CN102813962B

CN102813962B - 一种可注射且可降解骨水泥及其制备方法和应用

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Publication number: CN102813962B
Application number: CN201210240510.7A
Authority: CN
Inventors: 黄文旵; 崔旭; 周萘; 李乐; 王德平
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2032-07-12
Also published as: CN102813962A

Abstract

本发明属于生物材料技术领域，涉及一种骨水泥及其制备方法和应用。该骨水泥由包含以下重量百分比的组分制成：固相硼酸盐生物玻璃粉50-80%；改性液相壳聚糖溶胶液20-50%。本发明骨水泥与现有的骨水泥相比，具有生物降解性，在降解时具有优异的骨传导，骨诱导，骨结合性能及成骨性能，最终能转化成骨组织。制备该骨水泥的工艺设备简单，容易操作，成本低廉且具备可注射性能，可实现微创甚至无创伤治疗。该方法可用于制备骨填充物,骨科药物载体材料，并应用于骨组织工程中骨修复、再生或治疗骨科疾病。

Description

一种可注射且可降解骨水泥及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，涉及一种骨水泥及其制备方法和应用。

背景技术

骨水泥是一种广泛用于骨科手术的医用材料，骨水泥通常由粉剂和单体两部分组成，在室温下将其按一定比例混合即可发生固化，将其置于更换关节或填充的部位，待反应结束后即可将关节固定或骨缺损修补。

自20世纪60年代初骨水泥问世以来，主要的骨水泥研究内容有生物陶瓷、聚甲基丙烯酸甲酷(PMMA)骨水泥、磷酸钙、羟基磷灰石骨水泥等。

磷酸钙、羟基磷灰石骨水泥作为具有生物活性的骨水泥的代表，化学成分与人体骨组织的主要成分极为相似，生物相容性良好、可塑性好、聚合温度较低、具有与成骨活性相协调的生物活性。但磷灰石材料，生物降解性较差，缺乏骨诱导作用。

传统的聚甲基丙稀酸甲脂(PMMA)骨水泥尽管有一定的生物相容性和较高的力学强度，但是它不能直接诱导骨组织生长，与宿主骨之间的界面结合力低，容易松动，导致植入失败；以及PMMA骨水泥在固化时形成过高的热积聚温度易造成周围组织及脊髓损伤。

此外，传统的骨水泥多为填充型。若采用可注射的骨水泥，则对骨水泥的流动性和凝固性能进行调节，满足注射性能要求。利用医用注射器把骨水泥浆体注入到骨缺损部位，进行骨修复，可实现微创甚至无创伤治疗，简化了手术操作，减少患者的痛苦。

发明内容

本发明的目的是为临床医疗提供一种可注射且可降解骨水泥材料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的骨水泥是由固体粉剂-硼酸盐生物玻璃粉料和液相-改性壳聚糖溶胶液组成。固相粉末组份为30~40μm的硼酸盐生物玻璃粉，液相为壳聚糖，乙酸溶液，β-甘油磷酸二钠盐的混合溶胶。固相粉末与液相组份混合时能固化，形成具有一定机械强度和骨修复性能的固态物。混合初期，骨水泥为膏状浆体，通过调节硼酸盐玻璃粉末和混合液相的比例，可制备出具有较好注射性能的可降解硼酸盐玻璃骨水泥。随后，硼酸盐玻璃粉和液相反应，浆体开始固化，骨水泥即固化为一定形状。

