CN105536046B

CN105536046B - 一种含双硫键的可注射骨水泥及制备方法

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Publication number: CN105536046B
Application number: CN201610108306.8A
Authority: CN
Inventors: 闫策
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2018-08-07
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: CN105536046A

Abstract

本发明公开一种含双硫键的可注射骨水泥及其制备方法。所述含双硫键的可注射骨水泥的固体粉末中含有无机钙盐，且含酸性试剂，或固化过程会出现pH下调；固化液中含有多巯基试剂，pH>5，按0.1～10mL:g的液固比进行调和后获得。所述含双硫键的可注射骨水泥材料通过二硫键，可建立具有自修复性能的交联网络，在提高力学强度及抗溃散性能的同时，还能保留良好的注射性，使产品具有良好的综合性能。所述交联网络具有良好生物相容性及可降解性，有利于促进细胞的粘附、生长和增殖，有利于骨修复，实现细胞和血管的长入及骨组织的重建。

Description

一种含双硫键的可注射骨水泥及制备方法

技术领域

本发明涉及骨水泥领域，特别涉及一种含双硫键的可注射骨水泥及制备方法。

背景技术

骨水泥可以在人体自然温度以及内部环境下任意成型，自行固化，而且无明显放热效应，最终可以转化成接近人体骨组织无机成分的物质，生物相容性较好，安全性较高，可以被机体液相降解，被骨组织吸收。

骨水泥材料的可塑型性质使其在注射型材料领域备受青睐，可将材料直接注射到骨缺损部位并快速固化,不需要提前塑性，可以微创植入，具有操作简单，对患者身体造成的创伤面小等诸多优点。

鉴于大多无机盐骨水泥材料(主要为磷系、硫系、硅系及复合无机盐等，还可掺杂镁、锌、锶等)具有脆性大、力学强度不足等缺点，大大限制了临床应用，而且往往局限于非承重骨修饰或小缺损修复。现有常见的用于改善韧性、强度等性能的方法，如{高性能化磷酸钙骨水泥的研究进展.化工进展,2006,25(5):495-501}、{骨水泥生物材料研究与开发进展.化学工业与工程,2003，20(5):303-309}等文献中公开的加入无机颗粒、纤维增强、增加有机颗粒(如明胶等)、交联剂(如柠檬酸、磷酸化壳聚糖、乳酸化壳聚糖等、海藻酸钠、羟丙基甲基纤维素等)、晶须等。近年来，由大量专利文献公开了复合丙烯酸酯类原料，通过形成交联网络的方式提高力学强度及抗溃散性能的复合式方法，如CN 103690992 A、CN104645418 A、CN 103550823 A等。但是由于丙烯酸酯类往往需经过引发刺激才能建立交联网络，通常需要光引发，或加入如偶氮二异丁腈等化学引发剂引发聚合，当用于骨修复时，或者临床操作不方便，或者固化时间不宜控制。

动态共价键是一种介于共价相互作用和非共价相互作用之间的弱共价相互作用，在适当的条件下可建立共价键的可逆平衡，在自修复材料领域已被广泛应用。常见的动态共价键如亚胺键、酰腙键、双硫键(也成二硫键)、硼酸酯键等。不同的动态共价键的平衡区间不同，例如双硫键在中等PH值或pH大于7时可建立动态平衡，而pH低于5时可以得到动力学稳定的产物；又如酰腙键在大多条件下稳定存在，只有在pH小于4(甚至更低)或较高温度下才会建立动态平衡；又如亚胺键具有较广的平衡常数范围，随反应物种类、浓度、pH值、温度、溶剂种类等条件而变化，可调节性大，通常在酸性条件下易破坏，在碱性条件下相对稳定，对于伯胺类反应产物，pH低于6.5时就基本分解；而对于以羟胺或肼作为反应物的肟或腙，pH低于3时亚胺键才会断裂。

文献CN 104645418 A(公开时间2015.05.27)，其粉体由半水硫酸钙和聚乙二醇二丙烯酸酯组成，在利用聚乙二醇丙烯酸酯的可交联性质的同时，还利用巯基化透明质酸和巯基化壳聚糖在中性条件下易形成分子内和分子间二硫键，使材料具有较高的交联度和粘弹性。这里尽管引入了二硫键(也即双硫键)，但并非利用其动态共价性质，而是利用其稳定产物的特性。众所周知，聚乙二醇是一种优异的抗细胞粘附、抗蛋白吸附的惰性材料，而对于骨修复而言，则需要修复材料具有良好的粘附性实现骨传导。而且聚乙二醇的链段是通过稳定的醚键连接，生物体内难以水解或酶解，只能利用其水溶性通过生理代谢排除，不利于骨长入和组织重建。

