技术领域
本发明涉及一种用于骨组织修复的无机钙盐可降解骨水泥及制备方法，主要用于生物医用材料等领域。
背景技术
人工骨修复是目前治疗骨缺损较为理想的方法。硫酸钙作为一种传统的骨修复材料，以其良好的生物相容性、骨传导性等在骨修复方面具有良好的应用前景。自Dressman首次使用硫酸钙成功治愈骨缺损以来，硫酸钙骨修复材料逐渐发展，1996年美国Wright公司研制出外科级硫酸钙骨水泥并通过美国FDA及欧洲认证；最近又生产出新一代可注射型植骨材料MIIG骨水泥，不仅临床疗效，生物学性能更加确切、稳定，且为微创治疗骨缺损提供了一种有效途径；但是，硫酸钙骨水泥同时也存在可注射时间较短、缺乏骨诱导活性等缺点。
磷酸钙具有良好的生物活性、生物相容性和可注射性，为了改善硫酸钙的骨再生性能，许多研究证明将磷酸钙添加到硫酸钙中，能够得到注射时间可控、机械性能良好、具有成骨活性的可注射型复合骨水泥。
理想的骨替代材料必须有与骨形成速率相同的降解速率，且在骨组织周围不产生刺激。因此将硫酸钙和磷酸钙结合在一起，进行骨缺损的修复。
但采用常规方法制备的半水硫酸钙，由于从压力环境转变为常压环境，中间由于压力的排放，导致硫酸钙温度的降低，在经过一定温度的干燥、研磨其结晶度有缺损，故其强度达不到理想的强度，再配合磷酸钙与有机物，导致相关骨水泥的力学性能有所降低，本发明采用特定的透气不透水的蒸馏装置，加大硫酸钙与蒸汽环境的接触面积，使其硫酸钙转晶反应尽快完成，且在排压阶段，快速排压，迅速转移至设定的干燥温度的烘箱环境下，干燥，制备高强度半水硫酸钙，并添加磷酸钙与选择一定的液体，制备高强度的可吸收骨水泥，并改善骨水泥注射性能、抗水溃散性能，对于本发明相关内容的研究未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无机钙盐复合的可降解骨水泥及制备方法。骨水泥粉体由半水硫酸钙、磷酸钙组成，半水硫酸钙采用一定的装置在一定的温度压力下反应制备，并保持一定的温度干燥，加速硫酸钙转晶反应，且控制压力的排放，快速排压，并保持反应产物的温度不低于干燥温度，改善制备的半水硫酸钙的力学性能，并选择液体为水或溶液组成，具有分散性好，易浸润，可注射性好、强度高的特点，同时还具有良好的生物相容性和骨再生性。
本发明的技术方案如下：
一种钙盐骨水泥；其特征是组成与质量百分含量如下：
粉体：
半水硫酸钙5～95％；
磷酸钙5～95％；
液体：0.05～5％的氯化钠溶液或水。
本发明的钙盐骨水泥制备方法，步骤如下：
(1)将硫酸钙的混合物或浆水物放入蒸馏装置中，在温度为132～200℃，压力为0.2～10MPa的反应釜中转晶反应，反应时间为1～5h；
(2)反应后，排放压力放入到105～130℃的烘箱中干燥，研磨均匀，得到半水硫酸钙粉体；排放压力时，保持半水硫酸钙的温度不低于干燥温度；
(3)按照半水硫酸钙与磷酸钙的质量百分比称取粉体混合均匀，按照粉液质量比1～3:1，将液体加入到粉体中，搅拌均匀，在37℃、100％相对湿度条件下固化得到骨水泥。
步骤(1)选用的硫酸钙的混合物中，二水硫酸钙的质量百分含量为95～100％，半水硫酸钙或无水硫酸钙为0～5％；
步骤(1)选用的硫酸钙浆水物中，硫酸钙与水的质量比为0.5～10:1，二水硫酸钙占据硫酸钙的质量百分含量为90～100％，其余为半水硫酸钙或无水硫酸钙。