一种骨水泥，由包含以下重量百分比的组分制成：

硼酸盐生物玻璃粉（固相） 50-80%；

改性壳聚糖溶胶液（液相） 20-50%；

其中所述的硼酸盐生物玻璃粉，由包含以下摩尔百分比的组分构成：

网络形成体 30-80%，

网络外体 20-70%；

所述的网络形成体由包含以下摩尔百分比的组分构成：

B₂O₃ 30-90%，

P₂O₅ 10-70%，

SiO₂ 0-40%；

所述的网络外体由包含以下摩尔百分比的组分构成：

碱金属氧化物 30-50%，

碱土金属氧化物 50-70%，

过渡金属氧化物 0-10%。

所述的碱金属氧化物选自Na₂O或K₂O中的一种或两种。

所述的碱土金属氧化物选自CaO、MgO或SrO中的一种或一种以上。

所述的过渡金属氧化物选自ZnO、CuO、Fe₂O₃、FeO或TiO₂中的一种或一种以上。

所述的改性壳聚糖混合溶胶，由包含以下质量百分数的组分制成：

壳聚糖 1-5%，

乙酸 2-6%，

β-甘油磷酸二钠盐 6-12%，

去离子水 77-91%。

上述骨水泥的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备硼酸盐生物玻璃粉料

称取各组分原料，其中包括由摩尔百分比为30-90%的B₂O₃，10-70%的P₂O₅和0-40%的SiO₂构成的网络形成体，以及由摩尔百分比为30-70%的碱金属氧化物、30-70%的碱土金属氧化物和0-10%过渡金属氧化物构成的网络外体，且在玻璃组成中，网络形成体与网络外体这两者的摩尔百分比分别为30-80%和20-70%；

将上述各组分原料混合均匀，加热熔融；

将上述熔融的混合物物料淬冷成硼酸盐生物玻璃块，依次经过粉碎、球磨细碎并筛分得到硼酸盐生物玻璃粉料；

（2）制备改性壳聚糖混合溶胶

按照骨水泥液相各组分原料配比，称取质量百分比为2-6%的乙酸、1-5%壳聚糖、6-12%的β-甘油磷酸二钠盐，按顺序逐步加入质量百分比为77-91%的去离子水中，加入的同时对溶液进行搅拌混合，混合1-3小时，均匀后即得到骨水泥液相：改性壳聚糖混合溶胶；

（3）骨水泥的制备

将步骤（1）和（2）制备的硼酸盐生物玻璃粉料和改性壳聚糖溶胶液相按照重量百分比为50-80%的硼酸盐生物玻璃粉料和20-50%的改性壳聚混合溶胶混合均匀，得到骨水泥浆体。

所述的步骤（1）的熔融温度为1000-1400℃，熔制保温时间为0.5-8小时。

所述的步骤（1）中硼酸盐生物玻璃粉料的颗粒尺寸为30-40微米。

所述的步骤（2）中，混合条件为常温磁力搅拌1-3小时。

所述的步骤（3）中，骨水泥浆体变硬固化2-20分钟后，得到骨水泥制品。所述的变硬固化是指硼酸盐生物玻璃粉料与改性壳聚糖液混合溶液相混合时，硼酸盐生物玻璃粉即与液相各组分反应，使骨水泥浆体凝聚、变硬、成具有一定形状的固体。

一种上述骨水泥用作骨填充物或骨组织工程支架材料的用途，可应用于骨修复或治疗骨质疏松。

所述的用途包含如下步骤：将所述的将骨水泥浆体注射入到骨空腔，对骨缺损部位进行修复。

一种上述骨水泥用作药物载体的用途。优选局部给药。

所述用途包含如下步骤：

（1）将硼酸盐生物玻璃粉与药物粉体混合均匀，然后将混合物置于医用无菌注射器中；

（2）然后抽取壳聚糖溶胶液，其中硼酸盐生物玻璃粉与改性壳聚糖溶胶液的重量百分比含量分别为50-80%和20-50%，并激烈地充分摇匀，得到含药物的可注射骨水泥，注射入到骨空腔。

所述的步骤（1）中药物的装载量为1g硼酸盐生物玻璃粉装载2-300mg药物。

本发明制备的可注射且可降解骨水泥是以可被人体降解的硼酸盐生物玻璃，可被人体降解并吸收的壳聚糖以及人体组成成分β-甘油磷酸的钠盐作为直接原料。

本发明提出的可注射且可降解骨水泥的制备方法，采用价格低廉的化学原料，制备出可注射性能优异，可快速固化的骨水泥。该可注射且可降解的骨水泥被植入人体后，骨水泥逐渐降解，可在骨水泥上原位形成羟基磷灰石形体，与宿主骨紧密结合，具有生物活性，而且降解过程完成后，骨水泥能全部转化为骨组织。

