CN105536059A - 一种自修复可注射骨水泥及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自修复可注射骨水泥及其制备方法。所述自修复可注射骨水泥的固体粉末中含有无机钙盐，且复合有醛基化海藻酸或醛基化海藻酸盐组分，固化液中含有水溶性赖氨酸基聚合物，按0.1～10mL:g的液固比进行调和后获得。所述自修复可注射骨水泥材料通过引入氨基和醛基反应形成的亚胺键，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。赖氨酸基元的良好生物相容性，及水溶性赖氨酸基聚合物及海藻酸钠的可降解性，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

一种自修复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，特别涉及一种自修复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CN103690992A、CN104645418A、CN103550823A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、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CN104645418A(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。

文献CN105268029A(公开时间2016.01.27)，骨水泥通过乙二醇壳聚糖与醛基功能化海藻酸的交联反应和化学键的动态热力学平衡实现自愈合性能，同时在乙二醇壳聚糖溶液中复合磷酸钙骨水泥，形成用于骨修复的水凝胶材料，作为一种水凝胶材料，虽然具有良好的可注射和自愈合性能，但其机械性能相对较差，应用范围受限。

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自修复可注射骨水泥材料。

本发明的自修复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，且复合有醛基化海藻酸或醛基化海藻酸盐组分；

组分(II)包含水溶性赖氨酸基聚合物组分的固化液，pH>5，优选pH≥6.5；

将组分(I)与组分(II)按照0.1～10mL:g的液固比进行调和，获得所述自修复可注射骨水泥。

所述水溶性赖氨酸基聚合物为赖氨酸基聚肽。

所述水溶性赖氨酸基聚合物的分子量大于500Da。

所述水溶性赖氨酸基聚合物的分子量≥1000Da。

所述水溶性赖氨酸基聚合物的分子量≥2000Da。

所述水溶性赖氨酸基聚合物的分子量≥5000Da。

一种自修复可注射骨水泥，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，且复合有醛基化海藻酸或醛基化海藻酸盐组分；

组分(II)固化液，为溶有赖氨酸基聚肽的水、水溶液、或与水相溶的混合溶剂；

将组分(I)与组分(II)按照0.1～10mL:g的液固比进行调和，获得所述自修复可注射骨水泥。

所述固化液pH≥6.5。

所述固化液的pH为中性或弱碱性条件。

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。

所述骨水泥粉末掺杂碳酸钙。

所述骨水泥粉末复合有醛基化海藻酸，且所述固化液为碱性。

所述醛基化海藻酸或醛基化海藻酸盐的氧化度OD满足以下任一种：0<OD≤20％,20％<OD≤40％,40％<OD≤60％,60％<OD≤80％,80％<OD≤100％。

组分(I)中醛基与组分(II)中氨基的摩尔比约1:1～1:2。

组分(I)中醛基与组分(II)中氨基的摩尔比约1:1～1:1.5。

组分(I)中醛基与组分(II)中氨基的摩尔比接近1:1。

所述醛基化海藻酸盐选自钠盐、钾盐、钙盐、胺盐中任一种。

所述水溶性赖氨酸基聚合物中赖氨酸单元数≥5，所述赖氨酸单元为ε-赖氨酸或α-赖氨酸。

所述水溶性赖氨酸基聚合物中赖氨酸单元数≥10。

所述水溶性赖氨酸基聚合物为ε-聚赖氨酸或α-聚赖氨酸。

所述水溶性赖氨酸基聚合物为聚(赖氨酸-甘氨酸)，具有赖氨酸-甘氨酸的重复单元，或为赖氨酸与甘氨酸的无规共聚物聚(赖氨酸-ran-甘氨酸)。

本发明还提供一种上述自修复可注射骨水泥的制备方法，包括以下步骤：

步骤a：组分(I)骨水泥粉末的制备：将无机钙盐粉末与醛基化海藻酸或醛基化海藻酸盐混合均匀；

步骤b：组分(II)固化液的制备：将水溶性赖氨酸基聚合物溶于水、水溶液、或与水相溶的混合溶剂中；

步骤c：调和固化：将组分(I)与组分(II)按照0.1～10mL:g的液固比进行调和，获得所述自修复可注射骨水泥。

所述水溶性赖氨酸基聚合物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。

所述自修复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)所述自修复可注射骨水泥材料通过引入氨基和醛基反应形成的动态共价键亚胺键，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，基于水溶性赖氨酸基聚合物的良好溶解性和粘度可调性，还能保留良好的注射性，使产品具有良好的综合性能。

