CN105396175B - 含柠檬酸钙的骨水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于骨损伤修复医用材料领域，具体涉及一种含柠檬酸钙的骨水泥的制备方法与应用。本发明提供一种含柠檬酸钙的骨水泥，所述骨水泥由固相部分和液相部分组成，其中，固相部分由柠檬酸钙和磷酸钙盐复合而成，柠檬酸钙和磷酸钙盐的质量比为2～5︰1；并且，液固比为0.5～1.5︰1。本发明所提供得含柠檬酸钙的骨水泥具有良好的可塑性、骨引导性、骨诱导活性、细胞活性和较好的降解率的综合生物医学性能，适用于骨科、脑外科和颅颌面整形修复。

Description

含柠檬酸钙的骨水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于骨损伤修复医用材料领域，具体涉及一种含柠檬酸钙的骨水泥的制备方法与应用。
背景技术
各种创伤及慢性疾病如骨质疏松症等使骨折及骨缺损的发生率显著增加，如何使骨折及骨缺损更好更快地愈合已成为骨科医生研究的热点问题之一。钙是骨组织的主要矿物质之一，人体中99％的钙存在骨骼中，只有1％在细胞外液中循环，骨折早期沉积在骨痂中的钙主要来自于骨组织处，而不是饮食摄取，在骨折愈合的晚期阶段，饮食中的钙则成为主要来源，因此，需要在骨折及骨缺损早期愈合处填充骨移植生物材料，向骨组织处释放提供愈合所需要的钙离子。目前临床应用的人工骨填充修复材料主要有羟基磷灰石(HA)、磷酸钙(CPC)、生物玻璃、半水硫酸钙等，然而由于它们脆性大、力学性能不足、降解速度过慢或过快等因素，导致其在临床应用上受到限制。因此，有必要进一步开发新的骨填充修复材料。
柠檬酸钙具有可靠的安全性、较好的吸收性和生物相容性已被证实，通常作为食品添加剂和补钙制剂广泛应用。WANG Li-min等在Calcium citrate：a new biomaterialthat can enhance bone formation in situ(Li-ming W,Wei W,Xiu-cui L,Lei P,Zhong-qin L,Hua-zi X.Calcium citrate:a new biomaterial that can enhance boneformation in situ.Asian Pacific Journal of Tropical Medicine.2012:291-6.)中的研究表明，柠檬酸钙与骨形态发生蛋白2复合后具有良好的诱导成骨作用，可促进骨形成，并且，柠檬酸钙和骨形态发生蛋白2的复合物有一个很显著的优势性能就是它能够在植入兔子股骨踝骨2周后就能形成新骨，能够在骨折及骨缺损早期促进骨的愈合；Hu等在Strongly bound citrate stabilizes the apatite nanocrystals in bone(Hu Y Y,Rawal A,Schmidt-RohrK.Strongly bound citrate stabilizes the apatitenanocrystals in bone[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2010,107(52):22425-22429.)