发明内容

本发明针对上述背景技术，提供一种具有良好注射性、力学强度、自愈合性(自修复性能)、抗溃散性等综合性能的含双硫键的可注射骨水泥材料。

本发明的含双硫键的可注射骨水泥拟通过以下技术方案实现，其为以下组分的反应产物：

组分(I)骨水泥粉末，含有无机钙盐，且含酸性试剂，或固化过程会出现pH下调；

组分(II)含有多巯基试剂组分的固化液，pH>5，优选中等PH值或pH大于7；

将组分(I)与组分(II)按照0.1～10mL:g的液固比进行调和，获得所述含双硫键的可注射骨水泥；

且体系中不含聚乙二醇组分。

一种含双硫键的可注射骨水泥，包括固体粉末和固化液，为以下组分的反应产物：

组分(I)骨水泥粉末，含有无机钙盐，且含酸性试剂，或固化过程会出现pH下调；所述酸性试剂为酸性多糖或酸性聚肽；

组分(II)含有多巯基试剂组分的固化液，pH>5；

当多巯基试剂为聚合物时，具可水解或酶解；

且体系中不含聚乙二醇组分。

所述无机钙盐含有磷系钙盐、硫系钙盐、硅系钙盐中至少一种。

所述骨水泥粉末掺杂以下至少一种元素：镁、锌、金、银、锶、铝、钾、锆、钛、硼、氮、氟。

所述固化液的pH为中等PH值或pH大于7。

所述固化液为含有多巯基试剂组分的水、水溶液、或与水相溶的混合溶剂。

所述固化液中含具有-(M-(SH)_k)_n-结构的多巯基聚合物，且所述多巯基聚合物可水解或酶解；其中，M-(SH)_k为含有k个巯基的二价重复单元，n为聚合度且n≥5，k为整数且选自选自1～10。

所述M-(SH)_k为半胱氨酸残基。

所述M-(SH)_k为含有2个半胱氨酸的寡肽或多肽的残基。

所述M含有单糖、二糖、寡糖或多糖的脱羟基骨架结构，且固化液粘度≤700mpa·s。

所述M-(SH)_k为巯基化透明质酸或巯基化壳聚糖。

所述多巯基试剂为具有3～10个巯基的小分子试剂，且含有二巯基试剂，且巯基摩尔含量占体系中巯基总含量不超过80％，优选不超过75％。

所述多巯基试剂选自季戊四硫醇、季戊四醇四巯基乙酸酯、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯中任一种。

所述固化液中含有二巯基试剂，所述二巯基试剂选自烃基二硫醇、卤代烷基二硫醇、含一价非烃基取代基的烷基二硫醇、含二价非烃基连接基的二硫醇；

其中，所述烃基二硫醇碳原子为2～24，选自烷基二硫醇、芳基二硫醇、芳烃基二硫醇；

其中，含一价非烃基取代基的烷基二硫醇中的非烃基取代基选自羟基、羧基、羧酸盐、伯氨基、铵盐中任一种或一种以上。

所述二巯基试剂中巯基摩尔含量占体系中巯基总含量不超过80％，优选不超过75％。

本发明还提供一种上述含双硫键的可注射骨水泥的制备方法，包括以下步骤：

步骤a：固化液的制备：将多巯基试剂溶于水、水溶液、或与水相溶的混合溶剂中，pH>5，优选中等PH值或pH大于7；

步骤b：调和固化：将骨水泥粉末与固化液按照0.1～10mL:g的液固比进行调和，获得所述含双硫键的可注射骨水泥；

所述骨水泥粉末含有无机钙盐，且含酸性试剂，或固化过程会出现pH下调。

所述多巯基试剂溶于固化液的方式采用以下任一种：(1)将固体粉末直接溶于固化液的方式，(2)先制备高浓度母液，再经固化液进行稀释。

所述固化液的pH通过有机酸、无机酸、有机碱、无机碱或缓冲液进行调节。

所述含双硫键的可注射骨水泥主要用于骨组织工程及骨修复领域，特别适用于微创手术。当然可以进行体外成型后，作为支架材料植入体内。可注射进入骨缺损或骨病变部位；也可经体外成型后植入指定部位；也可采用预固化的方式，在调和后采用一定方式如低温进行“冻结”，保存待用，需要时再“解冻”经注射或移植放入所需部位。所述骨修复包括但不限于骨质疏松治疗、骨缺损治疗、骨折治疗。可用骨组织的修复，也用用于软骨组织的修复。主要面向非承重骨修饰、小缺损修复、局部组织修复，也可排除应用于承重骨适当部位。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)所述可注射骨水泥材料可通过引入巯基之间的偶联反应形成动态共价键双硫键，可建立动态可逆具有自修复性能的交联网络，在提高力学强度及抗溃散性能的同时，基于多巯基试剂的良好溶解性和粘度可调性，在注射力作用下还能保留良好的注射性，使产品具有良好的综合性能。

(2)体系中不含惰性的聚乙二醇链段或组分，而是采用具有良好生物相容性和良好蛋白/细胞粘附性的多巯基试剂，通过提高双硫键的交联点密度来提高交联程度粘弹性。且构建的交联网络可降解，可形成适于骨长入的联通孔，有利于实现细胞和血管的长入及骨组织的重建。