步骤(1)硫酸钙浆水物中，优选硫酸钙与水的质量比为0.5～2:1。
步骤(1)蒸馏装置为两个圆柱环、带有螺纹的螺环、带有螺纹的盖子以及密封圈组成。圆柱环、盖子优选透气不透水的材质组成，密封圈优选硅胶组成。
步骤(2)排放压力时，优选5min内排放完压力。
制备的半水硫酸钙粒度分布范围为1～50μm。
步骤(3)中，选择磷酸钙为粒度分布范围在0.5～50μm的磷酸三钙、磷灰石的一种或混合物，磷酸三钙的粒度分布范围优选为1～20μm。
半水硫酸钙中，添加入质量百分含量为0.5～5％的二水硫酸钙，其余是半水硫酸钙。
本发明的优点在于：改善控制硫酸钙的蒸馏转晶反应工艺，采用主体透气不透水的蒸馏反应器作为反应容器，以硫酸钙自身为模板引导二水硫酸钙转晶为半水硫酸钙，制备粒度可控的高强度半水硫酸钙，并改善转晶反应后硫酸钙板结难处理的问题，迅速排放压力，并保持制备的半水硫酸钙的温度不低于干燥温度，增强半水硫酸钙的抗压强度。骨水泥粉体中，在制备的半水硫酸钙粉体中引入一定的二水硫酸钙粉体，且控制骨水泥中磷酸三钙的质量百分含量，平衡改善优化可吸收骨水泥的注射性与固化性能，延长骨水泥的注射时间，且骨水泥的固化加快，制备的骨水泥的抗压强度均在15MPa以上，满足人体松质骨修复的需要，是一种性能优异的骨修复材料。
附图说明
图1：制备的硫酸钙粉体的SEM图
图2：半水硫酸钙及硫酸钙骨水泥的力学性能图
图3：硫酸钙与硫酸钙骨水泥降解速率对比图
图4：磷酸钙骨水泥的力学性能图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的内容作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
骨水泥粉体组成为质量百分含量为95％的半水硫酸钙和5％的磷酸三钙，其中，半水硫酸钙中添加入质量百分含量为0.5％的二水硫酸钙；磷酸三钙的粒度分布范围为0.5～50μm；骨水泥液体为0.05％的氯化钠液体。
骨水泥的制备按照以下步骤：
(1)将硫酸钙的混合物放入到蒸馏装置中，在温度为200℃，压力为10MPa的反应釜中转晶反应，反应时间为2h；硫酸钙混合物中，二水硫酸钙的质量百分含量为95％，半水硫酸钙为5％；
(2)反应后，排放压力放入到130℃的烘箱中干燥，研磨均匀，得到半水硫酸钙粉体；排放压力时，保持半水硫酸钙的温度为150℃；
(3)按照半水硫酸钙与磷酸钙的质量百分比称取相应的粉体混合均匀，按照粉液质量比3:1(粉体重量为6g，液体为2g)，将液体加入到粉体中，搅拌均匀，在37℃、100％相对湿度条件下固化得到骨水泥。
对制备的半水硫酸钙进行微观形貌观察，如附图1所示可知，二水硫酸钙转晶变为棒状晶，并分布有未长大的颗粒晶，制备的半水硫酸钙的粒度分布范围为1～50μm。
称取一定的半水硫酸钙，按照粉液质量比为3:1，将水加入到半水硫酸钙中，搅拌均匀，在37℃、100％相对湿度环境中进行固化24h，对固化的硫酸钙试样进行抗压强度测试，试样为圆柱状(Φ6mm×12mm)，抗压强度平均值为28.41MPa(如附图2-A所示)。
如图3-a/b所示，半水硫酸钙与骨水泥的降解速率相比较，半水硫酸钙降解速率最快，3个月降解91.3％，硫酸钙骨水泥三个月降解72.2％。
将骨水泥在37℃、100％相对湿度环境中进行固化24h，对固化的骨水泥试样进行抗压强度测试，抗压强度测试样为圆柱状(Φ6mm×12mm)，抗压强度平均值为23.26Mpa(如附图2-B所示)。
