到一水合磷酸二氢钙 质量分数为30-50%、β-磷酸三钙质量分数为70-50%的透钙磷石骨水泥粉末。所述一水合磷 酸二氢钙为商业粉末，β-磷酸三钙粒径为200-2000nm。混合方式为在乙醇介质中以400rpm 球磨混合4h，之后旋转蒸发除去乙醇，置于60℃烘箱中干燥。

将透钙磷石骨水泥粉末与固化液在固/液比为0.3g-1g/mL范围内充分混合均匀， 调和浆填入模具后预固化2min，置于-80℃冰箱中冷冻1h以上，完全冷冻后进行冷冻干燥 48h以上，即可得到多孔性良好的透钙磷石骨水泥多孔支架。

本发明的优点在于：

1.利用透钙磷石骨水泥快速固化的优势，所制备骨水泥配方与传统冻干法相比制备方 法简单，无交联剂添加，多孔性能良好。

2.所用原料简单，适于大量生产。

附图说明

附图1和附图2是本技术所制备的骨水泥多孔支架的场发射扫描电镜图片，孔径大 小为50-300μm，且孔与孔之间相互联通。

具体实施方式

以下实施例以发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操 作过程，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。

实施例1：

称取一水合磷酸二氢钙3g（30wt%），β-磷酸三钙7g（70wt%），以无水乙醇为介质400rpm 转速球磨4h，60℃旋转蒸发除去乙醇，干燥得到骨水泥粉末待用。称取柠檬酸4.2g（1M）、磷 酸化壳聚糖0.02g（1%）、羟丙基甲基纤维素0.02g（1%），溶解于20mL超纯水中，机械搅拌使其 溶解，得到骨水泥固化液。将粉末和固化液按固/液比为0.7g/mL混合均匀，注入四氟乙烯模 具中，一端封闭一端开放，静置使其预凝固2min后，放入-80℃冰箱中使其完全冷冻，进行冷 冻干燥48h以上。测得该骨水泥支架孔与孔之间相互连通，孔径大小为50-200μm，孔隙率为 45%。

实施例2：

称取一水合磷酸二氢钙3g（30wt%），β-磷酸三钙7g（70wt%），以无水乙醇为介质400rpm 转速球磨4h，60℃旋转蒸发除去乙醇，干燥得到骨水泥粉末待用。称取柠檬酸4.2g（1M）、磷 酸化壳聚糖0.02g（1%）、羟丙基甲基纤维素0.02g（1%），溶解于20mL超纯水中，机械搅拌使其 溶解，得到骨水泥固化液。将粉末和固化液按固/液比为0.6g/mL混合均匀，注入四氟乙烯模 具中，一端封闭一端开放，静置使其预凝固2min后，放入-80℃冰箱中使其完全冷冻，进行冷 冻干燥48h以上。测得该骨水泥支架孔与孔之间相互连通，孔径大小为50-200μm，孔隙率为 50%。

实施例3：

称取一水合磷酸二氢钙3g（30wt%），β-磷酸三钙7g（70wt%），以无水乙醇为介质400rpm 转速球磨4h，60℃旋转蒸发除去乙醇，干燥得到骨水泥粉末待用。称取柠檬酸4.2g（1M）、磷 酸化壳聚糖0.02g（1%）、羟丙基甲基纤维素0.02g（1%），溶解于20mL超纯水中，机械搅拌使其 溶解，得到骨水泥固化液。将粉末和固化液按固/液比为0.5g/mL混合均匀，注入四氟乙烯模 具中，一端封闭一端开放，静置使其预凝固2min后，放入-80℃冰箱中使其完全冷冻，进行冷 冻干燥48h以上。测得该骨水泥支架孔与孔之间相互连通，孔径大小为100-300μm，孔隙率为 63%。

实施例4：

称取一水合磷酸二氢钙4g（40wt%），β-磷酸三钙6g（60wt%），以无水乙醇为介质400rpm 转速球磨4h，60℃旋转蒸发除去乙醇，干燥得到骨水泥粉末待用。称取柠檬酸2.1g（0.5M）、 磷酸化壳聚糖0.01g（0.5%）、羟丙基甲基纤维素0.01g（0.5%），溶解于20mL超纯水中，机械搅 拌使其溶解，得到骨水泥固化液。将粉末和固化液按固/液比为0.5g/mL混合均匀，注入四氟 乙烯模具中，一端封闭一端开放，静置使其预凝固2min后，放入-80℃冰箱中使其完全冷冻， 进行冷冻干燥48h以上。测得该骨水泥支架孔与孔之间相互连通，孔径大小为100-300μm，孔 隙率为58%。