(3)多巯基试剂的粘度较壳聚糖及其衍生物类溶液低，有利于降低注射压力，提高临床可操作性。

(4)相比于丙烯酸酯类的强交联网络结构及高硬度、高模量，动态可逆的双硫键交联网络提供的机械强度与天然骨更匹配，更适于骨修复的临床应用。

(5)多巯基试剂提供较好的生物相容性，促进细胞的粘附、生长和增殖，有利于骨修复。

具体实施方式

1.一种含双硫键的可注射骨水泥材料，为以下组分的反应产物：

且体系中不含聚乙二醇组分。

1.1组分(I)

所述无机钙盐含有磷系钙盐、硫系钙盐、硅系钙盐中至少一种，还可掺杂镁、锌、金、银、锶(如磷酸锶、磷酸氢锶)、钡(如硫酸钡)、铝(如氧化铝)、钾、锆(如二氧化锆)、钛(如二氧化钛)等一种或一种以上的金属元素，还可以掺杂如硼、氮、氟(如氟磷灰石)等杂原子，还可掺杂其他钙盐如碳酸钙、碳酸氢钙，还可以掺杂如硅烷偶联剂等。上述任一种元素掺杂还可以掺杂在固化液中。其中，碳酸钙还可起到增强、致孔等作用。

对于磷系钙盐、硫系钙盐、硅系钙盐中任一种无机钙盐，可以只含有一种无机钙盐，还可以含有两种或两种以上的同系钙盐。

所述磷系钙盐没有特别限制，已公开的骨水泥用磷系钙盐均可作为原料，包括但不限于：磷酸四钙、α-磷酸三钙或β-磷酸三钙、磷酸二钙、无水磷酸氢钙、焦磷酸钙、羟基磷灰石、聚磷酸钙、无水磷酸二氢钙、磷酸八钙、双相磷酸钙、磷酸镁钙、磷酸钙钠、缺钙羟基磷灰石等、及上述任一种的可存在的水合物、及上述任一种的可存在的晶型。例如二水合磷酸氢钙、一水合磷酸二氢钙、二水磷酸氢钙等。

所述硫系钙盐没有特别限制，已公开的骨水泥用磷系钙盐均可作为原料，包括但不限于：硫酸钙、二水合硫酸钙、半水合硫酸钙、锶硫酸钙等。

所述硅系钙盐：硅元素于人体的骨骼形成中扮演重要角色，具有刺激骨组织再生修补、生物活性与加速细胞增殖分化的特性，使得硅酸钙骨水泥主要为用于骨缺损时重建修补的生医材料。目前的硅酸钙骨水泥以三氧矿化合物以及生物活性玻璃为主。包括但不限于氧化硅、氮化硅、碳化硅、硅烷化物等。还可以分为硅酸三钙、硅酸二钙、硅酸钙复合骨水泥等。参考{硅酸钙骨水泥的研究与进展.材料导报A:综述篇,2013,27(7):130-134}等文献。

所述无机钙盐的晶型没有特别限制，允许晶须或无定型无机钙盐的存在，只要能够通过水硬化反应得到骨水泥材料即可。

原料粒径对于骨水泥抗压强度、孔隙率、凝结时间、水化产物物相组成及结晶形貌等均有一定影响，不同原料的粒径要求不同，优选最佳匹配的粒径。{原料粒度对磷酸钙骨水泥性能的影响.材料科学与工程学报,2008,26(3):400-405}。粒径分布约均匀越好。

所述骨水泥粉末中可掺杂酸性试剂，在调和时起到下调pH值的作用，进而调节双硫键的动态平衡。所述酸性试剂优选酸性多糖或酸性聚肽。酸性多糖举例如透明质酸、如磷酸化壳聚糖、羧酸化壳聚糖等。酸性聚肽举例如聚天冬氨酸、聚谷氨酸，又如酸性氨基酸与中性氨基酸、ω-氨基羧酸、丝氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸的共聚物等。其中，酸性氨基酸包括天冬氨酸、谷氨酸。其中，中性氨基酸包括但不限于甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、肌氨酸等。所述ω-氨基羧酸优选H₂N(CH₂)_jCOOH，整数j选自2～20，优选2～12，更优选2～6，最优选2。其中j＝2时对应β-丙氨酸。

关于固化过程会出现pH下调，以磷系钙盐骨水泥为例，其水硬化过程是基于以下反应：

3Ca₄(PO₄)₂O+3H₂O→2Ca₅(PO₄)₃OH+2Ca(OH)₂ (1)

5Ca₃(PO₄)₂+3H₂O→3Ca₅(PO4)₃OH+H₃PO₄ (2)

5CaHPO₄+H₂O→Ca₅(PO₄)₃OH+2H₃PO₄ (3)

随着反应的进行可起到调节pH的作用，而pH低于5时双硫键可得到动力学稳定的产物，因而优选随水硬化过程/固化过程的进行pH下调的骨水泥配方。

1.2组分(II)

