CN112142439A - 应力刺激型高矿化活性复合骨水泥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医用骨修复材料领域，具体涉及一种应力刺激型高矿化活性复合骨水泥及其制备方法。该骨水泥在非承重骨缺损处的湿润环境中由于琼脂遇水膨胀凝胶化，与缺损处更加紧密贴合产生应力刺激，不仅可以促进血管内皮细胞的生成，提供骨折端丰富的血运，还可以调控成骨和破骨细胞活性的表达，同时也影响多种生长因子的表达，从而促进骨痂的生长和新骨的形成。而且该复合骨水泥以柠檬酸钙/无定型磷酸钙新型复合粉体作为基质，且使用聚丙烯酸钠进一步增加骨水泥体系的抗溃散性。在保证骨水泥在修复过程中可以提供足够的钙源以达到机体的缺损修复，同时也能在湿润的环境中使骨水泥保持不散落。该复合骨水泥丰富了医用应力刺激型骨修复材料体系。
Description
技术领域
本发明属于医用生物材料领域，具体涉及应力刺激型高矿化活性复合骨水泥及其制备方法。
背景技术
在骨科研究领域中，怎样促使骨愈合一直是一个难题，众多研究表明创伤部位的应力环境对骨愈合的影响至关重要。近年来国内外对应力刺激促进骨愈合的机制研究发展迅速，已深入到分子生物学水平。Wolff定律证实适当的应力刺激可促进骨愈合，组织分化理论也认为骨折愈合受机械力学环境的影响。在临床上，大多数骨折患者因术后患肢缺乏适当的应力刺激而容易造成骨折延迟愈合或不愈合。动物实验研究也显示（唐兆鹏, 赵德伟. 不同应力刺激下犬坏死股骨头自然修复过程的研究[J]. 中华骨与关节外科杂志,2011, 04(001):45-50.），应力刺激可通过细胞分子水平影响骨愈合，在无任何应力刺激情况下，结果显示成骨细胞活性表达降低，破骨细胞明显增加，而通过适当应力刺激后可明显增强成骨细胞活性，从而减少骨丢失。因此，在骨折愈合过程中，适当应力刺激极其重要。中国专利200620109987.1发明了周期应力刺激型交锁髓内钉，在传统的交锁髓内钉的中下部椭圆锁孔上沿设置回位弹簧的周期应力刺激型交锁髓内钉，以促进骨缺损快速修复。但是目前在骨水泥体系中应力刺激型的研究较少，所以通过研究应力刺激型骨水泥来增加应力刺激型骨修复材料的多元化。
目前可塑形的骨水泥被大量研究，但大多数骨水泥的主要粉体是羟基磷灰石（K,Ishihara,H, Arai,N, Nakabayashi,S, Morita,K, Furuya.Adhesive bone cementcontaining hydroxyapatite particle as bone compatible filler.[J].Journal ofbiomedical materials research,1992,26(7):937-45.）、磷酸四钙和无水磷酸氢钙混合等，为了在骨修复过程中提供更多的钙离子以及更高的生物活性，依照中国专利CN201910644520.9制备高矿化活性的柠檬酸钙/无定型磷酸钙（ACP）复合粉体，这为骨组织再生提供了更多的能量。利用有机大分子琼脂作为增稠剂，琼脂粉是一类从石花菜及其它红藻类植物提取出来的藻胶，由于其显著的稳固性、且易吸收水分，凝胶化，已经广泛使用于食用、医药、化工、纺织等领域。
聚丙烯酸钠（PAAS）无毒且生物相容性较好，而且作为一种安全的食品添加剂被广泛使用，在给药或其他植入材料方面有潜在的应用。聚丙烯酸钠在水溶液中具有高粘度，形状保持能力强的特点，这些优势可改善柠檬酸钙/无定型磷酸钙浆料的抗冲刷能力。
本发明提供的一种应力刺激型高矿化活性复合骨水泥及其制备方法，该复合骨水泥在非承重处骨缺损的湿润环境中由于琼脂的凝胶化膨胀可以紧密贴合缺损部位，提高骨水泥镶嵌于缺损部位的稳定结合性，使材料充分接触需要诱导矿化沉积的部位，给予骨缺损处应力刺激。在骨形成过程中，机械应力通过影响胶原蛋白的排列增强骨强度，同时上调成骨细胞中骨钙素（OCN）等，提高成骨细胞活性，进而促进细胞的增殖与分化。并且该复合骨水泥中新型柠檬酸钙/无定型磷酸钙复合粉体提供高的生物活性和骨修复时必须的充足钙源，在骨缺损处能够诱导矿化沉积，生物相容性较好且粘度高的聚丙烯酸钠进一步提升了该骨水泥的抗溃散能力，促进在非承重部位骨缺损的快速修复。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种应力刺激型高矿化活性复合骨水泥及其制备方法。
本发明方法的步骤如下：
（1）称取50~130目a粉5g（柠檬酸钙占比28%~60%，无定型磷酸钙的质量占比为40%~72%），b粉0.70g~1.30g，其中琼脂0.25g~0.70g，聚丙烯酸钠（分子量在2000~10000）质量为0.45g~0.60g；
（2）将以上称量好的药品混合后研磨15min~30min；
（3）对步骤（2）混合好的粉体直接使用移液枪加入1.50ml ~1.75ml的去离子水，搅拌均匀为糊状后任意塑型使用；