本发明提供的一种可注射且可降解骨水泥，该类可注射且可降解骨水泥具有优异的生物相容性生物降解性能，骨传导和骨诱导性能，能促进成骨细胞增殖和分化，具有优异的成骨性能，可促进新骨生长，可应用于诸如粉碎性骨折，骨缺损和骨坏死等组织工程领域。

本发明的可注射且可降解骨水泥具有以下特点：

1.本发明所提及的硼酸盐生物玻璃，具有优异的生物活性和生物相容性，在人体体液中能形成纳米羟基磷灰石。更重要的是在人体体液中，最终可以完全降解，具有其它生物玻璃不具备的生物降解和吸收作用。此类可降解的生物玻璃材料，可以作为组织工程中骨细胞生长的主要支架材料。可降解的硼酸盐生物玻璃是由B₂O₃或P₂O₅或SiO₂组成的玻璃网络，该类型玻璃主要是由硼三面体(或少量硼四面体)，磷三面体(或双键断裂后成磷四面体)，硅四面体所组成，它们在空间的连接程度有限，易于形成断键，具有很高程度的化学活性。与人体组织相类似的含磷溶液接触后，空间网络被溶解，玻璃结构中的硼、钠、钾、钙等离子析出，能刺激骨细胞的生长，而在玻璃中钙则与磷原位形成羟基磷灰石，构成骨组织中的无机矿物质，形成骨组织。

2.本发明所提及的改性壳聚糖溶胶液相为壳聚糖、乙酸、β-甘油磷酸二钠盐混合溶胶。壳聚糖具有无毒、可降解和生物相容特性，在人体内会降解为无毒的小分子而被吸收。此外，壳聚糖还可以促进诸如免疫力、抗菌性等生物活性，促进伤口愈合，且与人体有更好的相容性，已经被作为组织工程支架和药物载体进行了广泛的研究。而β-甘油磷酸是人体的组成物质，在磷代谢失衡时，能够为人体提供磷源。

3.传统的聚甲基丙稀酸甲脂(PMMA)骨水泥尽管有一定的生物相容性和较高的力学强度，但是它不能直接诱导骨组织生长，与宿主骨之间的界面结合力低，容易松动，导致植入失败；且PMMA骨水泥在硬固时形成过高的热积聚温度易造成周围组织及脊髓损伤。与PMMA骨水泥相比，本发明降解后的产物在人体内降解后，固相转化为羟基磷灰石，类似于人体骨骼的无机组成，在体内无明显的排斥反应和毒副作用。

4.临床上推广的磷酸钙骨水泥也是生物活性较好的一种无机材料，与骨组织有良好的相容性和亲和力。但磷灰石材料生物降解性较差，缺乏骨诱导作用。与磷酸钙骨水泥相比，本发明的骨水泥与体液接触反应，可生成与人体骨组织的无机矿物成分相似的纳米羟基磷灰石Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂。除具有较好的生物相容性外，还具有优异的骨传导和骨诱导性能，能够促进细胞分化增殖，与人体骨骼具有优异的结合性能。

5.本发明的骨水泥具有优异的可注射性，利用医用注射器即可将骨水泥注射入骨骼修复部位，之后马上凝结成具有一定强度的固体，可实现微创甚至无创伤治疗。

6.本发明的骨水泥具有优异的抗溃散性能，在体内环境下，不会因为体液或血液的流动而分散。

7.本发明的骨水泥具有合适的初凝时间。通过调节固相组分与液相组分的比例，可调整骨水泥的流动性能和初凝时间，从而适合于注射，应用于临床中的微创手术。

8.本发明的骨水泥可以承载药物，用于药物缓释，局部给药。壳聚糖的类纤维结构和络合性质，使其可以延缓药物的释放。骨水泥浸泡于含磷溶液后，表面形成的羟基磷灰石和壳聚糖的延缓药物释放，使药物有控制地局限于载体之中，从而可抑制早期药物的爆发性释放，并实现后期药物的持续缓慢的释放，具有药物缓释功能。