所述固化液为溶有多巯基试剂的水、水溶液、或与水相溶的混合溶剂，只要固化液可保持澄清即可。所述水溶液可含有包括但不限于以下的一种或一种以上的组分：磷酸盐、硫酸盐、柠檬酸、柠檬酸盐、钠盐、钾盐、氨基酸、二肽、寡肽或多肽、培养基、缓冲液、血清、稀酸、胶原、明胶、乳酸、环糊精、羟丙基甲基纤维素等。所述混合溶液优选生物相容性好的混合溶剂，如甘油、异丙醇、乙醇、DMSO等。

固化液的pH值，pH>5。优选中等PH值或pH大于7，此时可建立动态平衡，避免注射压力过高。

当固化液为酸性溶液时，固体粉末中掺杂的碳酸钙、碳酸氢钙等可起到致孔剂的作用。

所述多巯基试剂可以含具有-(M-(SH)_k)_n-结构的聚合物P-polythiol，其中n为聚合度，n≥5，或者具有3～10个巯基的小分子试剂SM-polythiol。这里的P-polythiol可降解，优选可水解或酶解。本发明也公开具有10个以上巯基的小分子试剂。

P-polythiol的数均分子量优选不超过5000Da。

所述固化液中可以含有或不含二巯基试剂。当含有二巯基试剂时，巯基摩尔含量占体系中巯基总含量不超过80％，优选不超过75％，更优选不超过66.7％。

其中，M-(SH)_k为含有k个巯基的二价重复单元，其中，k为整数，选自1～10。本发明也公开k大于10的情形。

k＝1的举例如P-polythiol为聚半胱氨酸，对应M-(SH)_k为半胱氨酸残基；又如M-(SH)_k为含有1个半胱氨酸的二肽、寡肽或多肽的残基。

k＝2的举例如M-(SH)_k为含有2个半胱氨酸的寡肽或多肽的残基，又如-CH₂CH(SH)CH(SH)CH₂-。

聚合物P-polythiol的举例又如巯基化透明质酸或巯基化壳聚糖，结构举例如下其含有六元吡喃环骨架。

由于巯基化壳聚糖或巯基化透明质酸会增加体系粘度，导致注射压力大，本发明优选M不为壳聚糖单元骨架或透明质酸骨架。

如果M含有单糖、二糖、寡糖或多糖的脱羟基骨架结构，优选中低粘度的原料，优选固化液粘度≤700mpa·s，更优选≤500mpa·s，更优选≤400mpa·s，更优选≤250mpa·s。此时，M可以为开链结构，也可以环状结构，或为串联的环状结构。如含有环状结构，则优选呋喃环或吡喃环结构。

所述单糖包括但不限于丁糖、戊糖、己糖、庚糖或上述任一种的糖醇、脱氧糖、氨基糖、氨基糖衍生物(如酰胺衍生物)、糖酸或糖苷结构。

丁糖，分子式C₄H₈O₄，包括但不限于赤藓糖、赤藓酮糖等。

戊糖，分子式C₅H₁₀O₅或C₅H₁₀O₄，包括但不限于核糖、阿拉伯糖、来苏糖、木糖、脱氧核糖、核酮糖等。

己糖，分子式C₆H₁₂O₆或C₆H₁₂O₅，包括但不限于葡萄糖、阿洛糖、阿卓糖、甘露糖、古洛糖(古罗糖)、艾杜糖、半乳糖、塔罗糖(太罗塘)、阿洛酮糖、果糖、山梨糖、塔格酮糖、肌醇(又名肌糖、环己六醇)、岩藻糖等。

庚糖，分子式C₇H₁₄O₇或C₇H₁₄O₆，包括但不限于甘露庚酮糖等。

糖醇：分子式为C₄H₁₀O₄、C₅H₁₂O₅、C₆H₁₄O₆、C₇H₁₆O₇等，包括但不限于赤藓糖醇、木糖醇、山梨糖醇、乳糖醇、甘露糖醇等。

脱氧糖，又称去氧糖，例如：脱氧核糖(C₅H₁₀O₄)、岩藻糖(C₆H₁₂O₅)等。

氨基糖，例如葡萄糖胺、半乳糖胺、甘露糖胺、氨基脱氧葡萄糖等。

氨基糖的酰胺衍生物，例如N-乙酰葡糖胺等。

糖酸，例如葡糖酸HOCH₂(CHOH)₄COOH、庚糖酸HOCH₂(CHOH)₅COOH、葡糖醛酸C₆H₁₀O₇等。

糖苷，包括但不限于甲基糖苷、乙基糖苷、丙基糖苷等。

所述二糖包括但不限于蔗糖、海藻糖、乳糖、纤维二糖、麦芽糖、异麦芽糖、龙胆二糖、蜜二糖、曲二糖、松二糖、白菌二糖、黑曲霉二糖、昆布二糖、甘露二糖、α-葡糖-α-葡糖苷、麦芽酮糖、异麦芽酮糖醇、帕拉金糖。

当多巯基试剂为P-polythiol时，如含有二巯基试剂，巯基摩尔含量占体系中巯基总含量优选不超过75％。当含有二巯基试剂时，可充当梳状P-polythiol分子间的连接基，起到调节交联网络结构，进而调节注射性质、力学强度等性质的作用。

