CN106730002A - 一种骨水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种骨水泥及其制备方法。制备方法如下：（1）将葡萄糖溶于水，配制的葡萄糖溶液，搅拌20‑40min，转速为120‑240r/min；（2）将葡萄糖溶液加热至30‑50℃，然后加入羧甲基纤维素钠的得到固化液；（3）将羟基磷灰石、α‑磷酸三钙、β‑磷酸三钙、ε‑聚赖氨酸、珊瑚粉、高链交联羧甲基淀粉、丙氨酸改性聚乳酸、胶原蛋白、聚磷酸钠与固化液进行调和，即得到骨水泥。本发明的骨水泥可用于治疗骨骼再生、美容整形等应用，该能够快速降解，产生孔隙，让细胞容易贴附生长，进而帮助细胞间质的产生以提高治疗效果。

Description

一种骨水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用材料领域，具体涉及一种骨水泥及其制备方法。
背景技术
随着各种创伤造成的骨缺损病例日益增加，对修复材料的需求也与日俱增。自体骨被奉为修复骨缺损的金标准，但来源有限，异体骨效果也较好，但存在伦理及疾病传播的问题。磷酸钙骨水泥（CPCs）作为新型的骨修复材料，具有可注射、塑形好、骨传导性强等优点，但较慢的吸收率阻碍了其广泛应用；增加孔径率可明显加速CPCs的吸收，是目前CPCs改性研究的热点。磷酸钙骨水泥良好的生物相容性使其成为组织工程骨的优良材料，但是，磷酸钙骨水泥在体内降解极慢，三维CT显示在椎体内，经12个月其降解率约2%左右，缓慢的降解率严重阻碍了进一步骨替代的完成，这是制约其在临床上大量应用的最大瓶颈。磷酸钙骨水泥的降解主要通过自身溶解与细胞吞噬，其中细胞吞噬发生在材料与细胞的接触面，是最主要的吸收方式，故通过增加材料的孔径率，可以扩大材料与细胞的接触面，从而明显加速材料的吸收。材料的孔径大小及孔径连通性也影响到降解的速度，细胞在50μm以上的孔径中才能生长，小的孔径细胞虽然不能长入，但是可以加强孔与孔之间的连接，故也是必不可少的。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种骨水泥，在生物体内具有高降解率，同时通过降解可增加孔径与孔径之间的连接，有利于成骨细胞的生长。
技术方案：一种骨水泥，由以下成分按重量份制备而成：羟基磷灰石10-25份、α-磷酸三钙0.8-8份、β-磷酸三钙0.8-8份、ε-聚赖氨酸1.8-7.5份、珊瑚粉2-10份、高链交联羧甲基淀粉5-10份、丙氨酸改性聚乳酸1.5-5份、胶原蛋白0.5-1.5份、葡萄糖1.5-5.5份、羧甲基纤维素钠0.8-3.5份、聚磷酸钠1.5-6份、水35-55份。
进一步优选的，所述的一种骨水泥，由以下成分按重量份制备而成：羟基磷灰石15-23份、α-磷酸三钙2-6份、β-磷酸三钙2-6份、ε-聚赖氨酸3.5-6.5份、珊瑚粉4-8份、高链交联羧甲基淀粉6-9份、丙氨酸改性聚乳酸2.5-4.5份、胶原蛋白0.8-1.2份、葡萄糖2.5-4.5份、羧甲基纤维素钠1.5-2.5份、聚磷酸钠3-5份、水40-50份。
上述骨水泥的制备方法，包括以下步骤：
（1）将葡萄糖溶于水，配制的葡萄糖溶液，搅拌20-40min，转速为120-240r/min；
（2）将葡萄糖溶液加热至30-50℃，然后加入羧甲基纤维素钠的得到固化液；
（3）将羟基磷灰石、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、ε-聚赖氨酸、珊瑚粉、高链交联羧甲基淀粉、丙氨酸改性聚乳酸、胶原蛋白、聚磷酸钠与固化液进行调和，即得到骨水泥。
进一步的，所述的一种骨水泥的制备方法，所述步骤（1）中搅拌速度为25-35min，转速为150-200r/min。
进一步的，所述的一种骨水泥的制备方法，所述步骤（2）中温度为37℃。
进一步的，所述的一种骨水泥的制备方法，所述步骤（3）中得到的骨水泥存放在37±3℃，湿度为100%的环境中。
进一步的，所述的一种骨水泥的制备方法，所述的骨水泥的固化时间为3-10min。
有益效果：本发明的骨水泥未降解前的孔径率约38%左右，随着时间的增加，实施例在添加ε-聚赖氨酸、珊瑚粉、高链交联羧甲基淀粉、丙氨酸改性聚乳酸后，骨水泥的降解行为逐渐加快，12周后孔隙率可以达到63.5-67.5%，这是由于羟基磷灰石骨水泥的孔径小，首先细胞无法长入材料内部，其次降解也难以进行，因此降解只发生在材料的外层，在加入ε-聚赖氨酸、珊瑚粉、高链交联羧甲基淀粉、丙氨酸改性聚乳酸，使得骨水泥能够快速降解，产生孔隙，也可以使得细胞能够进入材料内部。
