High-purity butoxydibutylborane catalysts enable the low-exothermic polymerization of PMMA bone cement with enhanced biocompatibility and osseointegration

生物相容性 材料科学 骨整合 聚合 过氧化苯甲酰 骨水泥 甲基丙烯酸甲酯 放热反应 聚合物 生物材料 化学工程 催化作用 复合材料 水泥 纳米技术 有机化学 化学 植入 外科 冶金 工程类 医学
作者
Zhuo Wan,Yike Gao,Yingbo Wang,Xianghao Zhang,Xiyin Gao,Tuanfeng Zhou,Zhishan Zhang,Zi‐Jian Li,Yunfei Lin,Bing Wang,Kun Chen,Yufei Wang,Chenggang Duan,Zuoying Yuan
出处
期刊:Journal of Materials Chemistry B [Royal Society of Chemistry]
卷期号:12 (36): 8911-8918 被引量:2
标识
DOI:10.1039/d4tb00967c
摘要

Polymethyl methacrylate (PMMA) based biomaterials have been widely utilized in clinics. However, currently, PMMA catalyzed by benzoyl peroxide (BPO) exhibits disquieting disadvantages including an exothermic polymerization reaction and a lack of bioactivity. Here, we first designed three industrial-scale synthesis methods for high-purity butoxydibutylborane (BODBB), achieving purity levels greater than 95% (maximum: 97.6%) and ensuring excellent fire safety. By utilizing BODBB as a catalyst, the highest polymerization temperature of PMMA bone cement (PMMA-BODBB) reached only 36.05 °C, ensuring that no thermal damage occurred after implantation. Compared to PMMA catalyzed by BPO and partially oxidized tributylborane (TBBO, catalyst of Super Bond C&B), PMMA-BODBB exhibited superior cell adhesion, proliferation, and osteogenesis, attributed to the reduced release of free radicals and toxic monomer, and moderate bioactive boron release. After injection into a 5 mm defect in the rat cranial bone, PMMA-BODBB demonstrated the highest level of osteointegration. This work not only presents an industrial-scale synthesis of high-purity BODBB, but also offers an innovative PMMA biomaterial system with intrinsic biocompatibility and osseointegration, paving the way for the next generation of PMMA-based biomaterials with broader applications.

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