的研究中发现，在鱼类、鸟类和哺乳动物的的骨头中，柠檬酸盐是被高度束缚的，COO-官能团与磷灰石的钙离子的强烈束缚对骨头中纳米磷灰石的稳定和增厚起关键作用，由此可见，柠檬酸钙的两个部分：Ca2+和C6H5O7 3-都能在骨组织的修复中起到非常重要的作用。此外，中国专利申请CN200710179395.6《含柠檬酸钙的人体硬组织填充修复材料》中，将直接购买的柠檬酸钙与纤维蛋白胶、基乙烯基吡咯烷酮、壳聚糖、藻酸盐等混合后，在常温干燥情况下，采用压片法将混合粉末制成块状，也证明了柠檬酸钙具有具有良好的生物相容性、可降解性、药物缓释活性和较好的骨传导和修复作用，但是压片法制得的硬组织填充材料只是通过外界压力将粉末压到一起，并没有考虑加入固化液制成骨水泥的形态，其抗溃散能力低、抗压强度低，受压片机模具的限制不能任意成型，且由于市购的柠檬酸钙颗粒较大，其综合性能欠佳。
此外，HA(羟基磷石灰)和TTCP/DCPA都属于磷酸钙盐，由于Ca/P比均为1.67，所以又被称为羟基磷灰石型的自固化磷酸钙。HA由于其良好的生物相容性、生物活性、骨传导性及其与自然骨矿物相组分的相似性，从而在众多的人工合成骨替代物中脱颖而出，倍受瞩目；TTCP/DCPA即是磷酸四钙和无水磷酸氢钙按摩尔比1:1混合，由于TTCP具有较高的反应活性，与DCPA等摩尔混合后作为骨水泥的固相，可使体系pH值平衡，固化过程完全、彻底，避免了采用单一体系时会出现酸性副产物的情况，且固化产物为HA，因此作为传统的骨修复材料已被应用于临床。
综上所述，柠檬酸钙、HA和TTCP/DCPA均可用于骨缺损修复材料。然而，单一的柠檬酸钙降解快，与自然骨的相似度不高，仅以压片形式成型限制了其临床应用；单一的HA或TTCP/DCPA脆性大、降解速率低，骨诱导作用不显著，所以单一材料很难满足骨修复领域对骨水泥的要求，因而采用不同性质的材料进行复合来获得具有新性能的复合骨水泥材料将具有很大的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含柠檬酸钙的骨水泥，该骨水泥具有良好的可塑性、骨引导性、骨诱导活性、细胞活性和较好的降解率，适用于骨科、脑外科和颅颌面整形修复。
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种含柠檬酸钙的骨水泥，所述骨水泥由固相部分和液相部分组成，其中，固相部分由柠檬酸钙和磷酸钙盐复合而成，柠檬酸钙和磷酸钙盐的质量比为2～5︰1；并且，液固比为0.5～1.5︰1。
所述磷酸钙盐为磷酸四钙、磷酸氢钙、羟基磷灰石、α-磷酸三钙、磷酸八钙或二水磷酸二钙中的至少一种。
优选的，所述磷酸钙盐为磷酸四钙、磷酸氢钙或羟基磷灰石中的至少一种。
更优选的，所述磷酸钙盐为磷酸四钙和磷酸氢钙的混合物，其中，磷酸四钙与磷酸氢钙的摩尔比为1︰1。
更优选的，所述磷酸钙盐为羟基磷灰石。
优选的，上述含柠檬酸钙的骨水泥中，磷酸钙盐为磷酸四钙和磷酸氢钙的复合物，柠檬酸钙与复合物的质量比为2︰1。
优选的，上述含柠檬酸钙的骨水泥中，磷酸钙盐为羟基磷灰石，柠檬酸钙与羟基磷灰石的质量比为3︰1。
所述柠檬酸钙为四水柠檬酸钙Ca3(C6H5O7)2·4H2O、二水柠檬酸钙Ca3(C6H5O7)2·2H2O或无水柠檬酸钙Ca3(C6H5O7)2，或为微米级球状柠檬酸钙、纳米级片状柠檬酸钙及纳米级纤维状柠檬酸钙。
本发明中，液固比之所以限定为0.5～1.5︰1，主要是由于当液固比为2︰1时，由于液相太多，凝结时间需几个小时，时间太长。
