技术领域
本发明属于医用材料应用领域，具体而言，本发明涉及一种医用α-半水硫酸钙人工骨修复材料的自固化方法。
背景技术：
骨骼作为人体重要的组织器官，承载着人体活动、运动等重要功能，随着社会的发展和人类活动的增加，骨骼也是最容易受到损伤的的器官。据不完全统计，美国每年因各种原因需手术植骨治疗的患者达50 万人，全世界每年超过两千万人需手术植骨治疗。我国是人口大国，每年因各种创伤、感染、退变、肿瘤等原因造成的骨缺损而需手术植骨治疗的患者超过300 万人。植骨治疗已成为仅次于输血的人体最常见的移植治疗。因骨移植需求量大，骨来源成了最紧迫的问题，从而驱动了各种人工骨修复材料相关研究的快速发展。目前应用于临床的骨修复材料种类很多，如钛金属、生物陶瓷、生物玻璃、磷酸三钙(TCP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、骨水泥、羟基磷灰石(HAP) 类生物材料等。由于这些材料生物相容性、骨诱导性、骨传导性及降解等方面的缺陷，其临床应用受到限制。 20世纪90年代，美国Wright公司生产的硫酸钙人工骨Osteoset®被美国FDA批准应用于临床，其具有生物相容性好、降解速度适宜、强度高、来源广泛、灭菌保存方便等优点。中国学者也进行了硫酸钙人工骨的相关研究，中国专利0180866 公开了含硫酸钙的定形颗粒，但是其需要加压等复杂手段制备，其没有对自固化方法进行研究；中国专利02125346 公开了含硫酸钙的复合生物材料，也没有研究自固化方法；中国专利02809194 公开了一种基于磷酸钙/ 硫酸钙的骨移植组合物，没有研究自固化方法；中国专利02817063公开了含有硫酸钙化合物和聚合物的植入组合物，没有研究自固化方法；中国专利200510103264 公开了柠檬酸化半水硫酸钙骨替代材料，没有研究自固化方法；中国专利200610014733 公开了可控固化硫酸钙骨粘合剂及其制备方法，但其需加入粘合剂才能固化；中国专利200610029066 和200610029067 公开了生物活性硅酸三钙/ 半水硫酸钙复合自固化材料，但其含有生物活性硅酸三钙，不是单纯的半水硫酸钙自固化；中国专利200810301291 公开了硫酸钙复合材料，其由含锶的化合物与硫酸钙组成，没有研究自固化方法。本发明人经过反复的实验，研究出了α- 半水硫酸钙的自固化方法及固化环境条件，可以扩大α- 半水硫酸钙骨材料的应用范围，而且使得临床应用操作简单，降低应用成本。
技术实现要素：
本发明的技术目的是针对上述医用硫酸钙人工骨材料的技术现状，提供一种医用α- 半水硫酸钙人工骨修复材料的自固化方法，使得医用硫酸钙人工骨材料的固化时间、抗压缩强度、生物学性能等得到改善。
本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种医用α- 半水硫酸钙人工骨修复材料的自固化方法，包括如下步骤：
步骤1：在一定环境条件下，将α-半水硫酸钙粉末与固化液按照一定比例混和均匀得到浆料，然后将浆料倒入特制模具中静置固化10～40min，脱模后得到硫酸钙人工骨材料，或者将浆料注射到待修复部位，待其自固化后得到硫酸钙人工骨材料。
步骤2：与步骤1相同环境条件下，参照ISO 3107磷酸锌水门汀的测试方法测试其固化时间，采用400g锥形维卡测试针(Vicat Needle)，针尖直径为1mm，初凝时间(initial setting time，Ti) 为测试针不能穿透2mm厚的标本时间，终凝时间(final setting time，Tf) 为测试针不能在标本表面形成明显压痕时间。每组检测6个标本。
步骤3：将终凝后的α-半水硫酸钙人工骨样品置于温度16-40℃、湿度100%的环境中养护，并分别于1d、2d、3d、4d、5d抗压强度测试。
其中，步骤1、步骤2中环境条件为温度16-40℃、湿度10%-100%，粒径为12-113 微米的α-半水硫酸钙粉末与固化液分别按照1g∶0.2mL、1g∶0.25mL、1g∶0.3mL、1g∶0.35mL、1g∶0.4mL的固液比例混合。
其中，固化液包括但不限于去离子水、蒸馏水、生理盐水、柠檬酸、聚丙烯酸、鹿瓜多肽、中成药等固化液中的一种或几种的混合固化液。在实际应用中，也可以将硫酸钙人工骨材料与抗生素、抗结核药物、生长因子或者化疗药物复合、固化成型，制成所需要的形状和尺寸使用，或者在浆料中添加抗生素、抗结核药物、生长因子或者化疗药物，将其注射到待修复部位，待其自固化后使用。