9.不需要特别的仪器与设备，也不需要昂贵的原料，将可降解的硼酸盐生物玻璃固相和可降解吸收的液相混合均匀，在体温下即可固化，制备出具有优异的生物活性和生物相容性，且可降解的骨水泥。

因此该法制备的可注射骨水泥相比其它骨水泥更具备不可比拟的优点。

附图说明

图1本发明实施例中可注射且可降解骨水泥在不同质量比时的初凝时间。

图2本发明实施例中可注射且可降解骨水泥在不同质量比时的抗压强度。

图3本发明实施例中可注射且可降解骨水泥在磷酸盐缓冲溶液中浸泡90天后的XRD图。

图4本发明实施例中可注射且可降解骨水泥在磷酸盐缓冲溶液中浸泡90天后，骨水泥的失重曲线。

图5本发明实施例中承载10%抗菌素药物-利福平的可注射且可降解骨水泥在PBS的药物释放曲线。

图6本发明实施例中骨水泥植入不同时间的X光片图。(a)为骨水泥植入4周后的X光图；(b)为骨水泥植入8周后的X光图；(c)为骨水泥植入12周后的X光图。

图7本发明实施例中植入兔子骨缺损部位3个月后，可注射且可降解骨水泥的微观结构电镜照片。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1

（1）固相硼酸盐玻璃粉的制备：

按照表1的硼酸盐生物玻璃组成，称取各组分原料，混合均匀后，将原始配料至于铂金坩埚内在1100-1150℃的硅钼炉中，熔制4h，取出后将所得的澄清玻璃液倒在已预热的钢板上得到玻璃块。将所得玻璃块利用各种粉碎设备进一步粉碎分级，选取颗粒直径位于30-40μm的粉末待用备用。

表1

表1中最后一行数字为各物质占硼酸盐玻璃粉的摩尔百分比(下表同)。

（2）液相改性壳聚糖混合溶胶的制备：

制备各组分质量百分比如下的骨水泥液相：乙酸2%，壳聚糖1%，β-甘油磷酸二钠6%，去离子水91%。将2g的冰乙酸与91g的去离子水混合，配制乙酸溶液。后称取1g的壳聚糖(98%去乙酰化)溶于配制好的乙酸溶液中，磁力搅拌1小时，使溶液澄清透明，制备壳聚糖/乙酸混合溶液。接着称取6g的β-甘油磷酸二钠，溶解于制备的壳聚糖/乙酸混合溶液，并接着磁力搅拌1小时，混合均匀后即为骨水泥液相，改性壳聚糖溶胶。

（3）可注射且可降解的骨水泥浆体的制备：

将上述的硼酸盐生物玻璃粉与上述的改性壳聚糖溶胶按照质量百分比为80%：20%的比例混合，室温下在玛瑙研钵中充分的研磨2分钟，混合均匀后即为骨水泥浆体，可用作骨填充物，修复骨缺损。

实施例2

（1）按照表2的硼酸盐生物玻璃组成，称取各组分原料，制备原始配料，混合均匀后，将原始配料至于铂金坩埚内在1100-1150℃的硅钼炉中，熔制4h，取出后将所得的澄清玻璃液倒在已预热的钢板上得到玻璃块。将所得玻璃块利用各种粉碎设备进一步粉碎分级，选取颗粒直径位于30-40μm的粉末待用备用。

表2

（2）制备各组分质量百分比如下的骨水泥液相：乙酸3%，壳聚糖2%，β-甘油磷酸二钠7%，去离子水88%。将3g的冰乙酸与88g的去离子水混合，配制乙酸溶液。后称取2g的壳聚糖(98%去乙酰化)溶于配制好的乙酸溶液中，磁力搅拌1小时，使溶液澄清透明，制备壳聚糖/乙酸混合溶液。接着称取7g的β-甘油磷酸二钠，溶解于制备的壳聚糖/乙酸混合溶液，并接着磁力搅拌1小时，混合均匀后即为骨水泥液相，改性壳聚糖溶胶。