骨水泥中，所述液相部分可以为：KH2PO4和K2HPO4水溶液的混合液，KH2PO4和K2HPO4的摩尔比为1︰1。
进一步，上述液相部分中，KH2PO4和K2HPO4的浓度均为0.2～1mol/L，优选为0.5mol/L。
进一步，上述液相部分还含有海藻酸钠、壳聚糖或明胶中的至少一种。加入适量的海藻酸钠、壳聚糖或明胶都能使骨水泥的抗压强度和可塑性提高，且使骨水泥具有良好的抗菌消炎作用。
本发明中，KH2PO4和K2HPO4水溶液的混合液的作用是向骨水泥中提供PO4 3－，PO4 3－能与固相中的Ca2+固化反应生成羟基磷灰石，由于羟基磷灰石的溶解度比柠檬酸钙和其他磷酸钙盐的溶解度都低，从而加速骨水泥固化。另外，本发明所得骨水泥与液相部分直接用水所得的骨水泥相比，凝结时间大大缩短，抗压强度大大提高，可塑性增强。
进一步，骨水泥中，所述液相部分还可以为：柠檬酸和柠檬酸钾水溶液的混合液，柠檬酸和柠檬酸钾的质量比为5︰1。
进一步，所述混合液由质量分数为25％的柠檬酸、5％的柠檬酸钾和质量分数为70％的去离子水组成。
本发明中，用柠檬酸和柠檬酸钾水溶液的混合液作为固化液时，柠檬酸根离子中的COO-官能团能与固相中的钙离子螯合形成配位键，直至颗粒间产生结晶并联，加速骨水泥的固化。
本发明要解决的第二个技术问题是提供上述含柠檬酸钙的骨水泥的制备方法，将柠檬酸钙和磷酸钙盐按质量比2～5︰1均匀混合形成固相复合物，再按液固比0.5～1.5︰1将骨水泥用固化液与固相复合物搅拌混匀形成骨水泥膏体，然后将膏体在室温条件下自然固化成型得到含柠檬酸钙的骨水泥。
优选的，所述磷酸钙盐为磷酸四钙、磷酸氢钙或羟基磷灰石中的至少一种。
进一步，所述固化液为KH2PO4和K2HPO4水溶液的混合液，KH2PO4和K2HPO4的摩尔比为1︰1。
进一步，所述固化液还可以为：柠檬酸和柠檬酸钾水溶液的混合液。
本发明的骨水泥是在室温条件下自然固化成型的，对固化条件没有那么严格的要求，固化时间也是在室温下测定的。
本发明的有益效果：
(1)本发明首次将柠檬酸钙与磷酸钙盐复合制成骨水泥的形态，并通过优化固相粉末的配比和液固比，使制得的骨水泥与压片法制得的片状硬组织修复材料相比，抗溃散能力显著提高，可塑性良好，能够不受压片机模具的限制任意成型，并且在保证骨水泥力学性能良好的条件下，可以通过改变固相粉末的配比(2:1-5:1)和液固比(0.7-1.2ml/g)来调节凝结时间、抗压强度，使其应用范围更广，如骨科、脑外科和颅颌面整形等。
(2)与市购的医药级柠檬酸钙制得的骨水泥相比，由自制的纳米级柠檬酸钙制得的骨水泥强度大大提高，可塑性和抗溃散能力大大提高，且具有一定的粘度，这实现了纳米级柠檬酸钙在生物材料方面的优越性能的应用。
(3)与用纯的柠檬酸钙作为固相相比，加入了TTCP/DCPA制得的复合骨水泥更有利于细胞的增殖、分化，具有更加优异的细胞活性，还可通过柠檬酸钙与磷酸钙相的比例调节复合骨水泥的降解速率。
(4)尤其当固相粉末的配比和液固比为特定值，即当柠檬酸钙与HA的质量比为3:1，液固比为1:1，柠檬酸钙与TTCP/DCPA的质量比2:1，液固比为0.8:1，且均用固化液A时，制得的两种复合骨水泥的综合性能最好。
附图说明：
图1为实施例1-5骨水泥的凝结时间图。
图2-5为实施例1-5骨水泥的抗压强度图。
图6为实施样品1骨水泥的XRD衍射图谱。
图7为实施样品10骨水泥的XRD衍射图谱.
