CN115970062B - 一种骨水泥基药物缓释载体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磷酸镁水泥技术领域，尤其是涉及一种骨水泥基药物缓释载体及其制备方法，本发明缓释载体基体强度较高，孔径合理且可控，通过调节孔径可直接调整药物缓释周期，缓释载体可重复利用，制备工艺简单，成本低，可用于批次用药场合。

Description

一种骨水泥基药物缓释载体及其制备方法

技术领域

本发明涉及磷酸镁水泥技术领域，尤其是涉及一种骨水泥基药物缓释载体及其制备方法。

背景技术

磷酸镁水泥由于快速固化、强度高等特性，最初用于道路、结构等工程部位的修复，后因其生物相容性较好，且无毒副作用，后经开发成为骨水泥用于生物医药领域，与磷酸钙骨水泥一起成为主要修复材料。

然而，虽然磷酸钙、磷酸镁等无机骨水泥固化后本身为多孔结构，但主要为纳米级及亚微米级孔，缺乏血管长入的微米级孔、骨组织向内生长的数百微米的大孔以及细胞迁移和营养物质运输所需的贯通孔，为解决上述问题，常常采用发泡造孔、牺牲剂造孔、冷冻干燥等方式制备含有大孔隙的骨水泥。

现有技术CN103668940A公开一种表面改性纤维增强复合骨水泥及其制备方法和应用，该复合骨水泥固相组分包含90-99.9重量份无机骨水泥和0.1-10重量份表面改性高分子纤维，CN103951299A提供了一种制备磷酸镁骨水泥的方法，以含硼氧化镁为初始原料，将所述含硼氧化镁煅烧冷却后得到烧结MgO，将所述烧结MgO与磷酸二氢盐混合、球磨后得到所述磷酸镁骨水泥。然而，上述工艺制备得到的骨水泥制备不含大孔隙，无法进行药物负载。

现有技术CN108379666A公开一种明胶微球/磷酸镁基骨水泥药物缓释载体及其制备方法，先制备1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐交联的载药明胶微球；再将所得载药明胶微球与磷酸镁基骨水泥粉相混合均匀，再与磷酸镁基骨水泥液相调和固化，得到所述的明胶微球/磷酸镁基骨水泥药物缓释载体，CN108863290A以明胶和壳聚糖制备了一种微球材料，具有控制药物释放、延长药物疗效的作用，从而提高药物的稳定性，降低药物的不良反应，同时其自身具有抗炎作用，明胶-壳聚糖微球生物相容性好，明胶-壳聚糖微球/磷酸钙骨水泥在体液环境中时，微球溶化成液体，明胶和壳聚糖会以液体状态缓慢析出，使整个支架被明胶和壳聚糖包裹，然而，上述方法制备工艺复杂，成本高，缓释载体无法重复利用。

