CN103690992A - 一种可注射型生物活性骨水泥及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可注射型生物活性骨水泥，分为粉末部分和液体部分，粉末部分包括表面修饰后的羟基磷灰石粉末、高分子量的PMMA粉末、氧化苯甲酰、造影剂和对苯二酚；液体部分包括对苯二甲酸二甲酯溶液和甲基丙烯酸甲酯溶液。更进一步提供了可注射型生物活性骨水泥的制备方法和应用，采用本发明的方法制备所得的骨水泥具有适合注射的固液比。该骨水泥力学性能能够达到国家标准且生物相容性好。

Description

一种可注射型生物活性骨水泥及其制备方法和应用

技术领域

    本发明涉及生物材料领域，更具体地，涉及一种可注射型生物活性骨水泥及其制备方法和应用。

背景技术

    骨水泥区别于其他的骨修复材料的最突出特点，就是其在尚未完全固化时，可任意塑型，因此可灵活应用于各种复杂的骨缺损创面，具有很强的可操作性。同时，由于骨水泥具有可注射性，可最大限度减少小手术创口的面积，加快康复速度，减轻患者痛苦，故而常用于骨组织的填充材料和支架材料，起到支撑作用，是骨组织应用材料不可缺少的一员。PMMA骨水泥通常由固、液两部分组成，在室温下混合后可任意塑型，经过化学反应，迅速固化，且固化后具有一定的力学强度。但由于其不具备生物活性与降解性能，加上植入体内时放热会灼伤周围组织、以及单体毒性等问题限制了PMMA骨水泥在临床上的广泛应用。

    许多材料表明，想要在植入的骨修复材料与骨组织之间建立一种较好的联系，需要在材料与骨之间形成一层与骨组织结构相识的磷钙中间层，也就是说，赋予材料一定生物活性。在骨水泥中渗入一定比例的羟基磷灰石，是一种比较比较有效的改性方法，被广泛应用于提高骨修复材料的生物活性中。因为，羟基磷灰石是人硬组织的主要成分之一，与骨组织有良好的生物相容性。

发明内容

    为了得到生物相容性好的骨水泥，本发明先提供一种可注射型生物活性骨水泥，分为粉末部分和液体部分，粉末部分包括表面修饰后的羟基磷灰石粉末、高分子量的PMMA粉末、氧化苯甲酰、造影剂和对苯二酚；液体部分包括对苯二甲酸二甲酯溶液和甲基丙烯酸甲酯溶液。

    所述的高分子量的PMMA粉末的分子量为50万~70万。

    所述的粉末部分，按重量份计，包括

表面修饰后的羟基磷灰石粉末     40~45份，

高分子量的PMMA粉末          35~45份，

氧化苯甲酰                     3~4份，

造影剂                         8~10份，

对苯二酚                       2~4份。

    所述的液体部分中苯二甲酸二甲酯溶液和甲基丙烯酸甲酯溶液的重量比为1：210~220，所述的苯二甲酸二甲酯溶液中苯二甲酸二甲酯的含量为4‰~6‰，所述的甲基丙烯酸甲酯溶液中甲基丙烯酸甲酯的含量为99.4%~99.6%。

    所述的粉末部分和液体部分按重量比为1：1~1.5。

    所述的造影剂为BaSO₄。

    进一步提供一种上述的可注射型生物活性骨水泥的制备方法，包括以下步骤：

S1. 将表面修饰后的羟基磷灰石粉末、高分子量的PMMA粉末、氧化苯甲酰、造影剂和对苯二酚混合，消毒后，得骨水泥的粉末部分；

S2. 将对苯二甲酸二甲酯溶液和甲基丙烯酸甲酯溶解于溶剂中，得骨水泥的液体部分；

使用时，将S1所的粉末部分和S2所得的液体部分混合，成型即可。

    更具体地，提供一种上述的可注射型生物活性骨水泥在制备骨科植入材料中的应用。

在本发明中提到的修饰后的羟基磷灰石粉末、高分子量的PMMA粉末在本发明人的申请（申请号为201310545809.8，发明名称为一种可注射复合型骨水泥及其制备方法和应用）中都有提到，具体公开内容如下：