图8为细胞在对照组和实施样品10骨水泥表面粘附的SEM照片；其中a是细胞在对照组样品上培养1天的SEM照片，b是细胞在实施样品10上培养1天的SEM照片，c是细胞在对照组样品上培养4天的SEM照片，d是细胞在实施样品10上培养4天的SEM照片。
具体实施方式：
提供一种制备工艺简单的以柠檬酸钙和磷酸钙盐多元复合的骨水泥及其制备方法，制得的骨水泥具有一定的抗压强度，且抗压强度可调，凝结时间可控(7-30min)，具有良好的可塑性、骨引导性、骨诱导活性、细胞活性和较好的降解率，适用于骨科、脑外科和颅颌面整形修复。
本发明的具体方案如下：
(1)本发明提供一种以柠檬酸钙和磷酸钙盐多元复合的骨水泥，此骨水泥由固相粉末及液相两部分组成，其中，液相是浓度为0.5mol/L的磷酸二氢钾和磷酸氢二钾水溶液或者质量分数为25％的柠檬酸、5％的柠檬酸钾水溶液，液相中还可以含有海藻酸钠、壳聚糖、明胶等，固相粉末由柠檬酸钙和羟基磷灰石(HA)或磷酸四钙/磷酸氢钙(TTCP/DCPA)按质量比2:1-5:1混合组成，液固比为0.5～1.5︰1；
(2)所述的柠檬酸钙为市购的医药级柠檬酸钙或自制的，市购的医药级柠檬酸钙为四水柠檬酸钙【Ca3(C6H5O7)2·4H2O】、二水柠檬酸钙【Ca3(C6H5O7)2·2H2O】或无水柠檬酸钙【Ca3(C6H5O7)2】，自制的柠檬酸钙为微米级球状、纳米级片状及纳米级纤维状；所述的羟基磷灰石(HA)为共沉淀法制备的纳米羟基磷灰石；所述的磷酸四钙/磷酸氢钙(TTCP/DCPA)为两者按摩尔比1:1混合。
本发明还提供柠檬酸钙、磷酸钙盐多元复合骨水泥的制备方法，其具体步骤如下：
(1)制备微米级球状、纳米片状以及纳米纤维状柠檬酸钙：分别按照中国申请专利CN201410612039.9《球形柠檬酸钙及其制备方法和应用》、中国申请专利CN201410061265.2《纳米柠檬酸钙的制备方法》和中国申请专利CN201410612150.8《纤维状柠檬酸钙及其制备方法和应用》中所述的制备方法来制备球状、片状及纤维状柠檬酸钙作为骨水泥的粉末相备用。
(2)制备HA：按照文献《纳米羟基磷灰石的制备及表征》(王宇明，刘志辉，程凤梅，等.纳米羟基磷灰石的制备及表征[J].化工科技，2010，18(6):13～16)制备纳米羟基磷灰石备用。
(3)制备TTCP/DCPA：将磷酸四钙和无水磷酸氢钙按摩尔比1:1分别装入球磨机中，以无水乙醇为介质湿磨24h后抽滤，在80℃下烘干后研磨，最后再过200目筛，即得到等摩尔混合的磷酸钙粉末，将其装入样品袋中备用。
(4)制备固化液：称量0.5mol的KH2PO4和0.5mol的K2HPO4·3H2O加入到一定量的去离子水中，用玻璃棒搅拌使之完全溶解后，将混合溶液移入100ml容量瓶中定容即得到0.5mol/L的磷酸二氢钾和磷酸氢二钾水溶液，记为固化液A；称量25g柠檬酸和5g柠檬酸钾，将其加入70ml去离子水中，得固化液B；将配制好的固化液放入4℃冰箱中备用。
(5)制备复合骨水泥：按一定的比例分别称量固相粉末放入小研钵中混合均匀，再按一定的液固比加入固化液，迅速搅拌均匀后填入长宽高均为1cm的磨具中固化成型，即制得复合骨水泥。
本发明中，由于柠檬酸钙具有早期促进骨折愈合的活性，且具有骨诱导作用、降解快，而HA具有良好的生物活性，与自然骨无机矿物质组成相似，TTCP/DCPA最终水化产物为HA，且TTCP水化反应较慢，能够提高材料水化后期强度，且柠檬酸钙与HA或TTCP/DCPA复合后，降解慢的HA或TTCP/DCPA的颗粒在复合材料中可以起到弥散增强的作用，从而提高复合骨水泥的强度。当用PH中性的0.5mol/L的磷酸氢二钾、磷酸二氢钾水溶液作为固化液时，骨水泥中就同时含有Ca2+和PO4 3－，在人体成骨细胞的调控作用下，有利于快速的形成羟基磷灰石；当用质量分数为25％的柠檬酸(C6H8O7)和5％的柠檬酸钾(C6H5K3O7·H2O)水溶液时，柠檬酸根离子中的COO-官能团与磷灰石的钙离子的强烈束缚可对骨头中纳米磷灰石的稳定和增厚起关键作用。因此，本发明将柠檬酸钙与HA或TTCP/DCPA复合，加入固化液，以制得性能优良的骨水泥，作为骨缺损填充、修复植入、骨质疏松修复、颅颌面整形修复等医用材料。
