[发明专利]压电型磷酸钙骨水泥复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种骨水泥固相粉末及其制备方法，以及含有上述骨水泥固相粉末的一种压电型磷酸钙骨水泥复合材料，属于生物医用材料技术领域。

背景技术

磷酸钙骨水泥(CPC)是由磷酸钙固相粉末和固化液组成，能在人体环境中自行固化并且可以任意塑性，水化反应的最终产物是与人体骨成分相似的磷灰石。CPC具有良好的生物相容性，成骨性能和细胞粘附能力等。但单纯CPC存在明显的不足，例如强度低和在体内与骨组织的整合性较差。所以很多研究者可以通过加入填充物的方法改善骨水泥的性能，使其能适用于临床。

研究者发现骨受应力作用时，会产生一些电信号，这些电信号能够影响骨的生长和吸收。骨的力-电性质的发现产生了关于Wolff功能适应定律作用机理的假设，认为应力促进骨重建的原因可能是应力在骨内产生的电位，这种电位引起细胞反应导致骨生长和吸收。电刺激影响骨骼生长、促进骨折愈合、提高骨骼力学性能的作用已经被现代医学证实，并开始用于临床。在干骨中，胶原被证实是产生压电的主要原因是由胶原纤维之间彼此滑动产生的。Wang等人(Piezoelectric and bonding properties of a cement-based composite for dental application，Applied Surface Science，2008，574-578)将聚羧酸锌粘固粉和具有压电性的LNKN(Li_0.06Na_0.5K_0.44)粉末混合在一起制备出水泥基压电复合材料，随着LNKN粉末添加量的增加，压电应变常数d₃₃值变高。这种压电型骨水泥可以在修复骨缺陷时同步监控骨修复的进展。

纳米钛酸钡和纳米钛酸钙都属于钙钛矿结构的晶体，当温度低于居里温度(T_c)，晶体结构由立方结构转变四方结构，存在优良的压电效应。在骨水泥配方中加入硫酸钡，钡作为X光显影剂，用于骨粘结、固定后，便于通过X光判断治疗效果。钛具有良好的生物相容性，并且已经广泛地应用于口腔及整形外科。在本发明作出之前在生物压电陶瓷方面的研究较多但是研究压电型骨水泥的报道不多。骨水泥相对于陶瓷有任意塑性、生物相容性好等特点，便于不规则形状的骨缺损部位的填充和修复。Carrodeguas等人(Injectable Acrylic Bone Cements for Vertebroplasty with Improved Properties，[J]Journal of Biomedical Materials Research，2004，68B：94-104.)在聚甲基丙烯酸骨水泥中添加钛酸钡颗粒，改善其X光造影性能，但是聚甲基丙烯酸骨水泥存在生物活性差、没有成骨活性和降解性能差等缺点，所以本发明采用生物活性好并且具有成骨性能的磷酸钙骨水泥为基体，添加压电粉末。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了解决人工骨修复材料缺乏天然骨所具有的压电性而提出了一种骨水泥固相粉末及其制备方法，本发明还提出了含有上述骨水泥固相粉末的一种具有压电性、良好力学性能、生物相容性和适当的凝结时间的压电型磷酸钙骨水泥复合材料。

本发明的技术方案为：一种骨水泥固相粉末，其特征在于它的组分为：磷酸钙骨水泥粉末(简称CPC粉末)和纳米压电粉末(简称PLP粉末)；其中PLP粉末占骨水泥固相粉末总质量的0.5％～20％，CPC粉末占骨水泥固相粉末总质量的80％～99.5％。

优选所述的纳米压电粉末为纳米钛酸钡或纳米钛酸钙；所述的CPC粉末为磷酸四钙-磷酸氢钙(TTCP-DCP)粉末、β-相磷酸三钙-磷酸二氢钙(β-TCP-MCPM)粉末或α-相磷酸三钙(α-TCP)磷酸钙粉末。优选纳米压电粉末的粒径在10nm～100nm；磷酸钙骨水泥粉末的粒径在5μm～30μm。

本发明还提供了上述骨水泥固相粉末的制备方法，其具体步骤如下：将PLP粉末在有机溶剂中充分分散后形成浆体，然后在浆体中加入CPC固相粉末，经过搅拌、研磨，在60～100℃下烘干至恒重后研成粉末制备得到PLP/CPC固相复合粉末。

优选所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺或二氧六环。有机溶剂的加入量为能分散PLP粉末即可。

本发明还提供了一种压电型磷酸钙骨水泥复合材料，其特征在于由上述的骨水泥固相粉末(PLP/CPC固相复合粉末)与固化液按照固/液比1.0～4.0g/mL的比例拌合均匀后的浆体装入钢制模具中，加压排除气泡，养护至1～7天后制得。