实施例2：
骨水泥粉体组成为质量百分含量为90％的半水硫酸钙和10％的磷酸三钙，其中，半水硫酸钙中添加入质量百分含量为2％的二水硫酸钙；磷酸三钙的粒度分布范围为1～20μm；骨水泥液体为1％的氯化钠液体。
骨水泥的制备按照以下步骤：
(1)将硫酸钙的混合物放入到蒸馏装置中，在温度为140℃，压力为0.53MPa的反应釜中转晶反应，反应时间为5h；硫酸钙混合物中，二水硫酸钙的质量百分含量为99％，半水硫酸钙为1％；
(2)反应后，排放压力放入到107℃的烘箱中干燥，研磨均匀，得到半水硫酸钙粉体；排放压力时，保持半水硫酸钙的温度为110℃；
(3)按照半水硫酸钙与磷酸钙的质量百分比称取相应的粉体混合均匀，按照粉液质量比2:1(粉体重量为6g，液体为3g)，将液体加入到粉体中，搅拌均匀，在37℃、100％相对湿度条件下固化得到骨水泥。
将骨水泥置于37℃、100％相对湿度环境中进行固化24h，对固化的骨水泥试样进行抗压强度测试，试样为圆柱状(Φ6mm×12mm)，抗压强度平均值为21.87Mpa(如附图2-C所示)。
实施例3
骨水泥粉体组成为质量百分含量为50％的半水硫酸钙和50％的磷酸三钙，其中，半水硫酸钙中添加入质量百分含量为5％的无水硫酸钙；磷酸三钙的粒度分布范围为5～20μm；骨水泥液体为5％的氯化钠液体。
骨水泥的制备按照以下步骤：
(1)将二水硫酸钙放入到蒸馏装置中，在温度为132℃，压力为0.2MPa的反应釜中转晶反应，反应时间为4h；
(2)反应后，排放压力放入到110℃的烘箱中干燥，研磨均匀，得到半水硫酸钙粉体；排放压力时，保持半水硫酸钙的温度为110℃；
(3)按照半水硫酸钙与磷酸钙的质量百分比称取相应的粉体混合均匀，按照粉液质量比1:1(粉体重量为6g，液体为6g)，将液体加入到粉体中，搅拌均匀，在37℃、100％相对湿度条件下固化得到骨水泥。
将骨水泥置于37℃、100％相对湿度环境中进行固化24h，对固化的骨水泥试样进行抗压强度测试，试样为圆柱状(Φ6mm×12mm)，抗压强度平均值为19.73Mpa(如附图2-D所示)。
实施例4
骨水泥粉体组成为质量百分含量为80％的半水硫酸钙和20％的磷酸三钙，其中，半水硫酸钙中添加入质量百分含量为3％的二水硫酸钙；磷酸三钙的粒度分布范围为1～20μm；骨水泥液体为水。
骨水泥的制备按照以下步骤：
(1)将硫酸钙的浆水物放入到蒸馏装置中，在温度为140℃，压力为1MPa的反应釜中转晶反应，反应时间为3h；硫酸钙浆水物中，硫酸钙与水的质量比为0.5:1，硫酸钙中，二水硫酸钙的质量百分含量为90％，半水硫酸钙为10％；
(2)反应后，排放压力放入到110℃的烘箱中干燥，研磨均匀，得到半水硫酸钙粉体；排放压力时，保持半水硫酸钙的温度为115℃；
(3)按照半水硫酸钙与磷酸钙的质量百分比称取相应的粉体混合均匀，按照粉液质量比2:1(粉体重量为6g，液体为3g)，将液体加入到粉体中，搅拌均匀，在37℃、100％相对湿度条件下固化得到骨水泥。
将骨水泥置于37℃、100％相对湿度环境中进行固化24h，对固化的骨水泥试样进行抗压强度测试，试样为圆柱状(Φ6mm×12mm)，抗压强度平均值为20.75Mpa(如附图2-E所示)。
实施例5
