一种新型黑磷/磷酸钙骨水泥及其制备方法技术

一种新型黑磷/磷酸钙骨水泥及其制备方法。所述黑磷的形态是纳米片或者量子点；磷酸钙包括无水磷酸氢钙、磷酸三钙或磷酸四钙。通过将磷酸氢钙二水合物以无水乙醇作为球磨介质通过湿球磨法球磨烘干后得到无水磷酸氢钙。将磷酸四钙或磷酸三钙与无水磷酸氢钙以质量比1：1混合，得到磷酸钙骨水泥粉末。骨水泥的固化液选用20 wt%的柠檬酸水溶液，并用0.1 mol/L的氢氧化钠溶液将柠檬酸的pH值调到4。水化骨水泥的固液比为0.5 ml/g。通过液相剥离法和超声分散法制得的黑磷纳米片和黑磷量子点分散在上述固化液中或将未剥离的黑磷粉末掺入骨水泥粉末中得到掺杂黑磷的磷酸钙骨水泥。本发明专利技术具有操作简单易行及环境友好等特点。明具有操作简单易行及环境友好等特点。明具有操作简单易行及环境友好等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种新型黑磷/磷酸钙骨水泥及其制备方法


[0001]本专利技术属于生物医学材料领域，具体涉及一种新型黑磷/磷酸钙骨水泥及其制备方法。

技术介绍

[0002]在众多骨修复材料中，骨水泥是其中一大亮点。其主要基本特征是可注射和自固化，除此之外，还需要生物相容性好、骨诱导以及抗菌消炎等特点。
[0003]目前，临床上常用的骨水泥主要有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥和生物陶瓷类骨水泥。生物陶瓷类骨水泥主要有磷酸镁骨水泥、硫酸钙骨水泥、硅酸钙骨水泥以及磷酸钙骨水泥。前三类骨水泥中有的不具有骨诱导性，在制备过程中会释放大量反应热，导致凝固时间过短；有的机械性能较差，抗压强度低，无生物活性，在体内的降解速度太快，导致周围组织产生无菌炎症反应。都无法完全满足临床上需求，而磷酸钙骨水泥组成与人体骨的成分相同，固化产物与天然骨的无机成分相似，具有良好的生物相容性、骨传导性以及骨诱导性，且降解产物也可以刺激周围骨组织的生长，是一种新型的骨组织修复和填充材料。
[0004]常见的磷酸钙骨水泥包括两种或两种以上磷酸钙盐（固相）与固化液（液相，水或水溶液），一经混合后，形成一种具有可塑性的调和浆，并且能在植入生物体后逐渐固化，形成骨组织的替代材料。最常用的固相磷酸盐是α
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磷酸三钙(α
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TCP)或者磷酸四钙，可以发生水化反应生成缺钙羟基磷灰石(CDHA)，且在溶液中的溶解度大，α
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TCP骨水泥的常见固相组成多，制备、混合工艺流程复杂、繁琐的不足。另一方面，在植入体内后，随着降解，生成羟基磷灰石后，磷酸根会不断减少，产生的磷灰石成分越来越少，可能会造成修复不完全的现象，基于此，需要在骨水泥中添加能不断补充磷酸根的成分，而黑磷就是一种很好的选择。
[0005]黑磷（Black phosphorus, BP）是磷元素的一种同素异形体，由白磷在高温高压下转化而来，是一种新型二维光电材料，以其优异的光电特性、超高的光热转换效率和良好的生物相容性及可降解性，在光电和纳米生物光子学领域显示出巨大的应用潜力；第一，尤其是在光、氧气和水的作用下，黑磷极易发生降解产生磷酸根，而这一特点刚好可以弥补骨水泥中由于产生羟基磷灰石而损失的磷酸根，进而源源不断持续性产出，做到可持续性修复。第二，由于黑磷可以吸收近红外光，产生热量的同时使得骨水泥的固化时间可控且可以促进黑磷的降解和加快骨修复；如果应用在骨肉瘤或者骨癌后期修复过程中，近红外产生的热疗可以杀死骨肉瘤或者骨癌细胞，同时还能提供额外的骨修复，达到治疗和修复一体化；第三，黑磷具有巨大的比表面积，能吸附大量的药物（抗癌药物、抗生素、骨修复生长因子），从而达到治疗修复一体化的目的。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了新型抗菌治疗、固化时间可控、生物相容性良好、力学性能优异的一种黑磷
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磷酸钙骨水泥及其制备方法。该骨水泥固化时间可调、可载药、可抗菌、力学性能好、并且具有较好的生物相容性，可以满足各种骨缺损临床治疗的需求。
[0007]本专利技术通过热处理方法得到磷酸三钙或者磷酸四钙，选取了形态好的作为骨水泥固相成分，再通过液相剥离法制备了粒径以及形貌符合的黑磷纳米片以及黑磷量子点；物理混合法制得骨水泥固相成分；通过控制黑磷、磷酸钙以及磷酸氢钙的比例以及固化液的种类、力学强度、近红外光功率、照射时间、注射器推进速度等变量比较过程参数，在最佳工艺下制备了生物相容性好、力学强度高、固化时间可控的黑磷
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磷酸钙骨水泥。
[0008]一种新型黑磷/磷酸钙骨水泥，其特征是所述黑磷的形态是纳米片或者量子点；磷酸钙包括无水磷酸氢钙、α
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磷酸三钙（α
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TCP）、无定形磷酸三钙（TCCP）以及磷酸四钙。
[0009]黑磷在808 nm近红外光照射下，固化时间随黑磷比例增加而降低，其中最短可以在3 s内凝固；黑磷占比15%的力学强度可以达到50 MPa。