当多巯基试剂为具有3～10个巯基的小分子试剂时，优选含有二巯基试剂，此时巯基摩尔含量占体系中巯基总含量不超过五分之四(80％)，优选不超过四分之三(75％)。

具有3个巯基的小分子三硫醇举例如3-巯基丙酸-[2,4,6-三氧代-1,3,5-三嗪-1,3,5(2H,4H,6H)-次基]三-2,1-乙二醇酯，结构如下：

具有4个巯基的小分子四硫醇举例如季戊四硫醇、季戊四醇四巯基乙酸酯、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯。

所述二巯基试剂选自烃基二硫醇、卤代烷基二硫醇、含一价非烃基取代基的烷基二硫醇、或含二价非烃基连接基的二硫醇。

所述二巯基试剂中任一种的位置异构、立体异构也包括在本发明范围内。所述立体异构可包括构象异构及构型异构(如旋光异构、顺反异构)。

所述卤代烷基二硫醇的卤素原子优选氟原子或氯原子，数量可以为1个或1个以上。

含一价非烃基取代基的烷基二硫醇中，所述一价非烃基取代基的数量可以为1个或1个以上，选自羟基、羧基、羧酸盐、伯氨基、铵盐中任一种或一种以上。

含二价非烃基连接基的二硫醇中，所述二价非烃基连接基的稳定性没有特别限制，可稳定存在，也可以在适当条件下降解(主要为水解、酶解)。

举例，如包括但不限于醚键、硫醚键、脲键、硫脲键、氨基甲酸酯基、硫代氨基甲酸酯基、-P(＝O)-、不含活泼氢的二价硅基、含硼原子的二价连接基、仲氨基、叔氨基、羰基、硫代羰基、、三氮唑、4,5-二氢异恶唑等相对稳定二价连接基。

又如包括但不限于酰胺基、硫代酰胺基、磺酰胺基、烯胺基、乙烯醚键、酯基、硫酯基、硫代酯基、二硫代酯基、碳酸酯基、硫代碳酸酯基、二硫代碳酸酯基、三硫代碳酸酯基、氨基甲酸酯基、硫代氨基甲酸酯基、二硫代氨基甲酸酯基、缩醛、环缩醛、缩硫醛、氮杂缩醛、氮杂环缩醛、氮硫杂缩醛、二硫代缩醛、半缩醛、硫代半缩醛、氮杂半缩醛、缩酮、缩硫酮、氮杂缩酮、氮杂环缩酮、氮硫杂缩酮、亚胺键、腙键、酰腙键、肟键、硫肟醚基、半卡巴腙键、硫代半卡巴腙键、肼基、酰肼基、硫代碳酰肼基、偶氮羰酰肼基、硫代偶氮羰酰肼基、肼基甲酸酯基、肼基硫代甲酸酯基、卡巴肼、硫代卡巴肼、偶氮基、异脲基、异硫脲基、脲基甲酸酯基、硫脲基甲酸酯基、胍基、脒基、氨基胍基、氨基脒基、亚氨酸基、亚氨酸硫酯基、磺酸酯基、亚磺酸酯基、磺酰肼基、磺酰脲基、马来酰亚胺、原酸酯基、苄氧羰基、磷酸酯基、亚磷酸酯基、次磷酸酯基、膦酸酯基、磷硅烷酯基、硅烷酯基、碳酰胺、硫代酰胺、磺酰胺基、聚酰胺、磷酰胺、亚磷酰胺、焦磷酰胺、环磷酰胺、异环磷酰胺、硫代磷酰胺等适当条件下可降解的连接基。

所述烃基二硫醇优选碳原子为2～24。可以烷基二硫醇、芳基二硫醇、芳烃基二硫醇。

所述烃基二硫醇优选烷基二硫醇、苯二硫醇、萘二硫醇。所述烷基二硫醇优选碳原子为2～24，进一步优选碳原子数为2～10。所述烷基二硫醇，举例如具体举例如乙二硫醇、丙二硫醇、丁二硫醇、戊二硫醇、己二硫醇、庚二硫醇、辛二硫醇、壬二硫醇、癸二硫醇及上述任一种的位置异构体或立体异构体。优选α,ω-型二硫醇，如1,2-乙二硫醇、1,3-丙二硫醇、1,2-丁二硫醇、1,5-戊二硫醇、1,6-己二硫醇、1,7庚二硫醇、1,8-辛二硫醇、1,9-壬二硫醇、1,10-癸二硫醇。所述芳基二硫醇举例如1,4-苯二硫醇、对苯二硫酚、邻苯二硫醇、3,4-甲苯二硫醇、1,5-萘二硫醇。所述芳烃基二硫醇举例如SH-CH₂-Ph-CH₂-SH、3-巯基-β,4-二甲基环己乙硫醇、卢丁二硫醇。