（3）取上述制得的硼酸盐生物玻璃粉和液相，按照硼酸盐生物玻璃粉与改性壳聚糖溶胶液的质量百分比为50%：50%，66.7%：33.3%，75%：25%，80%：20%的比例混合，制备骨水泥浆体。

利用医用注射器表征可注射硼酸盐骨水泥的可注射性能。准确称量测试前注射器的重量M₀，骨水泥浆体置于注射器中的重量M₁，以及骨水泥浆体挤出医用注射器后的重量M₂，利用公式(1)计算新型可注射且可降解骨水泥的可注射性，骨水泥的可注射性能见表9。由表9可知，随着骨水泥中固相的含量增加，可注射性逐渐变差。因此，可以通过调节骨水泥中固相和液相的质量比，制备可注射性适合于临床应用的骨水泥。

公式(1)：骨水泥的可注射性能J%=[(M₁-M₂)÷(M₁-M₀)]*100%

实施例3

（1）按照表3的硼酸盐生物玻璃组成，称取各组分原料，制备原始配料，混合均匀后，将原始配料至于铂金坩埚内在1100-1150℃的硅钼炉中，熔制4h，取出后将所得的澄清玻璃液倒在已预热的钢板上得到玻璃块。将所得玻璃块利用各种粉碎设备进一步粉碎分级，选取颗粒直径位于30-40μm的粉末待用备用。

表3

（2）制备各组分质量百分比如下的骨水泥液相：乙酸4%，壳聚糖3%，β-甘油磷酸二钠9%，去离子水84%。将4g的冰乙酸与84g的去离子水混合，配制乙酸溶液。后称取3g的壳聚糖(98%去乙酰化)溶于配制好的乙酸溶液中，磁力搅拌1小时，使溶液澄清透明，制备壳聚糖/乙酸混合溶液。接着称取9g的β-甘油磷酸二钠，溶解于制备的壳聚糖/乙酸混合溶液，并接着磁力搅拌1小时，混合均匀后即为骨水泥液相，改性壳聚糖溶胶。

（3）取制上述得的硼酸盐生物玻璃粉和液相，按照硼酸盐生物玻璃粉与改性壳聚糖溶胶液的质量百分比为50％∶50%，66.7％∶33.3%，75%：25%，80%：20%的比例混合，制备骨水泥浆体。

并将骨水泥浆体填到自制的模具中，在37℃、湿度为99%的恒温恒湿箱中养护。利用水泥稠度仪测定硼酸盐骨水泥的初凝时间，结果如图1。随着骨水泥中固相的含量增加，初凝时间逐渐变短。表明，通过调节骨水泥中固相和液相的质量比，能够制备出初凝时间符合临床需求的骨水泥。

实施例4

（1）按照表4的硼酸盐生物玻璃组成，称取各组分原料，制备原始配料，混合均匀后，将原始配料至于铂金坩埚内在1100-1150℃的硅钼炉中，熔制4h，取出后将所得的澄清玻璃液倒在已预热的钢板上得到玻璃块。将所得玻璃块利用各种粉碎设备进一步粉碎分级，选取颗粒直径位于30-40μm的粉末待用备用。

表4

（2）制备各组分质量百分比如下的骨水泥液相：乙酸5%，壳聚糖4%，β-甘油磷酸二钠10%，去离子水81%。将5g的冰乙酸与81g的去离子水混合，配制乙酸溶液。后称取4g的壳聚糖(98%去乙酰化)溶于配制好的乙酸溶液中，磁力搅拌1小时，使溶液澄清透明，制备壳聚糖/乙酸混合溶液。接着称取10g的β-甘油磷酸二钠，溶解于制备的壳聚糖/乙酸混合溶液，并接着磁力搅拌1小时，混合均匀后即为骨水泥液相，改性壳聚糖溶胶。

（3）取上述制得的硼酸盐生物玻璃粉和液相，按照硼酸盐生物玻璃粉与改性壳聚糖溶胶液的质量百分比分别为50%：50%，66.7%：33.3%，75%：25%，80%：20%的比例混合，制备骨水泥浆体。