(2)水溶性赖氨酸基聚合物优选赖氨酸基聚肽，更优选聚赖氨酸。聚赖氨酸本身具有较好的水溶性，可提供重复排列的单体单元结构，及均匀分布的氨基，而且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。

(3)ε-聚赖氨酸还是一种营养型抑菌剂，抑菌谱广。这对于灭菌消毒不易的骨水泥材料而言，进一步提高了材料的生物安全性。

(4)对于磷系钙盐、采用经烧结的钙盐粉末作为骨水泥粉末的前体原料，经过固液两相的调和及反应固化，相对于未经烧结的骨水泥粉末可形成区别于水凝胶形态的不透明固体材料，可提供更好的力学强度及抗溃散性。

(5)相比于丙烯酸酯类的强交联网络结构及高硬度、高模量，动态可逆的亚胺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。

(6)随着水溶性赖氨酸基聚合物及海藻酸钠组分的降解，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。

(7)赖氨酸基元的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

1.一种自修复可注射骨水泥材料，为以下组分的反应产物：

组分(I)骨水泥粉末，含有无机钙盐，且复合有醛基化海藻酸或醛基化海藻酸盐组分；

组分(II)包含水溶性赖氨酸基聚合物组分的固化液，优选pH≥6.5；

将组分(I)与组分(II)按照0.1～10mL:g的液固比进行调和，获得所述自修复可注射骨水泥。

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。

提供醛基的试剂为醛基化海藻酸或醛基化海藻酸盐，优选醛基化海藻酸盐。当为醛基化海藻酸时，对应固化液优选碱性。

所述醛基化海藻酸或醛基化海藻酸盐的醛基浓度(mol/g)及氧化度OD＝[(n_CHO/2)/(m_{海 藻酸钠}/198.11)]×100％可采用包括但不限于文献{多醛基海藻酸钠交联剂的制备及性能.应用化学,2010,27(2):155-158}的方法进行测定。其中，n_CHO表示醛基的摩尔数，m_海藻酸钠表示海藻酸钠的克数。所述氧化度没有特别限制，可满足以下任一种：0<OD≤20％,20％<OD≤40％,40％<OD≤60％,60％<OD≤80％,80％<OD≤100％。例如20％,40％,50％,60％,80％,90％及以上等，根据骨水泥需要交联程度、水溶性赖氨酸基聚合物中氨基相对含量来选择。优选醛基与氨基的摩尔比约1:1～1:2，更优选约1:1～1:1.5，更优选接近1:1。氨基含量更高时，有利于ε-聚赖氨酸的抑菌性。

醛基化海藻酸或醛基化海藻酸盐的复合方式为物理共混。

醛基化海藻酸盐包括但不限于钠盐、钾盐、钙盐、胺盐(铵盐)等，优选醛基化海藻酸钠。

1.2组分(II)

所述水溶性赖氨酸基聚合物含有ε-赖氨酸或α-赖氨酸的基本单元，平均含量优选≥5，更优选≥10。可以为赖氨酸均聚物如ε-聚赖氨酸、α-聚赖氨酸、或ε-赖氨酸与α-赖氨酸无规或半规整或规整排列的聚合物，也可以为含赖氨酸单元的共聚物。当为共聚物时，优选为氨基酸共聚物(聚肽)，如赖氨酸-甘氨酸共聚物，也可以为赖氨酸与一种或一种以上水溶性聚合物单体单元的共聚物。所述另一种水溶性聚合物优选为可水解或可酶解的，且要求其降解产物是生物相容性的，可选自包括但不限于聚环氧烷烃以及衍生物(优选聚乙二醇及其衍生物)、聚乙烯醇、聚丙烯酸及其衍生物、聚甲基丙烯酸甲酯及其衍生物、聚甲基丙烯酸乙酯及其衍生物、聚丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚羟基乙酸、聚羟基丁酸酯、聚富马酸丙二醇酯、聚乙烯吡咯烷酮、水溶性多糖、壳聚糖、葡聚糖、聚氨基酸、聚肽、羧甲基淀粉、醋酸淀粉、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚羟烷基甲基丙烯酰胺、聚羟烷基甲基丙烯酸酯、聚α-羟基酸、聚磷腈、聚恶唑啉、聚N-丙烯酰吗啉等。共聚方式优选无规共聚或嵌段共聚物。所述水溶性赖氨酸基聚合物优选赖氨酸基聚肽，最优选ε-聚赖氨酸或α-聚赖氨酸。