3D打印技术自问世以来，得到广泛应用，部分现有技术利用该技术制备骨水泥，CN110694109A提供一种复合载药高分子微球的磷酸钙骨水泥支架，其制备方法包括以下步骤：采用微乳液法制备载药的可降解高分子微球；配制粘结剂溶液；将载药高分子微球、磷酸钙骨水泥粉末和粘结剂溶液混合，获得混合浆料；将设计的多孔支架三维模型输入到三维打印设备机；将配制的混合浆料置于三维打印机的料筒中，从打印机的喷头挤出的纤维根据设计的模型进行堆叠，得到多孔样品；将多孔样品置于20-80℃、相对湿度为90%-100%的环境中养护1-14天，然后干燥，得到复合载药高分子微球的磷酸钙骨水泥支架，CN113233887A涉及一种可控多孔磷酸钙支架及其制备方法，所述磷酸钙支架的成分包括钙磷陶瓷和磷酸钙骨水泥，所述磷酸钙支架上设置有孔结构，所述孔结构包括宏孔结构、微孔结构和通孔结构，所述磷酸钙支架包括晶体结构，所述晶体结构之间设置有通孔结构，所述磷酸钙支架的外形根据患者缺损部位进行匹配设计，通过改进了牺牲材料的制备方法，选用精度更高的3D打印技术，可以制备出更加复杂多样的孔结构，CN112245656A通过可设计钙源及镁源比例，结合三维设计软件，选择打印模型并调整打印参数，旨在构建出不同含镁量的可用于3D打印的磷酸钙镁骨水泥复合支架，具备药物缓释功能及促血管化潜力，CN109437826A公开一种可3D打印的磷酸镁骨水泥及其制备方法和应用，所述骨水泥包含烧结氧化镁，磷酸二氢盐，聚戊二酸丙二醇酯，聚己内酯，缓凝剂、水。然而，上述材料同样原料价格昂贵，制备得到的骨水泥无法实现药物负载后的再利用，且骨水泥孔径难以控制，不利于药物缓释。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明公开一种磷酸镁骨水泥基药物缓释载体，本发明缓释载体基体强度较高，孔径合理且可控，通过调节孔径可直接调整药物缓释周期，缓释载体可重复利用，制备工艺简单，成本低，可用于批次用药场合。

具体的，本发明骨水泥基药物缓释载体，由以下重量份原料经3D打印制备而成：

重烧氧化镁100-300份，

磷酸二氢钾100-200份，

焦磷酸钾20-34份，

磷酸氢钙5-20份，

十水四硼酸钠10-20份，

吸水树脂颗粒3-8份，

水150-300份。

磷酸镁骨水泥凝结时间短，强度高，通常以氧化镁和磷酸二氢盐作为主要原料发生酸碱中和反应进而固化，不同磷酸二氢盐得到的磷酸镁骨水泥力学性能和自身分解性状不同。本发明采用重烧氧化镁和磷酸二氢钾作为磷酸镁骨水泥主要组分，水化产物为具有良好胶粘特性的六水磷酸镁钾，构成了缓释载体的主体材料，通过调整重烧氧化镁和磷酸二氢钾的比例，制备得到的磷酸镁骨水泥力学性能优异，抗酸碱性能优良。

更优选的，本发明骨水泥基药物缓释载体，由以下重量份原料经3D打印制备而成：

重烧氧化镁200-250份，

磷酸二氢钾150-200份，

焦磷酸钾25-30份，

磷酸氢钙8-18份，

十水四硼酸钠12-18份，

吸水树脂颗粒3-7份，

水160-260份。

优选的，所述重烧氧化镁由分析纯氢氧化镁经1450-1550℃高温煅烧1-3h后粉磨而得，更优选的，所述粉磨为粉磨至比表面积5-6m²/g。制备磷酸镁骨水泥一般采用重烧氧化镁，其中，煅烧温度和细度对重烧氧化镁化学活性影响很大，重烧氧化镁的水化反应速率直接影响磷酸镁骨水泥的凝结时间、浆体流动性和早期强度。本发明经过大量实验研究制备得到适合3D打印进行制备成型的重烧氧化镁的工艺参数。

优选的，所述磷酸二氢钾为分析纯。

优选的，所述焦磷酸钾为分析纯。

3D打印成型不同于注射成型和模具成型，其对骨水泥浆料有特殊要求，本发明研究发现，添加少量焦磷酸钾，可提高磷酸镁骨水泥浆料稠度和塑性，从而满足3D打印成型要求，但是，添加过量的焦磷酸钾会导致浆料在挤出堆叠后产生塌陷，影响最终制备效果。

优选的，所述磷酸氢钙制备工艺为：将磷酸三丙酯、葡萄糖酸钙、吐温、乙醇、去离子水按质量比1:1.2:0.03:15:1.2混合均匀后，加热升温至110℃，缓慢搅拌，将析出沉淀抽滤后采用无水乙醇清洗，即得。本发明方法制备得到的磷酸氢钙粒度细，纯度高，制备工艺简单，成本低。