纳米羟基磷灰石的合成；

称取(CaNO₃)₂ 4H₂O和 (NH₄)₂HPO₄粉末溶解于水中，在超声搅拌的条件下，将(NH₄)₂HPO₄溶液滴加到(CaNO₃)₂

4H₂O溶液中，加入分散剂，调节pH，陈化，离心，水洗，即得。

P（MMA-co-MPS）的合成：

在惰性气体下，将甲基丙烯酸甲酯、偶氮二异丁腈、硅烷偶联剂和四氢呋喃加入容器中，在60~70℃搅拌反应6~8小时，即得 P（MMA-co-MPS）。

P(MMA-co-MPS)-HA（即表面修饰后的羟基磷灰石粉末）的制备:

将乙醇/水的混合溶液用冰醋酸调节至酸性，将P（MMA-co-MPS）加入其中，再加入上述制备所得的纳米羟基磷灰石，调节至碱性，将产物过滤干燥，再用四氢呋喃超声洗涤，即得。

高分子量PMMA的合成：

将聚乙烯醇 溶于蒸馏水中，搅拌下充分溶解后，加入甲基丙烯酸甲酯 (及过氧化二苯甲酰，升温至60~100℃，反应5~6h后，将所得的产物用蒸馏水洗3~5次，置于70~90℃烘箱中干燥4~8h，即得，将所得的高分子量PMMA碾磨成颗粒，待用。

其中，MMA：甲基丙烯酸甲酯；BPO：过氧化二苯甲酰

PMMA：聚甲基丙烯酸甲酯；BaSO₄：硫酸钡；DMT：对苯二甲酸二甲酯；MPS：硅烷偶联剂；THF：四氢呋喃；PVA：聚乙烯醇。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明公开的骨水泥，是一种可任意塑性的骨水泥，应用广泛。

（2）本发明公开的骨水泥制备方法，含有高含量的羟基磷灰石，大大提高了PMMA骨水泥的生物相容性，促进骨水泥的矿化作用

（3）本发明公开的骨水泥制备方法，能较好地去除合成过程中的有毒物质，细胞毒性试验证明骨水泥是无有毒性的，同时，溶血实验结果显示其并与血液有良好的相容性。

附图说明

图1为骨水泥的压缩强度的表征图。

图2为骨水泥的细胞毒性结果图。

图3为骨水泥的血液相容性结果图。

图4为骨水泥的矿化结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、设备和方法为本技术领域常规市购的试剂、设备和常规使用的方法。

实施例1

    第一步，使用30ml丙酮溶液溶解5g P(MMA-co-MPS)粉末后，加入90%乙醇/水的混合溶液并调节溶液PH值至3.5-4.0，反应一个小时后，加入事先超声分散好的含有8g羟基磷灰石悬液200ml并调节整个体系的PH值至10.0，反应过夜，将产物过滤，用四氢呋喃超声清洗三次，真空干燥得到P(MMA-co-MPS)-HA粉末。

    第二步，将第一步中所得的表面修饰后的羟基磷灰石粉末0.4g与分子量为70万的PMMA粉末0.6g混合并经消毒后即得骨水泥的粉末部分。骨水泥的液体部分由溶解有0.03gBPO和14ul DMT的MMA溶液2ml组成。将骨水泥粉末组分与液体组分混合后搅拌混匀，经注射器注射成型。对照组的骨水泥中使用的羟基磷灰石为未修饰的羟基磷灰石。力学性能实验结果如图1，实验组的压缩强度明显高于对照组，且达到国家标准。

实施案2

    细胞毒性实验样品尺寸为：高6mm，直径6.5mm的圆柱体。使用的骨水泥样品为实施例1所述的骨水泥。

    第一步，浸提液的制备: 各骨水泥样品分别使用酒精，磷酸缓冲液(PBS)泡24小时后，使用完全培养基浸泡24小时得到对照组和实验组骨水泥的两组浸提液。

    第二步，细胞的接种：以完全培养基为空白组，每孔接种5000-10000个人成骨细胞(HFOB),于37℃，5%CO₂环境下培养24小时和48小时后，测得细胞存活率(MTT)。实验结果如图2，相对于空白组，实验组和对照组的细胞存活率均高于80%，说明材料是无毒性的。