实施例1
称量0.5mol的KH2PO4和0.5mol的K2HPO4·3H2O加入到50ml的去离子水中，用玻璃棒搅拌使之完全溶解后，将混合溶液移入100ml容量瓶中定容即得到0.5mol/L的磷酸二氢钾和磷酸氢二钾水溶液，记为固化液A；将配制好的固化液放入4℃冰箱中备用。
按表1中的配方制备实施例1，其制备方法为：将柠檬酸钙和HA按质量比3:1在小研钵中均匀混合，再按液固比为1:1精确量取固化液A，将固化液加入固相粉末中，迅速搅拌均匀后填入长宽高均为1cm的磨具中固化成型即可。(注：当所用柠檬酸钙为市购医药级柠檬酸钙时，由于加入固化液与固相粉末的比为1:1时凝结时间过长，所以将样品4的液固比调整为0.5)
表1
编号 柠檬酸钙类型 固化液 液固比 柠檬酸钙/HA
样品1 纳米级片状 A 1 3：1
样品2 纳米级纤维状 A 1 3：1
样品3 微米级球形 A 1 3：1
样品4 市购医药级 A 0.5 3：1
实施例2
按表2中的配方制备实施例2，其制备方法为：将纳米级片状柠檬酸钙和HA按质量比3:1在小研钵中均匀混合，再按表2中的液固比精确量取固化液A，将固化液加入固相粉末中，迅速搅拌均匀后填入长宽高均为1cm的模具中固化成型即可。
表2
编号 柠檬酸钙类型 固化液 液固比 柠檬酸钙/HA
样品5 纳米片状 A 0.7 3：1
样品6 纳米片状 A 0.9 3：1
样品7 纳米片状 A 1.2 3：1
实施例3
按表3中的配方制备实施例3，其制备方法为：将纳米级片状柠檬酸钙和TTCP/DCPA分别按表3中的质量比在小研钵中均匀混合，再按液固比为0.8:1精确量取固化液，将固化液加入固相粉末中，迅速搅拌均匀后填入长宽高均为1cm的模具中固化成型即可。
表3
实施例4
称量25g柠檬酸和5g柠檬酸钾，将其加入70ml去离子水中，得固化液B。将配制好的固化液放入4℃冰箱中备用。
按表4中的配方制备实施例4，其制备方法为：将纳米级片状柠檬酸钙和TTCP/DCPA按质量比2:1在小研钵中均匀混合，再按液固比为0.8:1精确量取固化液B，将固化液B加入固相粉末中，迅速搅拌均匀后填入长宽高均为1cm的模具中固化成型即可。
表4
实施例5
按表5中的配方制备实施例5，其制备方法为：按将柠檬酸钙和HA按质量比3:1在小研钵中均匀混合，再按液固比为1:1精确量取固化液B，将固化液B加入固相粉末中，迅速搅拌均匀后填入长宽高均为1cm的模具中固化成型即可。
表5
编号 柠檬酸钙类型 固化液 液固比 柠檬酸钙/HA
样品12 纳米片状 B 1 3：1
实施例1-5凝结时间和抗压强的测定：
1、凝结时间测试方法如下：
采用吉尔摩双针法测定骨水泥膏体的凝结时间，用一支较轻且具有较大横截面积的针(m＝113.4g，d＝2.13mm)测定初凝时间；用较重且具有较小横截面积的针(m＝453.6g，d＝1.06mm)测定终凝时间。测定时，将样品置于底板上，使试针与样品膏体表面刚好接触，突然松开挡板，试针自由沉入膏体，每15s让试针自由下落一次，从加入固化液时起，到轻针落入样品膏体的深度不超过1mm为初凝时间，终凝时间的标准是重针落到试样上无明显痕迹，每组数据由3个平行实验得到。