所述卤代烷基二硫醇举例如4-氯-1,3-苯二硫醇。

所述含一价非烃基取代基的烷基二硫醇举例如：二巯丙醇、二硫代赤藓醇、二硫代苏糖醇、二氢硫辛酸、2,3-二巯基丁二酸。

所述含二价非烃基连接基的二硫醇举例如：双(2-巯基乙基)醚、2,2'-硫代双(乙硫醇)(也称为双巯乙基硫醚)、4'4-二巯基二苯硫醚、3,7-二硫杂-1,9-壬二硫醇、双巯基乙酸乙二醇酯。

位置异构举例，丁二硫醇包括但不限于1,2-丁二硫醇、1,3-丁二硫醇、1,4-丁二硫醇、2,3-丁二硫醇。立体异构如分子式C₄H₁₀O₄的四碳四元醇的的任一种立体异构体中两个羟基取代基换为巯基取代基的情况。

1.3液固比

液固比一般在0.1～10mL:g之间，固体含量太高，会导致固化不完全、注射压力大等缺点，液体含量太高则会导致凝固时间长、固化产物力学强度低等缺点。不同固体粉末及固化液的组合，对液固比的需求也不尽相同。因此，往往需要根据经验或简单探索确定最佳液固比。

1.4骨水泥产物

所述骨水泥的自修复性源自巯基与巯基之间生成双硫键的反应，双硫键属于弱共价相互作用，具有动态可逆的性质。即有利于力学强度的提高，也不会导致可注射性的显著变差。

骨水泥产物的pH小于5时，有利于生成动力学稳定的交联网络结构，提高强度。

1.5掺杂方式

本发明的骨水泥体系，还允许进行功能性掺杂，如治疗性药物(如抗肿瘤药物、抗癌药物等)、生物活性因子(如骨生长因子)、抗菌剂等。还允许其它可预期技术效果的掺杂，包括但不限于已有骨水泥领域文献中采用的性能优化方法，例如{应用化学,2010,27(2):155-158}等。

2.一种所述含双硫键的可注射骨水泥的制备方法，包括以下步骤

2.1组分(I)固体粉末的制备

常规的无机钙盐的制备方法为本领域技术人员所熟知，这里不一一赘述。以磷酸钙为例，通常制备无定形原料，再经烧结后得到所需晶相结构。无定形磷酸钙的制备包括但不限于湿化学法、溶胶凝胶法等。参考文献{西南民族大学学报-自然科学版,2012,38(2):273-276}。

所述无机钙盐仅含有磷系钙盐时，优选经烧结的磷系钙盐。所获得的晶相结构与钙磷比、烧结温度、保温时间、冷却方式等条件息息相关。经烧结后，无定形结构向晶体结构转换，对于提高骨水泥的力学性能作用显著。例如：羟基磷灰石的烧结温度800-1350℃，原料钙磷比1.67，冷却方式为随炉冷却；β-TCP与α-TCP，钙磷比为1.5，β-TCP的煅烧温度800-1200℃，冷却方式为随炉冷却，α-TCP的煅烧温度一般在1200-1400℃，冷却方式最好是淬冷或空冷。制备无定形晶须时的钙磷比、pH值、反应温度、反应时间、洗涤方式、干燥方式等，烧结时的煅烧温度、升温速度、保温时间、冷却方式等都参数都会影响最终骨水泥的性能。

上述掺杂的镁、锌、金、银、锶、铝、钾、锆、钛、硼、氮、氟、其他钙盐等可以在烧结前或烧结后进行混入。

无机钙盐的粒径可以通过球磨方式进行细化。这是本领域的常规技术手段，不再赘述。

2.2组分(II)固化液的制备

所述多巯基试剂溶于固化液的方式可以采用将固体粉末直接溶于固化液的方式，也可以先制备高浓度母液，再经固化液进行稀释。

固化液的pH可以通过有机酸、无机酸、有机碱、无机碱或缓冲液进行调节。所述无机酸如盐酸、硫酸、磷酸等。所述有机酸如乙酸、草酸、柠檬酸、苹果酸等。所述有机碱如三乙胺、吡啶等。所述无机碱如氢氧化钠、氢氧化钾等。所述缓冲液包括但不限于已有类型缓冲液，举例如磷酸盐缓冲液、柠檬酸-氢氧化钠-盐酸缓冲液、磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液、柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液、乙酸-乙酸钠缓冲液、邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠缓冲液、磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲液、硼砂-盐酸缓冲液、巴比妥钠-盐酸缓冲液、Tris-盐酸缓冲液、硼酸-硼砂缓冲液、硼砂-氢氧化钠缓冲液、甘氨酸-氢氧化钠缓冲液等。

2.3调和固化

在室温条件下，将骨水泥粉末和固化液按照一定的液固比混合，用搅拌片调和成膏状，置入1mL或5mL一次性注射器中，手动推动注射，注射入圆柱状的模具中，待凝固后脱模。在室温条件下(标准条件是温度37℃、相对湿度100％)养护24h以上。