将制备好的骨水泥浆体立即浸泡到37℃的模拟体液(SBF)中，并置于振荡器中。在37℃下以180次/min的速率摇动5min，10min，30min和60min后，所有质量比的骨水泥样品的宏观形态未发生明显变化，浸泡液未明显浑浊，说明制备的骨水泥具有优异的抗溃散性能。

实施例5

可注射且可降解骨水泥制品的抗压强度表征

（1）按照表5的硼酸盐生物玻璃组成，称取各组分原料，制备原始配料，混合均匀后，将原始配料至于铂金坩埚内在1100-1150℃的硅钼炉中，熔制4h，取出后将所得的澄清玻璃液倒在已预热的钢板上得到玻璃块。将所得玻璃块利用各种粉碎设备进一步粉碎分级，选取颗粒直径位于30-40μm的粉末待用备用。

表5

（2）制备各组分质量百分比如下的骨水泥液相：乙酸3%，壳聚糖2%，β-甘油磷酸二钠8%，去离子水87%。将3g的冰乙酸与87g的去离子水混合，配制乙酸溶液。后称取2g的壳聚糖(98%去乙酰化)溶于配制好的乙酸溶液中，磁力搅拌1小时，使溶液澄清透明，制备壳聚糖/乙酸混合溶液。接着称取8g的β-甘油磷酸二钠，溶解于制备的壳聚糖/乙酸混合溶液，并接着磁力搅拌1小时，混合均匀后即为骨水泥液相，改性壳聚糖溶胶。

（3）分别取制得的硼酸盐生物玻璃粉和液相，按照硼酸盐生物玻璃粉与改性壳聚糖溶胶液的质量百分比为50％∶50%，66.7％∶33.3%，75%：25%，80%：20%的比例混合，制备骨水泥浆体。

将骨水泥浆体填到自制的模具中，制备10mm*Φ5mm的骨水泥圆柱，并置于37℃、湿度为99%的恒温恒湿箱中养护一天。取出骨水泥圆柱，利用通过电子万能实验机对样品的抗压强度进行检测,压头速率为0.5mm/min，结果如图2。如图所示，随着骨水泥中固相硼酸盐玻璃粉含量的增加，骨水泥的抗压强度也随之增加，因此可以通过调节骨水泥中固相和液相的质量比，制备出抗压强度较好的骨水泥制品。

实施例6

可注射且可降解骨水泥制品的体外生物活性和降解性能

（1）按照表6硼酸盐生物玻璃组成，称取各组分原料，制备原始配料，混合均匀后，将原始配料至于铂金坩埚内在1100-1150℃的硅钼炉中，熔制4h，取出后将所得的澄清玻璃液倒在已预热的钢板上得到玻璃块。将所得玻璃块利用各种粉碎设备进一步粉碎分级，选取颗粒直径位于30-40μm的粉末待用备用。

表6

（2）制备各组分质量百分比如下的骨水泥液相：乙酸5%，壳聚糖4%，β-甘油磷酸二钠10%，去离子水81%。将5g的冰乙酸与81g的去离子水混合，配制乙酸溶液。后称取4g的壳聚糖(98%去乙酰化)溶于配制好的乙酸溶液中，磁力搅拌2小时，使溶液澄清透明，制备壳聚糖/乙酸混合溶液。接着称取10g的β-甘油磷酸二钠，溶解于制备的壳聚糖/乙酸混合溶液，并接着磁力搅拌1小时，混合均匀后即为骨水泥液相，改性壳聚糖溶胶。

（3）分别取硼酸盐生物玻璃粉6g和液相2g，按照硼酸盐生物玻璃粉与改性壳聚糖溶胶液的质量百分比为75%：25%的比例混合，制备骨水泥浆体，并将骨水泥浆体填到自制模具中，制备3.5mm*Φ4.7mm的骨水泥圆片。4粒骨水泥圆片浸泡于10ml的磷酸盐缓冲溶液(PBS)，并置于37℃、湿度为99%的恒温恒湿箱。骨水泥中的硼酸盐生物玻璃与PBS发生反应，转化为羟基磷灰石，利用骨水泥的失重表征其降解性能。三个月后，对浸泡产物作XRD分析，说明产物中有羟基磷灰石生成(如图3)，骨水泥已经降解，部分成份溶解在PBS溶液中，并失重了43%左右(如图4)，说明本发明制备的可注射且可降解骨水泥具有优异的生物活性和降解性。

