[发明专利]磷酸镁铵水泥,其生产方法和用途

说明书

本发明涉及磷酸镁铵水泥制剂，其生产方法和有关的用途。

本发明尤其涉及生物可降解的水泥，所述水泥硬化后其主相由磷酸镁铵和纳米磷灰石组成并同时具有高强度。该材料可用作骨代用品，用于骨增强和骨再生。它也可用作药物或生物活性物质的载体材料。

构成人骨和牙釉组织的最重要的矿物组成是钙和磷酸盐。但是，也存在大量的钠、镁和碳酸盐。由合成系统的沉淀研究已知：钠离子和碳酸盐离子极易掺入磷酸钙沉淀物中，形成与磷灰石类似的分子结构。当然，镁也极容易沉积，其结构与磷灰石的结构不同。

生理上用作骨和牙质的沉淀磷酸钙是纳米晶体。从X射线衍射图上不能区分它们是磷灰石，还是其他结构，这是因为衍射线变宽的缘故。有一些科学家持这样的观点：在骨和牙质中存在大量的镁，以致于它们不能全部进入磷灰石结构中。因此，在这里假定是由纳米磷灰石和纳米白云石或纳米鸟粪石构成的矿物的混合形式。磷酸钙不仅是生物相容的，而且作为人体属性的生存细胞被识别。因此，有许多生物材料和部分由磷酸钙构成的医学产品。

大约自1970年以来，市场上出现了部分以预制块或颗粒形式存在的磷酸钙陶瓷。这些材料在骨结构中的植入取得了很大的成功。该体系最大的不足是块体需要预制并且颗粒从植入侧滑移掉(冲掉)。这常常导致这类的植入失败。

由羟基磷灰石(HA)或β-叔磷酸钙(β-TCP，白磷钙石状结构)或者由这两者，HA和β-TCP以可变比例构成的磷酸钙陶瓷是最成功的。HA实际上不再由骨植入体吸收，而β-TCP则缓慢地被吸收并被新骨置换。因此，改变β-TCP/HA的比例会影响磷酸钙陶瓷的吸收程度。同样可混合其他的再吸收材料，例如三斜磷钙石CaHPO₄、透钙磷石CaHPO₄-2H₂O、方解石CaCO₃和白云石CaMg(CO₃)₂。

自1985年以来，人们试图开发磷酸钙水泥，以便克服预制或颗粒状磷酸钙陶瓷存在的缺点(W.E.Brown和L.C.Chow，“A new calcium phosphate，water-setting cement”，Cem.Res.Prog.1986 352-379(1987))。这包括尚未进入商业化的透钙磷石水泥，沉淀相的Ca/P摩尔比为1.00。该相不是纳米晶体，而是微米晶体。迄今为止开发的所有其他磷酸钙水泥具有纳米晶体的沉淀结构并且Ca/P摩尔比≥1.5，通过添加碳酸盐可进一步提高该摩尔比。美国专利US5605713；欧洲专利申请EP0835668A1；WO96/14265公开了这些材料；市场上已经有一些这类材料。有关这些材料在植入骨和软组织后的再吸收性出现了相互矛盾的报道。在每一种情况下，不再可吸收的羟基磷灰石(HA)(参见上述的HA陶瓷)基磷酸钙水泥与骨转导性良好的缺钙羟基磷灰石(CDHA，缺钙的羟基磷灰石)基磷酸钙水泥不同。最后提及的情况是指：它们可被破骨细胞再吸收并且可被来自破骨细胞的新骨组织置换掉。这些水泥的再吸收主要是取决于局部的骨转换机理。今天，大多数的外科医生需要的是磷酸钙水泥，其中首先是机械支承的有效方式发挥了作用，但是，最后的再吸收与骨的局部转换机理无关，即材料完全地降解掉。另外，在外科矫正畸形术中，已知活骨仅仅维持在从生物力学的观点出发所需的位置上。这作为所谓的Wolff′s定律是已知的。因此，如果补入骨缺损处的磷酸钙水泥具有的抗压强度要比其周围的骨高，并且该高抗压强度保持不变，则导致植入体(这里是磷酸钙水泥)周围的骨组织降解。

为了满足这种需要，即便是仅仅满足部分需要，某些制造商已经将这些物质混入与纳米磷灰石类似的CDHA水泥中，这种水泥因浓度梯度被动地被体液再吸收，例如三斜磷钙石(CaHPO₄)或方解石(CaCO₃)，如欧洲专利EP0543765公开的。

但是，这仅仅是部分地解决了问题。还需要一种能够完全被动地再吸收的水泥，其中再吸收端和沉积端直接进行接触。例如，石膏不能满足这种要求。石膏快速地被再吸收，以致于在再吸收端和沉积端之间总是有空穴存在，这些材料因其抗压强度低不能起充分支承的作用。例如，美国专利US5281265公开了这类材料。