2.4产物表征方法

以下参数都可以用来表征骨水泥的性能，评价表征及方法也是本领域常规手段，这里不再赘述。包括但不限于参考文献{中国修复重建外科杂志,2005.19(7):587-589}、{材料导报,2005.19(7):51-53}、{Journal of Alloys and Compounds,2012.520:220-225}、{Acta Biomaterialia,2010.6(2):617-625}、{Acta Biomaterialia,2008.4(3):646-655}、{Biomaterials,2004.25(11):2187-2195}等。

固化过程：固化时间(初凝时间和终凝时间)，例如维卡针法(ASTM C191标准)或吉尔摩双针法(ASTM C266标准)；

注射过程：注射性质(注射能力系数/注射率、注射压力、推力)；

固化后注射产物：抗压强度、抗溃散性、生物安全性、降解性、骨诱导性等都可以评价骨水泥性能的参数。

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。具体实施例为进一步详细说明本发明，非限定本发明的保护范围。

实施例1

1.骨水泥粉末的制备

磷酸钙骨水泥粉末：采用β-磷酸三钙/磷酸四钙按摩尔比2:1组成的磷系钙盐骨水泥粉末。

2.固化液的制备

将分子量1kDa聚半胱氨酸用pH7.2磷酸盐缓冲液溶解，质量浓度20％。

3.调和固化

在室温条件下，将骨水泥粉末0.5g和固化液按照0.5mL/g的液固比混合，用搅拌片调和成膏状，置入1mL一次性注射器中，手动推动注射，可注射时间约3min，固化时间约12min。参照标准ASTM C191测试。

室温条件下养护24小时，将固化产物浸在水中，1天内不溃散。

称取骨水泥粉末1g，按照液固比2mL/g、1mL/g、0.6mL/g、0.5mL/g依次调和，采用5mL一次性注射器中，手动推动注射，注射入圆柱状的模具中，待凝固后脱模。在室温条件下(标准条件是温度37℃)养护24h以上。测试抗压强度，分别约<10MPa,<10MPa,14.5MPa,15.6MPa。

实施例2

1.骨水泥粉末的制备

磷酸钙骨水泥粉末：采用β-磷酸三钙/磷酸四钙按摩尔比2:1组成的磷系钙盐骨水泥粉末。采用旋涡震荡共混法掺入6％海藻酸。

2.固化液的制备

将分子量2kDa聚半胱氨酸用pH7.2磷酸盐缓冲液溶解，质量浓度10％。

3.调和固化

在室温条件下，将骨水泥粉末0.5g和固化液按照0.5mL/g的液固比混合，用搅拌片调和成膏状，置入1mL一次性注射器中，手动推动注射，可注射时间约6min，固化时间约25min。参照标准ASTM C191测试。

称取骨水泥粉末1g，按照液固比2mL/g、1mL/g、0.5mL/g、0.4mL/g依次调和，采用5mL一次性注射器中，手动推动注射，注射入圆柱状的模具中，待凝固后脱模。在室温条件下(标准条件是温度37℃)养护24h以上。测试抗压强度，分别约～10MPa,11.3MPa,19.2MPa,16.5MPa。

实施例3

1.骨水泥粉末的制备：通过球磨方式制备半水硫酸钙、磷酸四钙、磷酸氢锶的复合骨水泥粉末，其中半水硫酸钙的质量百分比80％，磷酸四钙、磷酸氢锶的摩尔比为1:1。通过共混方式掺入质量分数5％的聚谷氨酸(分子量约800Da)。

2.固化液的制备：将半胱氨酸-甘氨酸无规共聚物(摩尔比约6:4，分子量约1000Da)溶解于pH8.0的磷酸氢二钠—柠檬酸缓冲液，质量分数15％。

3.采用液固比0.5mL/g进行调和，置入1mL一次性注射器中，手动推动注射，可注射时间约7min，固化时间约38min。

同样的液固比调和固化后，注入圆柱状磨具，测试抗压强度，约12.2MPa。

实施例4

1.骨水泥粉末：β-磷酸三钙/羟基磷灰石(质量比7:3)的混合粉末中球磨加入质量分数7.2％的商业碳酸钙。掺入质量分数8％的聚天冬氨酸(分子量约800Da)。

2.固化液的制备：将巯基化壳聚糖溶解于约pH5.5的柠檬酸-氢氧化钠-盐酸缓冲液中，质量分数12％。

3.采用液固比0.5mL/g进行调和，置入1mL一次性注射器中，手动推动注射，固化时间约26min。

同样的液固比调和固化后，注入圆柱状磨具，测试抗压强度，约18.5MPa。

实施例5

1.骨水泥粉末：β-磷酸三钙/羟基磷灰石(质量比8:2)的混合粉末中球磨加入质量分数8％的商业碳酸钙。掺入质量分数8％的聚天冬氨酸(分子量约800Da)。

2.固化液的制备：用pH7.4磷酸氢二钠—柠檬酸缓冲液配制季戊四醇及双巯乙基硫醚的混合溶液，摩尔比1:2，质量浓度20％。

3.采用液固比0.5mL/g进行调和，置入1mL一次性注射器中，手动推动注射，固化时间约20min。

同样的液固比调和固化后，注入圆柱状磨具，测试抗压强度，约14.8MPa。

实施例6

采用实施1的制备方法，骨水泥粉末采用干热法灭菌。固化液采用过滤式灭灭菌。在无菌操作台中进行调和，注射成若干段，细胞培养箱中养护24h。

参照GB/T16886.5:2003进行体外细胞毒性试验，采用1g/5ml比例浸泡在培养基(不含血清)，37℃下浸泡24h、48h、72h时，分别提取浸提液，待用。