结果如图1所示，由图可以看出，制备的12种骨水泥中，除了样品4，其他骨水泥的初凝时间均在7-10min，终凝时间均在23-29min，符合骨修复的临床要求；当骨水泥的原料用纳米级柠檬酸钙时，与市购医药级柠檬酸钙相比，骨水泥的初凝时间由31min降到了7.5min，这可能是因为柠檬酸钙颗粒变小后其溶解加快，导致骨水泥膏体pH值升高，而HA的溶解度在碱性环境下随膏体的pH值升高而减小，从而促进Ca2+在碱性环境中与固化液中的PO4 3－反应生成羟基磷灰石，水化速率加快，表现出凝结时间的显著缩短。
从图中还可看出，当骨水泥液固比增大时，凝结时间逐渐变大；当骨水泥固体粉末中TTCP/DCPA的量增加时，凝结时间减小；与用固化液A相比，当用固化液B时，骨水泥凝结时间稍微增大；但在一定的范围内，骨水泥的液固比、两种固相粉末的比例以及两种不同固化液对骨水泥的凝结时间影响不大。
2、抗压强度测试方法如下：
待骨水泥样品在模具中固化成型后放入37℃，100％湿度培养箱内孵育，分别在1、3、5、7、14天时取出，将两端用细砂纸磨至水平，然后用万能试验机测量固化体的抗压强度，施加载荷速度为1mm/min，最大压力2000N，每组数据由5个平行实验得到。
结果如图2-5所示，由图2-5可以看出，制备的12种骨水泥中，随着固化时间的延长，抗压强度均逐渐增大。除了样品4，其他骨水泥孵育两周后抗压强度均在30MPa以上，尤其是样品2孵育两周时的强度为43MPa，比样品4的抗压强度高很多，这可能是因为柠檬酸钙颗粒变小后，与固化液的接触面积变大，骨水泥水化反应充分，并且柠檬酸钙与HA或TTCP/DCPA的颗粒粒度相匹配，晶体接触点多，达到紧密的堆积，减小了孔径和孔隙率，故抗压强度高。而过粗的粉体不利于材料形成细密的结构。
从图2-5还可以看出，用固化液A要比固化液B制备的骨水泥强度高一些，这可能是因为使用两种固化液时，复合骨水泥的固化机理不同。从图3可以看出，当液固比在0.7-1.2ml/g范围内时，抗压强度随着液固比的增加先增大后减小；从图4可以看出，由柠檬酸钙与TTCP/DCPA复合的骨水泥，在一定范围内，随着TTCP/DCPA比例的增加，复合骨水泥强度逐渐增大；从图5可以看出，使用固化液B时，与柠檬酸钙/(TTCP/DCPA)复合骨水泥相比，柠檬酸钙/HA复合骨水泥的早期强度相对较低，随着孵育时间的延长，两种骨水泥的抗压强度都是先迅速增大，后趋于平稳，而柠檬酸钙/HA复合骨水泥在两周时的强度相对较高。
实施样品1和样品10的X射线衍射分析：
分别将固化1天和7天时的骨水泥用研钵磨成细粉，通过X射线衍射仪对样品进行分析，研究两种骨水泥的固化机理，X射线衍射仪的工作条件：CuKa，管电压40KV，管电流25mA。
样品1固化1d、7d时的XRD衍射图谱见图6，可以看出，图a、b中各峰的位置和PDF：28-2003的标准卡片【Ca3(C6H5O7)2·4H2O】和09-0432的标准卡片【Ca5(PO4)3(OH)】很相似，这是因为骨水泥的主要成分是柠檬酸钙和羟基磷灰石。对比图a，图b中柠檬酸钙的特征峰有所宽化，而羟基磷灰石的特征峰更尖锐一些，这说明随着骨水泥固化时间的延长，骨水泥中的固相与液相发生水化反应，生成少量的羟基磷灰石。
样品10固化1d、7d时的XRD衍射图谱见图7，可以看出，图a、b中各峰的位置和PDF：28-2003的标准卡片【Ca3(C6H5O7)2·4H2O】、25-1137的标准卡片【Ca4(PO4)2O】和09-0080的标准卡片(CaHPO4)很相似，这是因为骨水泥的主要成分就是柠檬酸钙、磷酸四钙和磷酸氢钙，对比图a，图b中最明显的变化是柠檬酸钙在5.8°、12.1°和17°的特征峰都减弱，而在32°时出现了很明显的羟基磷灰石的特征峰，这说明随着骨水泥固化时间的延长，骨水泥中的固相与液相发生水化反应，生成少量的羟基磷灰石。