优选的，所述吸水树脂颗粒为丙烯酸交联丙烯酰胺型，粒径为200-400μm。

传统工艺通过造孔剂、壳聚糖、明胶等原料负载药物后进行造孔，然而，上述方法制备得到的缓释载体适合于骨骼的生长修复，但在需要重复换药等场合则不再适用，并且壳聚糖、明胶等原料的造孔孔径难以控制，本发明经大量实验，选用吸水树脂颗粒作为造孔剂，可实现缓释载体的重复利用，并且，吸水树脂颗粒对药物具有良好的吸附效果，可通过调控吸水树脂颗粒粒径实现药物缓释周期的调整，吸水树脂颗粒在3D打印磷酸镁骨水泥中形成的微孔粒径可控，且不会降解，具有壳聚糖、明胶等原料所不具有的优势。然而，吸水树脂颗粒的添加会导致3D打印成型效果较差，并且会大幅降低磷酸镁骨水泥力学性能，本发明通过添加磷酸氢钙可提高磷酸镁水泥的力学性能，并可以和焦磷酸钾协同抵消吸水树脂颗粒带来的成型方面的负面影响，制备得到的磷酸镁骨水泥缓释载体块体强度适中，易于破碎成合适粒径。

优选的，所述水为去离子水。

本发明还涉及上述骨水泥基药物缓释载体的制备方法，具体的，包括如下制备步骤：

1）将吸水树脂颗粒与部分水混合至饱水状态，得饱水吸水树脂，

2）将重烧氧化镁、磷酸二氢钾、焦磷酸钾、磷酸氢钙、十水四硼酸钠、饱水吸水树脂、剩余水混合均匀得打印浆料，

3）将打印浆料输入3D打印机料筒，利用3D打印机喷头挤出成型得到缓释载体块体，

4）将缓释载体块体进行养护，得初料，

5）将初料进行破碎、筛分，得到缓释载体。

本发明制备工艺简单，流程少，可根据不同用途制备不同粒径缓释载体。

本发明还涉及上述骨水泥基药物缓释载体在缓释药物中的应用。本发明缓释载体可重复利用，可通过调整吸水树脂颗粒粒径实现药物缓释周期的调整。

具体实施方式

对本发明磷酸镁骨水泥基缓释载体的终凝时间、抗压强度、缓释周期进行测试。其中抗压强度测试过程采用未破碎的缓释载体块体初料。缓释周期测试采用双氯芬酸钠的磷酸盐缓冲溶液对缓释载体进行充分浸泡，缓释环境采用蒸馏水，测得7d缓释周期时双氯芬酸钠的释药率。

其中，重烧氧化镁由分析纯氢氧化镁经1550℃高温煅烧2h后粉磨至比表面积5.6m²/g而得，吸水树脂颗粒为丙烯酸交联丙烯酰胺型，粒径为250-350μm。

实施例1

骨水泥基药物缓释载体，由以下重量份原料经3D打印制备而成：重烧氧化镁190份，磷酸二氢钾160份，焦磷酸钾24份，磷酸氢钙10份，十水四硼酸钠13份，吸水树脂颗粒6份，水200份。

经检测，浆料3D打印成型效果良好，不塌陷，终凝时间为5.5h，抗压强度12.5MPa，7d缓释周期释药率为95.6%。

实施例2

骨水泥基药物缓释载体，由以下重量份原料经3D打印制备而成：重烧氧化镁240份，磷酸二氢钾160份，焦磷酸钾25份，磷酸氢钙12份，十水四硼酸钠15份，吸水树脂颗粒6份，水200份。

经检测，浆料3D打印成型效果良好，不塌陷，浆料终凝时间为6.0h，抗压强度15.2MPa，7d缓释周期释药率为97.5%。

对比例1

缓释载体，由以下重量份原料经3D打印制备而成：重烧氧化镁240份，磷酸二氢铵160份，焦磷酸钾25份，磷酸氢钙12份，十水四硼酸钠15份，吸水树脂颗粒6份，水200份。