所述水溶性赖氨酸基聚合物可以为单分散性或多分散性。

所述水溶性赖氨酸基聚合物的分子量优选≥1000Da，不过本发明也公开分子量低于1000Da的技术方案。更优选≥2000Da。且分子量优选≤5000Da，但也公开大于5000Da的技术方案。

所述固化液为溶有水溶性赖氨酸基聚合物的水、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、壳聚糖、氨基被转化的壳聚糖衍生物等。但优选不含壳聚糖或其衍生物，如磷酸化壳聚糖、羧酸化壳聚糖等。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值没有特别限制，优选pH6.5及以上，优选中性或弱碱性条件。当为酸性溶液时，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。不过ε-聚赖氨酸遇酸性多糖类、盐酸盐类、磷酸盐类、铜离子等可能因结合而使活性降低，与盐酸、柠檬酸、苹果酸、甘氨酸和高级脂肪甘油酯等合用又有增效作用；分子量在3600～4300Da之间的ε-聚赖氨酸其抑菌活性最好(对应约28～34个赖氨酸单元)，当分子量低于1300时，ε-聚赖氨酸失去抑菌活性。

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。对于液固比的选择，优选未达到海藻酸或海藻酸盐的临界交叠浓度，超过临界交叠溶度的海藻酸盐溶液可形成凝胶。

1.4骨水泥产物

所述骨水泥的自修复性源自醛基化海藻酸或醛基化海藻酸盐的醛基与水溶性赖氨酸基聚合物中的氨基直接的反应，反应生成的亚胺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。

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。

2.一种所述自修复可注射骨水泥的制备方法，包括以下步骤

步骤a：组分(I)骨水泥粉末的制备：将无机钙盐粉末与醛基化海藻酸或醛基化海藻酸盐混合均匀；

步骤b：组分(II)固化液的制备：将水溶性赖氨酸基聚合物溶于水、水溶液、或与水相溶的混合溶剂中。

步骤c：调和固化：将组分(I)与组分(II)按照0.1～10mL:g的液固比进行调和，获得所述自修复可注射骨水泥。

2.1组分(I)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。

所述醛基化海藻酸盐，{多醛基海藻酸钠交联剂的制备及性能.应用化学,2010,27(2):155-158}、{新型醛基化海藻酸钠_肝素复合涂层的制备及性能评价.中国生物医学工程学报,2013,32(1):78-85}、专利文献CN105268029A中公开的制备方法。

醛基化海藻酸或醛基化海藻酸盐的复合方式没有特别限制，优选机械混合。可以此人工混合，也可以采用机器混合，以混合越均匀越好。

2.2组分(II)的制备

所述水溶性赖氨酸基聚合物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}、{JournalofAlloysandCompounds,2012.520:220-225}、{ActaBiomaterialia,2010.6(2):617-625}、{ActaBiomaterialia,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(ASTMC191标准)或吉尔摩双针法(ASTMC266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。

醛基化海藻酸钠的制备

(a)在烧瓶中加入黏度为400mpa·s的海藻酸钠，加去离子水使其完全溶解，并在另一烧杯中将高碘酸钠、高碘酸钾(摩尔比为1:1)用水完全溶解，再按海藻酸钠与高碘酸盐的摩尔比为1:0.5将所得高碘酸盐溶液缓慢加入至海藻酸钠溶液中，于25℃黑暗条件下磁力搅拌,反应8小时；

(b)反应完成后，将过量乙二醇加入所得溶液中，磁力搅拌1.5小时以除去未反应的高碘酸盐，然后将其放入截留分子量为3000的透析袋中，在去离子水中进行透析，6小时换一次水，透析3天后冷冻干燥，得到醛基功能化海藻酸钠。氧化度约80％。