具体实施方式
实施例1
一种骨水泥，由以下成分按重量份制备而成：羟基磷灰石25份、α-磷酸三钙0.8份、β-磷酸三钙0.8份、ε-聚赖氨酸7.5份、珊瑚粉2份、高链交联羧甲基淀粉10份、丙氨酸改性聚乳酸1.5份、胶原蛋白1.5份、葡萄糖5.5份、羧甲基纤维素钠3.5份、聚磷酸钠6份、水55份。
上述骨水泥的制备方法为：（1）将葡萄糖溶于水，配制的葡萄糖溶液，搅拌40min，转速为120r/min；（2）将葡萄糖溶液加热至50℃，然后加入羧甲基纤维素钠的得到固化液；（3）将羟基磷灰石、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、ε-聚赖氨酸、珊瑚粉、高链交联羧甲基淀粉、丙氨酸改性聚乳酸、胶原蛋白、聚磷酸钠与固化液进行调和，即得到骨水泥。
实施例2
一种骨水泥，由以下成分按重量份制备而成：羟基磷灰石10份、α-磷酸三钙8份、β-磷酸三钙8份、ε-聚赖氨酸1.8份、珊瑚粉10份、高链交联羧甲基淀粉5份、丙氨酸改性聚乳酸5份、胶原蛋白0.5份、葡萄糖1.5份、羧甲基纤维素钠0.8份、聚磷酸钠1.5份、水35份。
上述骨水泥的制备方法为：（1）将葡萄糖溶于水，配制的葡萄糖溶液，搅拌20min，转速为240r/min；（2）将葡萄糖溶液加热至30℃，然后加入羧甲基纤维素钠的得到固化液；（3）将羟基磷灰石、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、ε-聚赖氨酸、珊瑚粉、高链交联羧甲基淀粉、丙氨酸改性聚乳酸、胶原蛋白、聚磷酸钠与固化液进行调和，即得到骨水泥。
实施例3
一种骨水泥，由以下成分按重量份制备而成：羟基磷灰石15份、α-磷酸三钙2份、β-磷酸三钙2份、ε-聚赖氨酸6.5份、珊瑚粉4份、高链交联羧甲基淀粉9份、丙氨酸改性聚乳酸2.5份、胶原蛋白0.8份、葡萄糖2.5份、羧甲基纤维素钠1.5份、聚磷酸钠3份、水40份。
上述骨水泥的制备方法为：（1）将葡萄糖溶于水，配制的葡萄糖溶液，搅拌25min，转速为200r/min；（2）将葡萄糖溶液加热至37℃，然后加入羧甲基纤维素钠的得到固化液；（3）将羟基磷灰石、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、ε-聚赖氨酸、珊瑚粉、高链交联羧甲基淀粉、丙氨酸改性聚乳酸、胶原蛋白、聚磷酸钠与固化液进行调和，即得到骨水泥。
实施例4
一种骨水泥，由以下成分按重量份制备而成：羟基磷灰石23份、α-磷酸三钙6份、β-磷酸三钙6份、ε-聚赖氨酸3.5份、珊瑚粉8份、高链交联羧甲基淀粉6份、丙氨酸改性聚乳酸4.5份、胶原蛋白1.2份、葡萄糖4.5份、羧甲基纤维素钠2.5份、聚磷酸钠5份、水50份。
上述骨水泥的制备方法为：（1）将葡萄糖溶于水，配制的葡萄糖溶液，搅拌35min，转速为150r/min；（2）将葡萄糖溶液加热至37℃，然后加入羧甲基纤维素钠的得到固化液；（3）将羟基磷灰石、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、ε-聚赖氨酸、珊瑚粉、高链交联羧甲基淀粉、丙氨酸改性聚乳酸、胶原蛋白、聚磷酸钠与固化液进行调和，即得到骨水泥。
实施例5
一种骨水泥，由以下成分按重量份制备而成：羟基磷灰石20份、α-磷酸三钙4份、β-磷酸三钙4份、ε-聚赖氨酸5份、珊瑚粉6份、高链交联羧甲基淀粉8份、丙氨酸改性聚乳酸3.5份、胶原蛋白1份、葡萄糖3.5份、羧甲基纤维素钠2份、聚磷酸钠4份、水45份。
上述骨水泥的制备方法为：（1）将葡萄糖溶于水，配制的葡萄糖溶液，搅拌30min，转速为180r/min；（2）将葡萄糖溶液加热至37℃，然后加入羧甲基纤维素钠的得到固化液；（3）将羟基磷灰石、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、ε-聚赖氨酸、珊瑚粉、高链交联羧甲基淀粉、丙氨酸改性聚乳酸、胶原蛋白、聚磷酸钠与固化液进行调和，即得到骨水泥。
对比例1
一种骨水泥，由以下成分按重量份制备而成：羟基磷灰石10份、α-磷酸三钙8份、β-磷酸三钙8份、珊瑚粉10份、丙氨酸改性聚乳酸5份、胶原蛋白0.5份、葡萄糖1.5份、羧甲基纤维素钠0.8份、聚磷酸钠1.5份、水35份。