[0010]新型黑磷/磷酸钙骨水泥具有抗大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的性能且具有骨修复和骨诱导功能。
[0011]一种新型黑磷
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磷酸钙骨水泥制备方法，包括以下步骤：（1）磷酸钙骨水泥固相成分的制备：将市售的磷酸氢钙二水合物以无水乙醇作为球磨介质通过湿球磨法在行星球磨机中450 rpm球磨2 h，然后在120 ℃下烘干12 h，得到无水磷酸氢钙。将市售的磷酸四钙或磷酸三钙与无水磷酸氢钙以质量比1：1混合，得到磷酸钙骨水泥粉末。
[0012]（2）黑磷纳米片或者黑磷量子点的制备：取700 mg块状黑磷晶体在N,N
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二甲基甲酰胺（DMF）中研磨成黑磷粉末，并置于35ml DMF中，使用超声波细胞破碎仪探头冰浴超声16 h，得到黑磷分散液。将分散液以4000 rpm的转速离心15 min，得到未剥离的黑磷，再将上清液以20000 rpm的转速离心20 min，得到剥离的黑磷纳米片和黑磷量子点。将得到的黑磷用异丙醇和除氧水进行洗涤2
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3次，冷冻干燥得样品。
[0013]（3）黑磷
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磷酸钙骨水泥的制备：将黑磷纳米片或黑磷量子点分散在固化液中或将未剥离的黑磷粉末掺入骨水泥粉末中得到掺杂黑磷的磷酸钙骨水泥。黑磷占比为0.1%
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0.5%，具体比例按需进行调节。骨水泥的固化液选用20 wt%的柠檬酸水溶液，并用0.1 mol/L的氢氧化钠溶液将柠檬酸的pH值调到4。水化骨水泥的固液比为0.5 ml/g。
[0014]在本专利技术方法中，所用的超声破碎仪是上海比朗仪器制造有限公司的，型号为BILON
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R1200, 变幅杆标配为10 mm, 最大功率为1000 W。
[0015]在本专利技术的方法中，所述黑磷浓度为0.1%
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0.5%，优选为0.3%。所述黑磷浓度过低时，近红外光照射时效果不明显，固化时间稍微长一点；当聚乳酸的浓度达到0.3%及以上时，近红外照射后温度较高，固化时间缩短可控，浓度太高时，温度过高对正常细胞损伤过多。
[0016]本专利技术的有益效果：本专利技术的骨水泥固化时间可调、可载药、可抗菌、力学性能好、并且具有较好的生物相容性，可以满足各种骨缺损临床治疗的需求。
[0017]本专利技术的黑磷/磷酸钙骨水泥在近红外光照射下具有快速成型凝固（3 s
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30 s）、力学强度高（黑磷占比0.1
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0.5% ）、抗菌和生物相容性好以及骨再生修复等性质。本专利技术具有操作简单易行及环境友好等特点。
附图说明
[0018]图1是新型黑磷
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磷酸钙骨水泥扫描电子显微镜图。
具体实施方式
[0019]下面将结合实施例对本专利技术作进一步说明，这些实施例只是为了更好地理解本专利技术，并且在任何情况下都不应该将其解释为限制本专利技术的范围，本专利技术的范围由所附的权利要求书所限定。以下是本专利技术的示例性的具体实施方案，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型黑磷/磷酸钙骨水泥，其特征是所述黑磷的形态是纳米片或者量子点；磷酸钙包括无水磷酸氢钙、磷酸三钙或磷酸四钙。2.根据权利要求1所述一种新型黑磷/磷酸钙骨水泥，其特征是所述磷酸三钙包括α
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磷酸三钙、无定形磷酸三钙。3.根据权利要求1所述一种新型黑磷/磷酸钙骨水泥，其特征是黑磷在808 nm近红外光照射下，固化时间随黑磷比例增加而降低，其中最短可以在3 s内凝固；黑磷占比15%的力学强度可以达到50 MPa；新型黑磷/磷酸钙骨水泥具有抗大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的性能且具有骨修复和骨诱导功能。4.根据权利要求1所述的一种新型黑磷/磷酸钙骨水泥，其特征是的制备方法包括以下步骤：（1）磷酸钙骨水泥固相成分的制备：将磷酸氢钙二水合物以无水乙醇作为球磨介质通过湿球磨法在行星球磨机中450 rpm球磨2 h，然后在120 ℃下烘干12 h，得到无水磷酸氢钙；将磷酸四钙或磷酸三钙与无水磷酸氢钙以质量比1：1混合，得到磷酸钙骨水泥粉末；（2）黑磷纳米片或者...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏延，王龙飞，马士龙，梁紫微，胡银春，黄棣，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：