采用NIH-3T3细胞，培养液DMEM，加入10％血清，100U/mL青霉素、100μg/mL链霉素，按照1.5万/孔的密度接种到十二孔板中，1小时后，进行换液。实验组采用浸提液，对照组1采用无血清的培养基加抗生素，对照组2采用无血清的培养基不加抗生素，空白对照组中无细胞。分别在培养12h、24h、48h、72h时，采用MTT法测试。采用含0.5mg/mL的MTT的pH 7.4PBS缓冲液孵育4h。用DMSO溶解紫色结晶物，用酶标仪测试490nm处的吸光度。发现实验组、对照组1、对照组2之间均无显著性差异。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种含双硫键的可注射骨水泥，包括固体粉末和固化液，其特征在于，为以下组分的反应产物：

组分(II)含有多巯基试剂组分的固化液，pH>5；

将组分(I)与组分(II)按照0.1～10mL/g的液固比进行调和，获得所述含双硫键的可注射骨水泥；

当多巯基试剂为聚合物时，其可水解或酶解；

且体系中不含聚乙二醇组分。

2.根据权利要求1所述含双硫键的可注射骨水泥，其特征在于，所述无机钙盐含有磷系钙盐、硫系钙盐、硅系钙盐中至少一种。

3.根据权利要求1所述含双硫键的可注射骨水泥，其特征在于，所述骨水泥粉末掺杂以下至少一种元素：镁、锌、金、银、锶、钡、铝、钾、锆、钛、硼、氮、氟。

4.根据权利要求1所述含双硫键的可注射骨水泥，其特征在于，所述固化液的pH为双硫键可建立动态平衡的pH值。

5.根据权利要求1所述含双硫键的可注射骨水泥，其特征在于，所述固化液为含有多巯基试剂组分的水、水溶液、或与水相溶的混合溶剂。

6.根据权利要求1所述含双硫键的可注射骨水泥，其特征在于，所述固化液中含具有-(M-(SH)_k)_n-结构的多巯基聚合物，且所述多巯基聚合物可水解或酶解；其中，M-(SH)_k为含有k个巯基的二价重复单元，n为聚合度且n≥5，k为整数且选自1～10。

7.根据权利要求6所述含双硫键的可注射骨水泥，其特征在于，所述M-(SH)_k为半胱氨酸残基。

8.根据权利要求6所述含双硫键的可注射骨水泥，其特征在于，所述M-(SH)_k为含有2个半胱氨酸的寡肽或多肽的残基。

9.根据权利要求6所述含双硫键的可注射骨水泥，其特征在于，所述M含有单糖、二糖、寡糖或多糖的脱羟基骨架结构，且固化液粘度≤700mpa·s。

10.根据权利要求9所述含双硫键的可注射骨水泥，其特征在于，所述M-(SH)_k为巯基化透明质酸或巯基化壳聚糖。

11.根据权利要求1所述含双硫键的可注射骨水泥，其特征在于，所述多巯基试剂为具有3～10个巯基的小分子试剂，且含有二巯基试剂，且所述二巯基试剂中的巯基摩尔含量占体系中巯基总含量不超过80％。

12.根据权利要求11所述含双硫键的可注射骨水泥，其特征在于，所述多巯基试剂选自季戊四硫醇、季戊四醇四巯基乙酸酯、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯中任一种。

13.根据权利要求1所述含双硫键的可注射骨水泥，其特征在于，所述固化液中含有二巯基试剂，所述二巯基试剂选自烃基二硫醇、卤代烷基二硫醇、含一价非烃基取代基的烷基二硫醇、含二价非烃基连接基的二硫醇；

14.根据权利要求13所述含双硫键的可注射骨水泥，其特征在于，所述二巯基试剂中巯基摩尔含量占体系中巯基总含量不超过80％。

15.根据权利要求14所述含双硫键的可注射骨水泥，其特征在于，所述二巯基试剂中巯基摩尔含量占体系中巯基总含量不超过75％。

16.一种根据权利要求1～15中任一种含双硫键的可注射骨水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤a：固化液的制备：将多巯基试剂溶于水、水溶液、或与水相溶的混合溶剂中，pH>5；

步骤b：调和固化：将骨水泥粉末与固化液按照0.1～10mL/g的液固比进行调和，获得所述含双硫键的可注射骨水泥；

17.根据权利要求16所述含双硫键的可注射骨水泥的制备方法，其特征在于，所述固化液的pH通过有机酸、无机酸、有机碱、无机碱或缓冲液进行调节。