本发明有如下的优点和有益效果：
本技术提供了一种应力刺激型高矿化活性复合骨水泥及其制备方法。该骨水泥在骨缺损非承重处能够遇湿润环境紧密填充于缺损部位，产生适当的应力刺激会通过不同的信号通路影响成骨与破骨之间的动态平衡，从而影响骨愈合。该新型复合骨水泥拥有应力刺激、高矿化活性及不溃散的性能。琼脂于湿润环境会凝胶膨胀化且不会被微生物分解保水性好，使骨水泥充分贴合缺损处产生应力刺激，加固结构稳定性；而且该骨水泥利用有机与无机粉体的复合以提高生物矿化活性，区别于以往研究骨水泥的主要基体粉，可以提供为骨生长与成熟所需的钙、磷离子；同时聚丙烯酸钠进一步改善了该体系骨水泥的抗溃散性能，使得应力刺激型高矿化活性复合骨水泥既提高了骨缺损与材料的结合稳定性，也保持较好的抗溃散性能和矿化性能，增加了应力刺激型骨修复材料的多元化。
附图说明：
图1为本发明实施例1中制备的复合骨水泥的XRD照片；
图2为本发明实施例1中制备的复合骨水泥的断面SEM谱图；
图3为本发明实施例1中制备的复合骨水泥的矿化SEM谱图；
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
称取50目a粉5g（柠檬酸钙占比28%，无定型磷酸钙的质量占比为72%），b粉0.7g(占比12.28%)，其中琼脂0.25g，聚丙烯酸钠质量为0.45g（分子量2000），将以上称量好的药品混合后研磨15min，对混合好的粉体直接使用移液枪加入1.50ml的去离子水，搅拌均匀为糊状后任意塑型使用； 复合骨水泥的XRD如图1所示，骨水泥断面图如图2所示，矿化的SEM如图3所示。
实施例2
称取80目a粉5g（柠檬酸钙占比30%，无定型磷酸钙的质量占比为70%），b粉0.9g（占比15.25%），其中琼脂0.40g，聚丙烯酸钠质量为0.50g（分子量8000），将以上称量好的药品混合后研磨20min，对混合好的粉体直接使用移液枪加入1.55ml的去离子水，搅拌均匀为糊状后任意塑型使用。
实施例3
称取100目a粉5g（柠檬酸钙占比40%，无定型磷酸钙的质量占比为60%），b粉1.10g（占比18.03%），其中琼脂0.55g，聚丙烯酸钠质量为0.55g（分子量8000），将以上称量好的药品混合后研磨25min，对混合好的粉体直接使用移液枪加入1.65ml的去离子水，搅拌均匀为糊状后任意塑型使用。
实施例4
称取130目a粉5g（柠檬酸钙占比45%，无定型磷酸钙的质量占比为55%），b粉1.3g（占比20.63%），其中琼脂0.70g，聚丙烯酸钠质量为0.60g（分子量10000），将以上称量好的药品混合后研磨30min，对混合好的粉体直接使用移液枪加入1.75ml的去离子水，搅拌均匀为糊状后任意塑型使用。
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及附图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 (6)
1.应力刺激型高矿化活性复合骨水泥及其制备方法，其特征在于：该复合骨水泥由a粉（柠檬酸钙/无定型磷酸钙）和b粉（琼脂、聚丙烯酸钠）复合构成。
2.根据权利要求1所述的应力刺激型高矿化活性复合骨水泥及其制备方法，其特征在于：a粉占总复合骨水泥质量的87.72%~79.37%；其中a粉中柠檬酸钙占比28%~60%，无定型磷酸钙的质量占比为40%~72%。
3.根据权利要求1所述的应力刺激型高矿化活性复合骨水泥及其制备方法，其特征在于：b粉占复合骨水泥的质量比为12.28%~20.63%，b粉中琼脂质量占比范围在35.71%~53.85%，聚丙烯酸钠质量占比为64.29%~46.15%。
4.根据权利要求1所述的应力刺激型高矿化活性复合骨水泥及其制备方法，其特征在于：所述骨水泥在非承重骨缺损湿润的体内环境中保形性较好且膨胀紧密贴合缺损部位产生应力刺激，还有较好的矿化活性。
5.根据权利要求1所述的应力刺激型高矿化活性复合骨水泥及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
称取50~130目a粉5g（柠檬酸钙占比28%~60%，无定型磷酸钙的质量占比为40%~72%），b粉0.70g ~ 1.30g，其中琼脂0.25g~0.70g，聚丙烯酸钠（分子量在2000~10000）质量为0.45g~0.60g；
将以上称量好的药品混合后研磨15min~30min；
对步骤（2）混合好的粉体直接使用移液枪加入1.50ml ~1.75ml的去离子水，搅拌均匀为糊状后任意塑型使用。
6.根据权利要求1所述的应力刺激型高矿化活性复合骨水泥及其制备方法，可用作骨修复材料。
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