实验证实，自固化生物材料在使用过程中，合理的固化时间是一个重要的因素。固化时间的长短与固液比密切相关，当固液比增大时，固化时间随之缩短，当固液比减小时，固化时间延长。上述固化时间包括初凝时间、终凝时间及养护时间。固化时间的长短对α-半水硫酸钙人工骨材料的固化强度产生影响。因此，可以通过固液比来调整固化时间及固化强度，从而满足不同负重部位对固化时间及力学强度要求。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。
对比实施例：
本实施例是下述实施例1的对比实施例。
本实施例中，在温度25℃、湿度60%环境中，粒径为90 微米的α-半水硫酸钙人工骨是由α-半水硫酸钙粉体和去离子水按1g∶0.3mL的比例混合固化制得。
该α-半水硫酸钙人工骨的具体制备方法包括如下步骤：
（1）在温度25℃、湿度60%环境中，向20gα-半水硫酸钙粉体中按1g∶0.3mL固液比加入6ml蒸馏水，充分搅拌均匀，1min后将α-半水硫酸钙浆体填入特制的模具中， 各制备6个样品。
（2）采用针尖直径为1mm的400g锥形维卡测试针(VicatNeedle)测定初凝时间及终凝时间，测试针不能穿透2mm厚样品的时间为初凝时间，测试针不能在标本表面形成明显压痕的时间为终凝时间。每组检测6个样品，在25℃、60%湿度环境中进行。
（3）将样品置于温度25℃、湿度100%的环境中养护1d、2d、3d、4d、5d后，在生物力学实验机上对6个样品进行轴向加压，测试其抗压强度。
上述步骤（2）测定的初凝时间为11.5min-12min，终凝时间为20-23min。步骤（3）样品养护1d、2d、3d、4d、5d后测得的抗压强度（即固化强度）分别为20.21MPa、30.22MPa、30.66MPa、30.90MPa、31.45MPa，α-半水硫酸钙固化后抗压强度较高，超过30MPa，接近皮质骨的强度。
按上述1g∶0.3mL固液比混合固化制得的α-半水硫酸钙人工骨材料，20-25min后可终凝，2天后抗压强度超过30MPa，具有较合理的固化时间和适度的机械强度，因此，是较理想的液固比。
实施例1：
本实施例中，在温度25℃、湿度60%环境中，粒径为12微米的α-半水硫酸钙人工骨是由α-半水硫酸钙粉体和去离子水按1g∶0.2mL的比例混合固化制得。
该α-半水硫酸钙人工骨的具体制备方法包括如下步骤：
（1）在温度25℃、湿度60%环境中，向20gα-半水硫酸钙粉体中按1g∶0.2mL固液比加入4ml蒸馏水，充分搅拌均匀，1min后将α-半水硫酸钙浆体填入特制的模具中， 各制备6个样品。
（2）采用针尖直径为1mm的400g锥形维卡测试针(Vicat Needle)测定初凝时间及终凝时间，测试针不能穿透2mm厚样品的时间为初凝时间，测试针不能在标本表面形成明显压痕的时间为终凝时间。每组检测6个样品，在25℃、60%湿度环境中进行。
（3）将样品置于温度25℃、湿度100%的环境中养护1d、2d、3d、4d、5d后，在生物力学实验机上对6个样品进行轴向加压，测试其抗压强度。
上述步骤（2）测定的初凝时间为10min-11min，终凝时间为19-23min。步骤（3）样品养护1d、2d、3d、4d、5d后测得的抗压强度（即固化强度）分别为19.54MPa、26.56MPa、30.40MPa、30.86MPa，31.63MPa，α-半水硫酸钙固化后抗压强度较高，超过30MPa，接近皮质骨的强度。
按上述1g∶0.2mL固液比混合固化制得的α-半水硫酸钙人工骨材料，19-23min后可终凝,3天后抗压强度超过30MPa，与对比实施例比较，固化时间稍长，机械强度适度，因此，是较理想的液固比。
实施例2：
本实施例中，在温度25℃、湿度60%环境中，粒径为50 微米的α-半水硫酸钙人工骨是由α-半水硫酸钙粉体和去离子水按1g∶0.25mL的比例混合固化制得。
该α-半水硫酸钙人工骨的具体制备方法包括如下步骤：
（1）在温度25℃、湿度60%环境中，向20gα-半水硫酸钙粉体中按1g∶0.25mL固液比加入5ml蒸馏水，充分搅拌均匀，1min后将α-半水硫酸钙浆体填入特制的模具中，各制备6个样品。