实施例7

可注射且可降解骨水泥作为药物载体，承载抗菌素药物的实验

（1）按照表7的硼酸盐生物玻璃组成，称取各组分原料，制备原始配料，混合均匀后，将原始配料至于铂金坩埚内在1100-1150℃的硅钼炉中，熔制4h，取出后将所得的澄清玻璃液倒在已预热的钢板上得到玻璃块。将所得玻璃块利用各种粉碎设备进一步粉碎分级，选取颗粒直径位于30-40μm的粉末待用备用。

表7

（2）制备各组分质量百分比如下的骨水泥液相：乙酸6%，壳聚糖5%，β-甘油磷酸二钠12%，去离子水77%。将6g的冰乙酸与77g的去离子水混合，配制乙酸溶液。后称取5g的壳聚糖(98%去乙酰化)溶于配制好的乙酸溶液中，磁力搅拌2小时，使溶液澄清透明，制备壳聚糖/乙酸混合溶液。接着称取12g的β-甘油磷酸二钠，溶解于制备的壳聚糖/乙酸混合溶液，并接着磁力搅拌1小时，混合均匀后即为骨水泥液相，改性壳聚糖溶胶液。

（3）将上述制得的硼酸盐生物玻璃粉与抗生素药物-利福平粉体混合均匀，药物的装载量为：1g玻璃粉装载100mg药物，作为固相。称量4g硼酸盐生物玻璃粉与抗生素药物-利福平的混合粉体，并量取2g制得的液相，按照硼酸盐生物玻璃粉与改性壳聚糖溶胶液的质量百分比为66.7%和33.3%，制备骨水泥浆体，将并将骨水泥浆体填到自制模具中，制备3.5mm*Φ4.7mm的骨水泥圆片。

4粒骨水泥圆片浸泡于10ml的磷酸盐缓冲溶液(PBS)，并置于37℃、湿度为99%的恒温恒湿箱。随着浸泡的深入，骨水泥中的抗生素药物-利福平会逐渐释放到PBS中，高性能液相色谱等测定PBS中的药物含量。结果如图5所示。初期，释放较快，浸泡1天后，药物释放了总量的39%，1星期后释放总量为64%。随后，药物释放速率逐渐减小。药物释放时间持续达4周，浸泡30天后，药物的释放总量为90%。因此，可注射且可降解骨水泥能作为药物载体，具有局部给药的功能。

实施例8

新型可注射且可降解骨水泥用于治疗兔子的骨缺损

（1）按照表8的硼酸盐生物玻璃组成，称取各组分原料，制备原始配料，混合均匀后，将原始配料至于铂金坩埚内在1100-1150℃的硅钼炉中，熔制4h，取出后将所得的澄清玻璃液倒在已预热的钢板上得到玻璃块。将所得玻璃块利用各种粉碎设备进一步粉碎分级，选取颗粒直径位于30-40μm的粉末待用备用。

表8 固相硼酸盐生物玻璃的化学组成

（2）制备各组分质量百分比如下的骨水泥液相：乙酸6%，壳聚糖5%，β-甘油磷酸二钠12%，去离子水77%。将6g的冰乙酸与77g的去离子水混合，配制乙酸溶液。后称取5g的壳聚糖(98%去乙酰化)溶于配制好的乙酸溶液中，磁力搅拌2小时，使溶液澄清透明，制备的壳聚糖/乙酸混合溶液。接着称取12g的β-甘油磷酸二钠，溶解于制备的壳聚糖/乙酸混合溶液，并接着磁力搅拌1小时，混合均匀后即为骨水泥液相，改性壳聚糖溶胶。