经检测，浆料3D打印成型过程有气泡逸出，轻微塌模，浆料终凝时间为8.5h，抗压强度10.3MPa，7d缓释周期释药率为93.6%。

对比例2

缓释载体，由以下重量份原料经3D打印制备而成：重烧氧化镁240份，磷酸二氢钾185份，磷酸氢钙12份，十水四硼酸钠15份，吸水树脂颗粒6份，水200份。

经检测，浆料粘度低，无法进行3D打印挤出成型。

对比例3

缓释载体，由以下重量份原料经3D打印制备而成：重烧氧化镁240份，磷酸二氢钾145份，焦磷酸钾40份，磷酸氢钙12份，十水四硼酸钠15份，吸水树脂颗粒6份，水200份。

经检测，浆料成型过程中塌陷，无法3D打印成型。

对比例4

缓释载体，由以下重量份原料经3D打印制备而成：重烧氧化镁240份，磷酸二氢钾172份，焦磷酸钾25份，十水四硼酸钠15份，吸水树脂颗粒6份，水200份。

经检测，浆料成型过程中塌陷，无法3D打印成型。

最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种骨水泥基药物缓释载体，其特征在于，由以下重量份原料经3D打印制备而成：

重烧氧化镁100-300份，

磷酸二氢钾100-200份，

焦磷酸钾20-34份，

磷酸氢钙5-20份，

十水四硼酸钠10-20份，

吸水树脂颗粒3-8份，

水150-300份。

2.根据权利要求1所述骨水泥基药物缓释载体，其特征在于，由以下重量份原料经3D打印制备而成：

重烧氧化镁200-250份，

磷酸二氢钾150-200份，

焦磷酸钾25-30份，

磷酸氢钙8-18份，

十水四硼酸钠12-18份，

吸水树脂颗粒3-7份，

水160-260份。

3.根据权利要求1所述骨水泥基药物缓释载体，其特征在于，所述重烧氧化镁由分析纯氢氧化镁经1450-1550℃高温煅烧1-3h后粉磨而得。

4.根据权利要求3所述骨水泥基药物缓释载体，其特征在于，所述粉磨为粉磨至比表面积5-6m²/g。

5.根据权利要求1所述骨水泥基药物缓释载体，其特征在于，所述磷酸二氢钾为分析纯。

6.根据权利要求1所述骨水泥基药物缓释载体，其特征在于，所述焦磷酸钾为分析纯。

7.根据权利要求1所述骨水泥基药物缓释载体，其特征在于，所述磷酸氢钙制备工艺为：将磷酸三丙酯、葡萄糖酸钙、吐温、乙醇、去离子水按质量比1:1.2:0.03:15:1.2混合均匀后，加热升温至110℃，缓慢搅拌，将析出沉淀抽滤后采用无水乙醇清洗，即得。

8.根据权利要求1所述骨水泥基药物缓释载体，其特征在于，所述吸水树脂颗粒为丙烯酸交联丙烯酰胺型，粒径为200-400μm。

9.根据权利要求1所述骨水泥基药物缓释载体，其特征在于，所述水为去离子水。

10.根据权利要求1-9任一所述骨水泥基药物缓释载体的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

1）将吸水树脂颗粒与部分水混合至饱水状态，得饱水吸水树脂，

2）将重烧氧化镁、磷酸二氢钾、焦磷酸钾、磷酸氢钙、十水四硼酸钠、饱水吸水树脂、剩余水混合均匀得打印浆料，

3）将打印浆料输入3D打印机料筒，利用3D打印机喷头挤出成型得到缓释载体块体，

4）将缓释载体块体进行养护，得初料，

5）将初料进行破碎、筛分，得到缓释载体。