(c)采用上述方法，将透析介质改为稀盐酸，得到醛基功能化海藻酸。

按照重量百分比5％将醛基化海藻酸钠通过旋涡共混方式掺入骨水泥粉末中。

2.固化液的制备

将分子量约3000Da的ε-聚赖氨酸溶解于蒸馏水，用磷酸盐缓冲液调节pH值约7.2，ε-聚赖氨酸质量浓度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0.6mL/g的液固比混合(醛基：氨基的摩尔比约1:1.2)，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3.5min，固化时间约14min。参照标准ASTMC191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,18.5MPa,19.8MPa。

实施例2

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6％，氧化度约70％的醛基化海藻酸。

2.固化液的制备：将分子量约2000Da的α-聚赖氨酸溶解于pH9.0的甘氨酸-氢氧化钠缓冲液，质量分数8％。

3.采用液固比0.5mL/g(醛基：氨基的摩尔比约1:1)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6min，固化时间约30min。

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。

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9.6MPa。

实施例3

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％，氧化度约80％的醛基化海藻酸钠。

2.固化液的制备：将赖氨酸-甘氨酸的无规共聚物(摩尔比7:3)约pH5.5的柠檬酸-氢氧化钠-盐酸缓冲液中，质量分数20％。

3.采用液固比0.5mL/g(醛基：氨基的摩尔比约1:1.5)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25min。

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。

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15.7MPa。

实施例4

采用实施1的制备方法，未掺醛基化海藻酸钠的骨水泥粉末采用干热法灭菌，与经高温高压灭菌的醛基化海藻酸钠在无菌条件下进行旋涡振荡共混。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pH7.4PBS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 (10)

1.一种自修复可注射骨水泥，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(I)骨水泥粉末，含有无机钙盐，且复合有醛基化海藻酸或醛基化海藻酸盐组分；

组分(II)固化液，为溶有赖氨酸基聚肽的水、水溶液、或与水相溶的混合溶剂；

将组分(I)与组分(II)按照0.1～10mL:g的液固比进行调和，获得所述自修复可注射骨水泥。

2.根据权利要求1所述自修复可注射骨水泥，其特征在于，所述固化液pH≥6.5，优选pH为中性或弱碱性条件。

3.根据权利要求1所述自修复可注射骨水泥，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。

4.根据权利要求1所述自修复可注射骨水泥，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。

5.根据权利要求1所述自修复可注射骨水泥，其特征在于，所述醛基化海藻酸或醛基化海藻酸盐的氧化度OD满足以下任一种：0<OD≤20％,20％<OD≤40％,40％<OD≤60％,60％<OD≤80％,80％<OD≤100％。

6.根据权利要求1所述自修复可注射骨水泥，其特征在于，组分(I)中醛基与组分(II)中氨基的摩尔比约1:1～1:2，优选约1:1～1:1.5，更优选接近1:1。

7.根据权利要求1所述自修复可注射骨水泥，其特征在于，所述醛基化海藻酸盐选自钠盐、钾盐、钙盐、胺盐中任一种。

8.根据权利要求1所述自修复可注射骨水泥，其特征在于，所述赖氨酸基聚肽中赖氨酸单元数≥5，优选≥10；所述赖氨酸单元为ε-赖氨酸或α-赖氨酸；

所述赖氨酸基聚肽的分子量大于500Da，优选≥1000Da，更优选≥2000Da，更优选≥5000Da。

9.根据权利要求1所述自修复可注射骨水泥，其特征在于，所述赖氨酸基聚肽为ε-聚赖氨酸、α-聚赖氨酸、聚(赖氨酸-甘氨酸)或聚(赖氨酸-ran-甘氨酸)。

10.一种权利要求1～9中任一项所述自修复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：组分(I)骨水泥粉末的制备：将无机钙盐粉末与醛基化海藻酸或醛基化海藻酸盐混合均匀；

步骤b：组分(II)固化液的制备：将赖氨酸基聚肽溶于水、水溶液、或与水相溶的混合溶剂中；

步骤c：调和固化：将组分(I)与组分(II)按照0.1～10mL:g的液固比进行调和，获得所述自修复可注射骨水泥；

所述赖氨酸基聚肽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。