（2）采用针尖直径为1mm的400g锥形维卡测试针(Vicat Needle)测定初凝时间及终凝时间，测试针不能穿透2mm厚样品的时间为初凝时间，测试针不能在标本表面形成明显压痕的时间为终凝时间。每组检测6个样品，在25℃、60%湿度环境中进行。
（3）将样品置于温度25℃、湿度100%的环境中养护1d、2d、3d、4d、5d后，在生物力学实验机上对6个样品进行轴向加压，测试其抗压强度。
上述步骤（2）测定的初凝时间为11min-12.5min，终凝时间为20-22.5min。步骤（3）样品养护1d、2d、3d、4d、5d后测得的抗压强度（即固化强度）分别为17.54MPa、20.56MPa、30.04MPa、30.37MPa、31.36MPa，α-半水硫酸钙固化后抗压强度较高，超过30MPa，接近皮质骨的强度。
按上述1g∶0.25mL固液比混合固化制得的α-半水硫酸钙人工骨材料，22-28min后可终凝，3天后抗压强度超过30MPa，与对比实施例比较，固化时间稍长，机械强度适度，因此，是较理想的液固比。
实施例3：
本实施例中，在温度25℃、湿度60%环境中，粒径为80 微米的α-半水硫酸钙人工骨是由α-半水硫酸钙粉体和去离子水按1g∶0.35mL的比例混合固化制得。
该α-半水硫酸钙人工骨的具体制备方法包括如下步骤：
（1）在温度25℃、湿度60%环境中，向20gα-半水硫酸钙粉体中按1g∶0.35mL固液比加入7ml蒸馏水，充分搅拌均匀，1min后将α-半水硫酸钙浆体填入特制的模具中， 各制备6个样品。
（2）采用针尖直径为1mm的400g锥形维卡测试针(Vicat Needle)测定初凝时间及终凝时间，测试针不能穿透2mm厚样品的时间为初凝时间，测试针不能在标本表面形成明显压痕的时间为终凝时间。每组检测6个样品，在25℃、60%湿度环境中进行。
（3）将样品置于温度25℃、湿度100%的环境中养护1d、2d、3d、4d、5d后，在生物力学实验机上对6个样品进行轴向加压，测试其抗压强度。
上述步骤（2）测定的初凝时间为12min-15min，终凝时间为23-25min。步骤（3）样品养护1d、2d、3d、4d、5d后测得的抗压强度（即固化强度）分别为16.54MPa、19.56MPa、30.02MPa、30.27MPa、31.06MPa，α-半水硫酸钙固化后抗压强度较高，超过30MPa，接近皮质骨的强度。
按上述1g∶0.35mL固液比混合固化制得的α-半水硫酸钙人工骨材料，23-25min后可终凝，3天后抗压强度超过30MPa，与对比实施例比较，固化时间稍长，机械强度适度，因此，是较理想的液固比。
实施例4：
本实施例中，在温度25℃、湿度60%环境中，粒径为113 微米的α-半水硫酸钙人工骨是由α-半水硫酸钙粉体和去离子水按1g∶0.4mL的比例混合固化制得。
该α-半水硫酸钙人工骨的具体制备方法包括如下步骤：
（1）在温度25℃、湿度60%环境中，向20gα-半水硫酸钙粉体中按1g∶0.4mL固液比加入8ml蒸馏水，充分搅拌均匀，1min后将α-半水硫酸钙浆体填入特制的模具中， 各制备6个样品。
（2）采用针尖直径为1mm的400g锥形维卡测试针(Vicat Needle)测定初凝时间及终凝时间，测试针不能穿透2mm厚样品的时间为初凝时间，测试针不能在标本表面形成明显压痕的时间为终凝时间。每组检测6个样品，在25℃、60%湿度环境中进行。
（3）将样品置于温度25℃、湿度100%的环境中养护1d、2d、3d、4d、5d后，在生物力学实验机上对6个样品进行轴向加压，测试其抗压强度。
上述步骤（2）测定的初凝时间为13min-16min，终凝时间为24-26min。步骤（3）样品养护1d、2d、3d、4d、5d后测得的抗压强度（即固化强度）分别为16.04MPa、19.31MPa、29.02MPa、30.07MPa、30.85MPa，α-半水硫酸钙固化后抗压强度较高，超过30MPa，接近皮质骨的强度。
按上述1g∶0.4mL固液比混合固化制得的α-半水硫酸钙人工骨材料，24-26min后可终凝，4天后抗压强度超过30MPa，与对比实施例比较，固化时间稍长，机械强度适度，因此，是较理想的液固比。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。