一种多组分骨粘合材料及使用方法技术

本发明专利技术提供了一种多组分骨粘合材料，涉及医用材料领域，包括异氰酸酯组合物、蓖麻油多元醇组合物、催化剂、粒径大小在10nm‑100um之间的无机颗粒，且该无机颗粒含有吸水性硫酸盐和难溶性钙盐，其中吸水性硫酸盐分布于无机颗粒的表面。本发明专利技术还提供了一种多组分骨粘合材料的使用方法，得出的粘合材料具有高骨粘接强度、不妨碍断骨的生长等优点，尤其是适合人体体温环境使用，克服在带水的环境下对粘合材料性能的负面影响。

【技术实现步骤摘要】
一种多组分骨粘合材料及使用方法
本专利技术涉及医用材料领域，尤其涉及一种多组分骨粘合材料及使用方法。
技术介绍
医用骨粘合剂是一种新型骨折固定材料，常用于将细小的骨碎片、人造植入物附着到活骨，或用于骨骼的小面积修复和重建，具有操作方便、适用性强等优点，能够克服外固定或金属内固定手术复杂、易二次伤害和易发生感染的问题。近年来，常用的医用骨粘合剂(也称骨粘合胶)分为有机骨粘合胶和无机骨粘合胶。其中有机骨粘合胶多由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及其混合物形成，这种聚合物是由丙烯酸类单体，如甲基丙烯酸甲酯(MMA)，在引发剂存在下室温聚合而成。因其使用方便，在骨缺损、骨肿瘤、骨折、人工关节的粘接固定等方面都有应用。但是，这些基于PMMA的传统有机骨粘合胶具有以下缺点：在骨粘合固化过程中，胶层释放热量较大可能会导致周围组织损伤；PMMA通常不易降解或被人体吸收，这可能会引起该部位的炎症，增加感染的风险，还可能抑制断面新骨的生长。以钙、磷为主要成分的无机骨粘合胶具有无毒、无刺激、良好生物相容性和安全性、骨传导性等特点，但通常来说，这种胶较脆性，对断骨的粘接强度低，在实践中应用不广。医用骨粘合剂应该满足以下要求：(1)安全可靠、无毒性、无三致(致癌、致畸、致突变)；(2)具有良好的生物相容性，不妨碍人体组织的自身愈合；(3)在有血液和组织液的环境(水存在)中可以使用；(4)在常温、常压下可以实现快速粘合；(5)具有良好的粘合强度及持久性，粘合部分具有一定的弹性和韧性；(6)在使用过程中对人体组织无刺激性；(7)达到使用效果后能够逐渐降解、吸收、代谢；(8)本身无菌，能抑菌抗菌更佳。早在上世纪50年代，聚氨酯已经被尝试用作一种有机骨粘合剂在临床上试验，因当时采用的聚氨酯胶与骨头的粘合性差，出现较高的感染率和并发症而被迫中止。到上世纪九十年代，有人开发出改性的聚氨酯粘合体系，如US5266608；此后，以提高骨粘合强度、减少临床不良反应为目标的聚氨酯骨粘合材料不断被改进，其中以美国食品及药物管理局批准的一种以蓖麻油多元醇为软段的聚氨酯骨水泥(KryptoniteTM)最为突出。这种聚氨酯骨水泥包含基于蓖麻油改性的蓖麻油多元醇、异氰酸酯和β-磷酸钙等填料，在手术中混合形成粘合糊剂，同时可在封闭操作前形成刚性多孔聚合物。这种骨粘合剂已被临床用于胸骨闭合、头骨粘合等外科手术，如专利US8211458B2和US20050031578所示。目前，在用作于人体骨粘合时，上述改性的聚氨酯骨水泥仍存在不小的挑战，这包括：由于人体应用的限制，聚氨酯骨水泥应用的温度为人体适应的温度，反应中发热不能超过50-60摄氏度，以免灼伤皮肤组织，造成人体伤害。同时，临床上在较短时间内(一般30分钟左右)，骨粘合达到一定的初粘强度。此外，人体受伤创面往往会出现大量的血液和组织液，这种带水的环境对聚氨酯材料的性能有很大的负面影响。因为大量的水会消耗异氰酸基团，生成大量的脲键，一方面影响材料的粘合强度，另一方面会改变组分的反应配比，从而影响材料的最终粘合性能。因此针对上述的问题，本领域的技术人员需要充分考虑医学使用环境的实际情况，从配方及工艺出发，设计出一种更适合人体体温环境的骨粘合材料，尽可能降低血液和组织液对骨粘合性能的影响，同时不对人体造成短期或长期的负面作用。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是改进聚氨酯骨粘合剂的配方和工艺，适合人体体温环境使用，克服在带水的环境下对粘合剂性能的负面影响。为实现上述目的，本专利技术提供了一种多组分骨粘合材料，包括异氰酸酯组合物、蓖麻油多元醇组合物、催化剂、粒径大小在10nm-100um之间的无机颗粒，且该无机颗粒含有吸水性硫酸盐和难溶性钙盐，其中吸水性硫酸盐分布于无机颗粒的表面。骨骼的主要成分主要由含钙、磷的无机组分组成。在骨粘合材料中加入无机组分，可以制备接近人体内骨的结构，更利于断骨生长再生。本专利技术中无机颗粒含有至少两种无机组分，包括吸水性硫酸盐和难溶性钙盐，其中钙盐成分的作用在很多专利中已有解释，但是在骨粘合材料中，引入吸水性硫酸盐，在以前的报道中未见提及。当骨粘合材料使用时，可能会遇到人体内血液和组织液的渗出，尽管此时异氰酸基团与水的反应速度很慢，但是，这些液体会稀释还未反应的聚氨酯的混合液，大大降低NCO与羟基的反应速度，从而使得骨粘合材料的性能受到很大损害。在吸水性硫酸盐存在时，可以在一定时间内，将粘合材料周边的液体转化成固态，这可以在很大程度上保证中低温下聚氨酯反应的顺利进行。为实现这个作用，对无机颗粒的组成、形态、结构都有具体的要求。在本专利技术中发现无机颗粒的粒径大小在10nm-100um之间，且无机颗粒含有吸水性硫酸盐和难溶性钙盐，其中吸水性硫酸盐分布于无机颗粒的表面，能实现该作用。在本专利技术的较佳实施方式中采用了无水硫酸镁，分布于难溶性碳酸钙的表面。无水硫酸镁具有很强的干燥能力，吸水后迅速生成含水的结晶化合物，在工业上常用来干燥有机化合物。一种可行的制备表面分布无水硫酸镁无机颗粒的方法是，通过将精制硫酸镁的饱和溶液过滤后，加入骨粘合材料的其它无机颗粒，搅拌下冷却结晶，离心分离，在200-250℃进行干燥脱水，制得表面复合无水硫酸镁的无机颗粒。在本专利技术的具体实施方式中，根据使用的环境，出血量和组织液的多寡，选择适合的无水硫酸镁的用量。根据上述的原则，也可以采用类似的易吸水的物质，在不影响聚氨酯反应的前提下，达到类似的效果。在本专利技术的多组分骨粘合材料中，难溶性钙盐可选自碳酸钙、β-磷酸三钙、羟基磷灰石等中一种或多种。在本专利技术的具体实施例中，蓖麻油多元醇组合物为蓖麻油二元醇和蓖麻油三元醇。优选地，100重量份的所述蓖麻油三元醇还包括0.5-3重量份的水。蓖麻油酯化后的改性多元醇，与人体无害，在断骨形成时，相较于石油基聚酯多元醇和聚醚多元醇，更易于降解。本专利技术发现，在蓖麻油三元醇中加入微量的水分，有以下两点好处：1.水与异氰酸基团反应后，在骨粘合体系中形成微孔，通过控制开孔率和孔径大小，可以获得利于骨细胞生长的粘合层；2.该反应是放热反应，通过使用工艺的控制，使得一定程度上提高聚氨酯的反应温度，提高骨粘合材料的力学性能。当然，这里的水分量不宜过高，应避免造成骨粘合材料与人体接触的部位温度上升过高，超过人体可接受的范围。在本专利技术的多组分骨粘合材料中，异氰酸酯组合物优选为含有二个或多个-NCO基团的异氰酸酯组合物。异氰酸酯可选自脂肪族的、环脂族的和芳香族的异氰酸酯混合物，更优选氢化芳香族的异氰酸酯组合物。本专利技术发现异氰酸酯组合物为含有二个或多个-NCO基团的氢化芳香族异氰酸酯组合物时，骨粘合材料的粘合效果更优。满足异氰酸基团与羟基在常温下或人体温度附近快速反应，选择正确的催化剂体系很重要。通常这种缩聚反应被称为树脂化或凝胶化反应，反应后分子量会增大，会表现出高分子的粘合性、力学性能和成型特征。为使得骨粘合材料在人体内不成为人体骨组织生长的障碍，一种可选的方案是在成型的粘合结构中，构建细小、均匀的泡孔，这一点在专利US20050220771中已有说明。但是，由于催化目的的复杂和因在人体中使用的高标准要求，不同技术使用的催化体系只能通过实验来确定，且具有很强的新颖性和专用性。在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多组分骨粘合材料，包括异氰酸酯组合物、蓖麻油多元醇组合物和催化剂，其特征在于，还包括粒径大小在10nm‑100um之间的无机颗粒，所述无机颗粒含有吸水性硫酸盐和难溶性钙盐，其中吸水性硫酸盐分布于所述无机颗粒的表面。