（3）取上述制得的硼酸盐生物玻璃粉10g置于20mL的医用无菌注射器中，然后按照硼酸盐生物玻璃粉与壳聚糖溶胶液的质量百分比为66.7％∶33.3%，抽取制得的5g壳聚糖溶胶液相，大力地充分摇晃并抽动医用无菌注射器，使硼酸盐玻璃粉和改性壳聚糖溶胶液相充分混合均匀，得到骨水泥浆体。

将上述骨水泥浆体注射入兔子骨缺损部位，对骨缺损部位进行修复。

图6骨水泥植入不同时间的X光片图。植入4周后，如图6(a)，骨水泥密度较宿主骨密度高，和宿主骨分界清楚；可见骨痂生长，材料两端和骨结合。植入8周后，如图6(b)，骨水泥密度降低，材料两端和骨基本融合，由于材料体内降解，材料中间出现低密度。植入12周后，如图6(c)，骨水泥降解、骨生成明显，骨塑形基本完成。图7为骨水泥植入兔子骨缺损部位3个月后，可注射且可降解骨水泥的微观结构照片。微观结构显示骨水泥的周围有细胞或胶状类物质，已经诱导成骨细胞在其上生长。因此本发明制备的可注射且可降解骨水泥具有优异的骨传导，骨诱导性能。

表9是实施例2可注射性能的附表。

表9

质量比	可注射性（%）
		1：1	94.05521
2：1	90.61331
		3：1	72.05263
4：1	50.33162

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种骨水泥，其特征在于：由包含以下重量百分比的组分制成：

硼酸盐生物玻璃粉 50-80％；

改性壳聚糖溶胶液 20-50％；

所述的硼酸盐生物玻璃粉，由包含以下摩尔百分比的组分构成：

网络形成体 30-80％，

网络外体 20-70％；

所述的网络形成体由包含以下摩尔百分比的组分构成：

B₂O₃ 30-90％，

P₂O₅ 10-70％，

SiO₂ 0-40％；

所述的网络外体由包含以下摩尔百分比的组分构成：

碱金属氧化物 30-50％，

碱土金属氧化物 50-70％，

过渡金属氧化物 0-10％；

所述的改性壳聚糖溶胶液，由包含以下质量百分数的组分制成：

2.根据权利要求1所述的骨水泥，其特征在于：所述的碱金属氧化物选自Na₂O或K₂O中的一种或两种；

或所述的碱土金属氧化物选自CaO、MgO或SrO中的一种或一种以上；

或所述的过渡金属氧化物选自ZnO、CuO、Fe₂O₃、FeO或TiO₂中的一种或一种以上。

3.权利要求1-2中任一所述的骨水泥的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)制备硼酸盐生物玻璃粉料

称取各组分原料，其中包括由摩尔百分比为30-90％的B₂O₃，10-70％的P₂O₅和0-40％的SiO₂构成的网络形成体，以及由摩尔百分比为30-50％的碱金属氧化物、50-70％的碱土金属氧化物和0-10％过渡金属氧化物构成的网络外体，且网络形成体与网络外体这两者之间的摩尔百分比分别为30-80％，20-70％；

将上述各组分原料混合均匀，加热熔融；

(2)制备改性壳聚糖溶胶液

按照骨水泥液相各组分原料配比，称取质量百分比为2-6％的乙酸、1-5％的壳聚糖、6-12％的β-甘油磷酸二钠盐，按顺序逐步加入质量百分比为77-91％的去离子水中，加入的同时对溶液进行搅拌混合，混合均匀后即得到骨水泥液相：改性壳聚糖溶胶液；

(3)骨水泥的制备

将步骤(1)和(2)制备的硼酸盐生物玻璃粉料和改性壳聚糖溶胶液按照重量百分比为50-80％的硼酸盐生物玻璃粉料和20-50％的改性壳聚溶胶液混合均匀，得到骨水泥浆体。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)的熔融温度为1000-1400℃，熔制保温时间为0.5-8小时；

或所述的步骤(1)中硼酸盐生物玻璃粉料的颗粒尺寸为30-40微米；

或所述的步骤(2)中，混合条件为常温磁力搅拌1-3小时；

或所述的步骤(3)中，骨水泥浆体硬固化2-20分钟后，得到骨水泥制品。