样品1和10的X射线衍射分析结果表明，两种复合骨水泥水化反应的最终产物都是羟基磷灰石，这说明两种骨水泥都具有良好的生物相容性和骨引导性。
效果实施样品10细胞生物相容性实验：
将纳米级片状柠檬酸钙与TTCP/DCPA按质量比2:1混合均匀，加入固化液A，液固比为0.8:1，调和搅拌后将所得膏状物置入模具，脱模后将其切片为圆片作为实验组；以纳米级片状柠檬酸钙为骨水泥固相，加入固化液A，液固比为1:1,调和搅拌后将所得膏状物置入模具，脱模后将其切片为圆片，作为对照组。
将两种样品用超声清洗1d，环氧乙烷灭菌2h后烘干备用。在无菌条件下，将样品放于24孔板底部，加入MG63细胞悬浮液(2×104个/孔)，以90％F12+10％小牛血清作为培养基，将样品置于37℃，100％湿度，5％CO2浓度的恒温孵箱中培养，每两天换一次培养基(每组5个平行样)。
将MG63细胞与样品材料共培养1d和4d时，弃去培养板孔内的培养基，加入0.1mol/L，pH 7.2-7.4的PBS(无Ca2+、Mg2+)，清洗样品2次，各1min。在2.5％戊二醛/PBS溶液中固定2h。用梯度乙醇溶液脱水：30％，50％，75％，80％各10min，100％乙醇3次，每次10min。醋酸异戊酯替换30min，临界点干燥，喷金后于扫描电镜下观察细胞在样品表面的形貌及粘附和铺展情况。
结果如图8所示，由图8可以看出，共培养1天时(图a、b)，细胞在材料表面以细胞突起伸入到材料表面颗粒之间，牢固地黏附于材料表面，此时细胞外基质较少，细胞分布分散，呈单个生长，细胞间界线很清楚。与对照组相比，实验组细胞铺展较好，部分可见相互之间通过伪足连接，而对照组细胞很多还呈球状，没有铺展开。共培养4天时(图c、d)，材料表面细胞分裂增殖，细胞数量增多，细胞排列致密连成片，形状多样化，含有多角星形细胞并伴有更多的丝样伪足，胞外基质也很多，细胞外基质中有丝状纤维链接。与对照组相比，实验组细胞排列更为致密，并呈现多层细胞分布的现象，这说明柠檬酸钙与TTCP/DCPA的复合骨水泥更有利于细胞的增殖分化，具有更加优异的细胞活性。

Claims (9)

1.含柠檬酸钙的骨水泥，所述骨水泥由固相部分和液相部分组成，其特征在于，固相部分由柠檬酸钙和磷酸钙盐复合而成，柠檬酸钙和磷酸钙盐的质量比为2～5︰1；并且，液固比为0.5～1.5︰1；
所述柠檬酸钙为微米级球状柠檬酸钙、纳米级片状柠檬酸钙、纳米级纤维状柠檬酸钙；
所述骨水泥中，液相部分为：KH2PO4和K2HPO4水溶液的混合液，KH2PO4和K2HPO4的摩尔比为1︰1。
2.根据权利要求1所述含柠檬酸钙的骨水泥，其特征在于，所述磷酸钙盐为磷酸四钙、磷酸氢钙、羟基磷灰石、α-磷酸三钙、磷酸八钙或二水磷酸二钙中的至少一种。
3.根据权利要求2所述含柠檬酸钙的骨水泥，其特征在于，所述磷酸钙盐为磷酸四钙、磷酸氢钙或羟基磷灰石中的至少一种。
4.根据权利要求2或3所述含柠檬酸钙的骨水泥，其特征在于，所述磷酸钙盐为磷酸四钙和磷酸氢钙的混合物，磷酸四钙与磷酸氢钙的摩尔比为1︰1；或所述磷酸钙盐为羟基磷灰石。
5.根据权利要求4所述含柠檬酸钙的骨水泥，其特征在于，所述含柠檬酸钙的骨水泥中，
所述磷酸钙盐为磷酸四钙和磷酸氢钙的复合物时，柠檬酸钙与磷酸钙盐的质量比为2︰1；或：
所述磷酸钙盐为羟基磷灰石时，柠檬酸钙与磷酸钙盐的质量比为3︰1。
6.根据权利要求1所述含柠檬酸钙的骨水泥，其特征在于，所述液相部分中，KH2PO4和K2HPO4的浓度均为0.2～1mol/L。
7.根据权利要求6所述含柠檬酸钙的骨水泥，其特征在于，所述KH2PO4和K2HPO4水溶液的混合液中还含有海藻酸钠、壳聚糖或明胶中的至少一种。