上述骨水泥的制备方法为：（1）将葡萄糖溶于水，配制的葡萄糖溶液，搅拌20min，转速为240r/min；（2）将葡萄糖溶液加热至30℃，然后加入羧甲基纤维素钠的得到固化液；（3）将羟基磷灰石、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、珊瑚粉、丙氨酸改性聚乳酸、胶原蛋白、聚磷酸钠与固化液进行调和，即得到骨水泥。
对比例2
一种骨水泥，由以下成分按重量份制备而成：羟基磷灰石25份、α-磷酸三钙0.8份、β-磷酸三钙0.8份、ε-聚赖氨酸7.5份、高链交联羧甲基淀粉10份、胶原蛋白1.5份、葡萄糖5.5份、羧甲基纤维素钠3.5份、聚磷酸钠6份、水55份。
上述骨水泥的制备方法为：（1）将葡萄糖溶于水，配制的葡萄糖溶液，搅拌40min，转速为120r/min；（2）将葡萄糖溶液加热至50℃，然后加入羧甲基纤维素钠的得到固化液；（3）将羟基磷灰石、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、ε-聚赖氨酸、高链交联羧甲基淀粉、胶原蛋白、聚磷酸钠与固化液进行调和，即得到骨水泥。
体外降解实验：将实施例1-5和对比例1、2制备的骨水泥分别注入直径5mm，高10mm的不锈钢圆柱体模具，模具于37℃的生理盐水中浸泡后，脱模，真空干燥至恒重，精确测定材料体积及重量，计算材料的孔径率；然后将试样浸泡于PBS溶液中，将容器封口后置于37℃恒温箱中，降解过程中不予任何干预措施，使降解系统保持常态，记录不同降解时间的材料的体积及重量，计算材料的孔径率。
以下列公式计算材料孔径率：孔径率=(羟磷灰石的密度-实验样品的密度)/羟磷灰石的密度，其中羟磷灰石的密度为3.14g/cm3。
本发明材料的各项性能指标见下表，我们可以看到本骨水泥未降解前的孔径率约38%左右，随着时间的增加，实施例在添加ε-聚赖氨酸、珊瑚粉、高链交联羧甲基淀粉、丙氨酸改性聚乳酸后，骨水泥的降解行为逐渐加快，12周后孔隙率可以达到63.5-67.5%，这是由于羟基磷灰石骨水泥的孔径小，首先细胞无法长入材料内部，其次降解也难以进行，因此降解只发生在材料的外层，在加入ε-聚赖氨酸、珊瑚粉、高链交联羧甲基淀粉、丙氨酸改性聚乳酸，使得骨水泥能够快速降解，产生孔隙，也可以使得细胞能够进入材料内部。
表1 骨水泥的各项性能指标

Claims (7)

1.一种骨水泥，其特征在于，由以下成分按重量份制备而成：羟基磷灰石10-25份、α-磷酸三钙0.8-8份、β-磷酸三钙0.8-8份、ε-聚赖氨酸1.8-7.5份、珊瑚粉2-10份、高链交联羧甲基淀粉5-10份、丙氨酸改性聚乳酸1.5-5份、胶原蛋白0.5-1.5份、葡萄糖1.5-5.5份、羧甲基纤维素钠0.8-3.5份、聚磷酸钠1.5-6份、水35-55份。
2.根据权利要求1所述的一种骨水泥，其特征在于，由以下成分按重量份制备而成：羟基磷灰石15-23份、α-磷酸三钙2-6份、β-磷酸三钙2-6份、ε-聚赖氨酸3.5-6.5份、珊瑚粉4-8份、高链交联羧甲基淀粉6-9份、丙氨酸改性聚乳酸2.5-4.5份、胶原蛋白0.8-1.2份、葡萄糖2.5-4.5份、羧甲基纤维素钠1.5-2.5份、聚磷酸钠3-5份、水40-50份。
3.一种骨水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将葡萄糖溶于水，配制的葡萄糖溶液，搅拌20-40min，转速为120-240r/min；
（2）将葡萄糖溶液加热至30-50℃，然后加入羧甲基纤维素钠的得到固化液；
（3）将羟基磷灰石、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、ε-聚赖氨酸、珊瑚粉、高链交联羧甲基淀粉、丙氨酸改性聚乳酸、胶原蛋白、聚磷酸钠与固化液进行调和，即得到骨水泥。
4.根据权利要求3所述的一种骨水泥的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中搅拌速度为25-35min，转速为150-200r/min。
5.根据权利要求3所述的一种骨水泥的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中温度为37℃。
6.根据权利要求3所述的一种骨水泥的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中得到的骨水泥存放在37±3℃，湿度为100%的环境中。
7.根据权利要求3所述的一种骨水泥的制备方法，其特征在于：所述的骨水泥的固化时间为3-10min。
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