骨水泥粉体组成为质量百分含量为5％的半水硫酸钙和95％的磷酸三钙，其中，半水硫酸钙中添加入质量百分含量为0.5％的二水硫酸钙；磷酸三钙的粒度分布范围为1～20μm；骨水泥液体为水。
骨水泥的制备按照以下步骤：
(1)将硫酸钙的浆水物放入到蒸馏装置中，在温度为200℃，压力为5MPa的反应釜中转晶反应，反应时间为2h；硫酸钙浆水物中，硫酸钙与水的质量比为2:1，硫酸钙中，二水硫酸钙的质量百分含量为95％，无水硫酸钙为5％；
(2)反应后，排放压力放入到120℃的烘箱中干燥，研磨均匀，得到半水硫酸钙粉体；排放压力时，保持半水硫酸钙的温度为130℃；
(3)按照半水硫酸钙与磷酸钙的质量百分比称取相应的粉体混合均匀，按照粉液质量比1:1(粉体重量为6g，液体为6g)，将液体加入到粉体中，搅拌均匀，在37℃、100％相对湿度条件下固化得到骨水泥。
如图3-c所示，与半水硫酸钙、硫酸钙骨水泥对比可知，磷酸钙骨水泥3个月降解58％，降解速率相对较慢。
将骨水泥置于37℃、100％相对湿度环境中进行固化48h，对固化的骨水泥试样进行抗压强度测试，试样为圆柱状(Φ6mm×12mm)，抗压强度平均值为20.14Mpa(如附图4-F所示)。
实施例6
骨水泥粉体组成为质量百分含量为20％的半水硫酸钙和80％的磷酸三钙、磷灰石，其中，半水硫酸钙中添加入质量百分含量为2％的二水硫酸钙；磷酸三钙、磷灰石的粒度分布范围为0.5～50μm；骨水泥液体为水。
骨水泥的制备按照以下步骤：
(1)将硫酸钙的浆水物放入到蒸馏装置中，在温度为160℃，压力为3MPa的反应釜中转晶反应，反应时间为4h；硫酸钙浆水物中，二水硫酸钙与水的质量比为1:1；
(2)反应后，排放压力放入到110℃的烘箱中干燥，研磨均匀，得到半水硫酸钙粉体；排放压力时，保持半水硫酸钙的温度为110℃；
(3)按照半水硫酸钙与磷酸钙的质量百分比称取相应的粉体混合均匀，按照粉液质量比1.5:1(粉体重量为6g，液体为4g)，将液体加入到粉体中，搅拌均匀，在37℃、100％相对湿度条件下固化得到骨水泥。
将骨水泥置于37℃、100％相对湿度环境中进行固化48h，对固化的骨水泥试样进行抗压强度测试，试样为圆柱状(Φ6mm×12mm)，抗压强度平均值为22.54Mpa(如附图4-G所示)。
实施例7
骨水泥粉体组成为质量百分含量为15％的半水硫酸钙和85％的磷酸三钙、磷灰石，其中，半水硫酸钙中添加入质量百分含量为1％的二水硫酸钙；磷酸三钙、磷灰石的粒度分布范围为1～50μm；骨水泥液体为水。
骨水泥的制备按照以下步骤：
(1)将硫酸钙的浆水物放入到蒸馏装置中，在温度为180℃，压力为6MPa的反应釜中转晶反应，反应时间为1h；硫酸钙浆水物中，硫酸钙与水的质量比为10:1，硫酸钙中，二水硫酸钙的质量百分含量为98％，半水硫酸钙为2％；；
(2)反应后，排放压力放入到125℃的烘箱中干燥，研磨均匀，得到半水硫酸钙粉体；排放压力时，保持半水硫酸钙的温度为130℃；
(3)按照半水硫酸钙与磷酸钙的质量百分比称取相应的粉体混合均匀，按照粉液质量比1.2:1(粉体重量为6g，液体为5g)，将液体加入到粉体中，搅拌均匀，在37℃、100％相对湿度条件下固化得到骨水泥。
将骨水泥置于37℃、100％相对湿度环境中进行固化48h，对固化的骨水泥试样进行抗压强度测试，试样为圆柱状(Φ6mm×12mm)，抗压强度平均值为17.47Mpa(如附图4-H所示)。