实施案例3

    溶血率实验样品尺寸：高10mm，宽10mm的圆柱体，使用的骨水泥样品为实施例1所述的骨水泥。

    第一步，浸提液的制备: 每个骨水泥样品使用酒精浸泡消毒24小时后，使用磷酸缓冲液(PBS),按0.5ml/g的比例37℃下浸泡48小时得到浸提液。

    第二步，将HA/PMMA骨水泥材料PBS浸提液、PBS(阴性对照)和双蒸水(阳性对照),每组各5份,每管2ml。

    第三步，每管分别加入2%新鲜健康人血悬液2mL，37℃下孵育4小时后,1000r/min离心5min ，取上清1mL,在酶标仪下测定540nm处各样品的吸光度。

    第四步，溶血率的计算：溶血率＝(样品吸光度－阴性对照吸光度)/(阳性对照吸光度－阴性对照吸光度)。实验结果如图3，实验组与对照组骨水泥的溶血率均低于5%，且实验组的溶血率更低，说明两组骨水泥均具有良好的血液相容性，且实验组的相容性更好。

实施案例4

    矿化实验样品尺寸：高5mm，宽6mm的圆柱体，使用的骨水泥样品为实施例1所述的骨水泥。

    两组样品使用人模拟体液(SBF)浸泡3天后，使用PBS清洗骨水泥样品表面，烘干后使用扫描电镜(SEM)拍摄骨水泥表面矿化情况。实验结果如图4，相对于未浸泡前，两组骨水泥表面均新生成羟基磷灰石，说明这种骨水泥有利于矿化；再者，实验组在第三天形成的羟基磷灰石明显多余对照组，说明实验组的矿化性能优于对照组。

Claims (8)

1. 一种可注射型生物活性骨水泥，分为粉末部分和液体部分，其特征在于，粉末部分包括表面修饰后的羟基磷灰石粉末、高分子量的PMMA粉末、氧化苯甲酰、造影剂和对苯二酚；液体部分包括对苯二甲酸二甲酯溶液和甲基丙烯酸甲酯。

2. 根据权利要求1所述的可注射型生物活性骨水泥，其特征在于，所述的高分子量的PMMA粉末的分子量为50万~70万。

3. 根据权利要求1所述的可注射型生物活性骨水泥，其特征在于，所述的粉末部分，按重量份计，包括

表面修饰后的羟基磷灰石粉末     40~45份，

高分子量的PMMA粉末          35~45份，

氧化苯甲酰                     3~4份，

造影剂                         8~10份，

对苯二酚                       2~4份。

4. 根据权利要求1所述的可注射型生物活性骨水泥，其特征在于，所述的液体部分中苯二甲酸二甲酯溶液和甲基丙烯酸甲酯溶液的重量比为1：210~220，所述的苯二甲酸二甲酯溶液中苯二甲酸二甲酯的含量为4‰~6‰，所述的甲基丙烯酸甲酯溶液中甲基丙烯酸甲酯的含量为99.4%~99.6%。

5. 根据权利要求1所述的可注射型生物活性骨水泥，其特征在于，所述的粉末部分和液体部分按重量比为1：1~1.5。

6. 根据权利要求1所述的可注射型生物活性骨水泥，其特征在于，所述的造影剂为BaSO₄。

7. 一种根据权利要求1所述的可注射型生物活性骨水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 将表面修饰后的羟基磷灰石粉末、高分子量的PMMA粉末、氧化苯甲酰、造影剂和对苯二酚混合，消毒后，得骨水泥的粉末部分；

S2. 将对苯二甲酸二甲酯溶液和甲基丙烯酸甲酯溶解于溶剂中，得骨水泥的液体部分；

使用时，将S1所的粉末部分和S2所得的液体部分混合，成型即可。

8. 一种根据权利要求1所述的可注射型生物活性骨水泥在制备骨科植入材料中的应用。

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