【技术特征摘要】
1.一种多组分骨粘合材料，包括异氰酸酯组合物、蓖麻油多元醇组合物和催化剂，其特征在于，还包括粒径大小在10nm-100um之间的无机颗粒，所述无机颗粒含有吸水性硫酸盐和难溶性钙盐，其中吸水性硫酸盐分布于所述无机颗粒的表面。2.如权利要求1所述的多组分骨粘合材料，其特征在于，所述吸水性硫酸盐为无水硫酸镁，分布于难溶性钙盐的表面。3.如权利要求1所述的多组分骨粘合材料，其特征在于，所述难溶性钙盐选自：碳酸钙、β-磷酸三钙、羟基磷灰石中一种或多种。4.如权利要求1-3中任一项所述的多组分骨粘合材料，其特征在于，所述蓖麻油多元醇组合物为蓖麻油二元醇和蓖麻油三元醇。5.如权利要求4所述的多组分骨粘合材料，其特征在于，100重量份的所述蓖麻油三元醇还包括0.5-3重量份的水。6.如权利要求1-3中任一项所述的多组分骨粘合材料，其特征在于，所述异氰酸酯组合物为含有二个或多个-NCO基团的异氰酸酯组合物。7.如权利要求1-3中任一项所述的多组分骨粘合材料，其特征在于，所述异氰酸酯组合物为氢化芳香族异氰酸酯组合物。8.如权利要求1-3中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑震，肖海军，朱祺，王新灵，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31