8.权利要求1～3、5～7任一项所述含柠檬酸钙的骨水泥的制备方法，其特征在于，将柠檬酸钙和磷酸钙盐按质量比2～5︰1均匀混合形成固相复合物，再按液固比0.5～1.5︰1将骨水泥用固化液与固相复合物搅拌混匀形成骨水泥膏体，然后将膏体在室温条件下自然固化成型得到含柠檬酸钙的骨水泥。
9.权利要求4所述含柠檬酸钙的骨水泥的制备方法，其特征在于，将柠檬酸钙和磷酸钙盐按质量比2～5︰1均匀混合形成固相复合物，再按液固比0.5～1.5︰1将骨水泥用固化液与固相复合物搅拌混匀形成骨水泥膏体，然后将膏体在室温条件下自然固化成型得到含柠檬酸钙的骨水泥。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105770986B (zh) * 2016-04-14 2019-02-05 广州安泽再生医学科技有限公司 一种可注射生物钙盐复合性骨水泥及其制备方法
CN105903063B (zh) * 2016-05-16 2020-04-21 武汉理工大学 一种镁基医用骨粘结剂材料及其制备方法
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CN107970489A (zh) * 2017-11-29 2018-05-01 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 载药有机磷酸锆改性的可注射型骨水泥的制备方法及其产品和应用
CN108744031B (zh) * 2018-07-23 2019-11-12 吴容思 一种受温度调控降解的磷酸钙骨水泥及其制备方法
CN109331223B (zh) * 2018-09-25 2021-07-30 广州润虹医药科技股份有限公司 一种载药生物活性玻璃复合磷酸钙骨水泥及其应用
CN109529107B (zh) * 2018-12-07 2021-09-03 中鼎凯瑞科技成都有限公司 多微量元素有机化合物与无机化合物通过水合桥化形成的有机-无机自凝固复合骨移植物
CN110251733A (zh) * 2019-07-17 2019-09-20 成都理工大学 高生物矿化活性的无定型磷酸钙/柠檬酸钙复合粉体及其制备方法
CN110755680B (zh) * 2019-11-25 2022-05-17 中鼎凯瑞科技成都有限公司 负载维生素d的柠檬酸钙/硫酸钙复合骨水泥及制备方法
CN112107735A (zh) * 2020-09-18 2020-12-22 成都理工大学 注射型可降解高矿化活性复合骨水泥及其制备方法
CN112142439A (zh) * 2020-09-18 2020-12-29 成都理工大学 应力刺激型高矿化活性复合骨水泥及其制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5262166A (en) * 1991-04-17 1993-11-16 Lty Medical Inc Resorbable bioactive phosphate containing cements
CN101185772B (zh) * 2007-12-12 2010-09-15 彭磊 含柠檬酸钙的人体硬组织填充修复材料
US8414930B2 (en) * 2011-01-11 2013-04-09 Maxigen Biotech Inc. Surgical calcium phosphate citrate-containing cement and method of manufacturing the same

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