本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)用材料技術領域的方法，特別是涉及一種摻雜黑磷量子點熱治療用可注射性骨水泥及制備和應用。

技術背景

骨腫瘤(bone tumour)是發(fā)生于骨骼或其附屬組織(血管、神經(jīng)、骨髓等)的腫瘤，是常見病。同身體其它組織一樣，其確切病因不明。骨腫瘤有良性，惡性之分，良性骨腫瘤易根治，預后良好，惡性骨腫瘤發(fā)展迅速，預后不佳，死亡率高，至今尚無滿意的治療方法。惡性骨腫瘤可以是原發(fā)的，也可以是繼發(fā)的，從體內(nèi)其它組織或器官的惡性腫瘤經(jīng)血液循環(huán)，淋巴系統(tǒng)轉移至骨骼或直接侵犯骨骼。骨腫瘤或瘤樣病變以手術刮除或切除為主。手術力求徹底，以免復發(fā)或引起惡變，手術切除后以填充人工合成骨修復材料進行填充并治療。骨愈合幾只的自身成骨作用、骨誘導理論和骨傳導理論要求理想的骨缺損修復材料應滿足：①良好的生物相容性，無毒、不至畸、利于細胞粘附增殖 ②良好的生物降解性， 基質(zhì)材料在完成支架作用后降解率與組織細胞生長率相適應 ③三維立體多孔結構，利于細胞粘附增長，細胞外基質(zhì)沉積，營養(yǎng)和氧氣進入，也有利于血管神經(jīng)生長 ④可塑性和一定的機械強度，為新生組織提供支撐⑤骨誘導活性，需要考慮到骨誘導性和骨傳導性?？勺⑸湫凸切迯筒牧?，即注射型骨水泥，指將材料直接注射到病患部位，不需要提取塑形，微創(chuàng)植入，完全填充骨缺損，在體內(nèi)迅速固化為有多孔微結構的支架材料并發(fā)揮骨傳導作用。具有操作簡單，對患者身體創(chuàng)傷小等優(yōu)點。

納米光熱治療技術具有適用范圍廣、非侵入、選擇性強、過程簡便、正常組織損傷小等優(yōu)點，在腫瘤治療、藥物控釋、光控植入材料等領域展現(xiàn)出巨大的應用價值。然而，目前常用的無機納米光熱轉換材料在體內(nèi)往往無法降解，而是以納米粒子形態(tài)在器官中長期存留。黑磷是近年來廣受關注的一種具有二維層狀結構的直接帶隙半導體材料，展現(xiàn)出出色的電學和光學特性。黑磷量子點具有很高的近紅外光熱轉換能力(Angew.Chem.Int. Ed. 2015， 54,11526)。并且，黑磷在生理環(huán)境下會氧化進而降解成磷酸根離子和亞磷酸根離子等安全的小分子產(chǎn)物(Angew.Chem. Int.Ed. 2016， 55,5003)。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種摻雜黑磷量子點熱治療用可注射性骨水泥及制備和應用。固相方法制備alpha-磷酸三鈣與羥基磷灰石，制成骨水泥基粉。將酸化殼聚糖、明膠等組分以濕磨球磨混合的方式改善骨水泥的流動性、負載于羥基磷灰石表面。中性磷酸鈉溶液（PH=6~7.5）作為調(diào)制骨水泥粉末的液體組分，另外配置黑磷碳量子點起到熱治療的作用，開發(fā)出一種滿足臨床操作要求的新型熱治療用可注射性骨水泥。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)，：

一種摻雜黑磷量子點熱治療用可注射性骨水泥的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：

（1）將自固化組分和制熱的納米材料混合，得到改性的骨水泥固相粉末，其中alpha-磷酸三鈣材料包裹運載作用，PLGA/黑磷量子點起到制熱的作用；

（2）以磷酸鈉為主體，以磷酸化殼聚糖、羥丙基甲基纖維素、明膠為改性劑，制備中性骨水泥固化液，改善了配方可注射性；

（3）將骨水泥固相粉末與固化液混合，增加了固化產(chǎn)物主要成分羥基磷灰石，PLGA和黑磷材料在生物體內(nèi)具有很好的降解能力。

步驟（2）所述的磷酸溶液中磷酸鈉的質(zhì)量分數(shù)為10-20%，磷酸化殼聚糖的質(zhì)量分數(shù)為0.01-1%，羥丙基甲基纖維素的質(zhì)量分數(shù)為0.01-1%，明膠的質(zhì)量分數(shù)為0.01-1%；配制方式為室溫溶解或60℃以下加熱助溶，或輔以機械攪拌或磁力攪拌。

步驟（1）所述的PLGA/磷量子點質(zhì)量分數(shù)為0.1-5%。

所述alpha-磷酸三鈣粒徑為15-100nm，PLGA/磷量子點粒徑為50-200nm；混合方式為使用瑪瑙研缽將粉末在干燥環(huán)境中充分研磨，以達到充分混合的目的。

步驟（3）所述的固液比為1.0g/mL-2.5g/mL。

步驟（3）所述的改性骨水泥，固化時間為10-30min，其注射性良好，一定壓力下不發(fā)生固液分離。

一種摻雜黑磷量子點熱治療用可注射性骨水泥的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：

（1）黑磷量子點的制備：

液相剝離法制備黑磷量子點，將黑磷固體0.01g加入10ml的1-甲基-2-吡咯烷酮中，使用19-25HZ頻率1200W功率超聲處理，持續(xù)4小時；將上述液體靜止過夜后使用300W的水浴超聲繼續(xù)處理；將上述NMP黑磷液體超速離心以7，000 r.p.m 處理20分鐘，去除下層沉淀物后，得到黑磷量子點懸浮溶液；

（2）黑磷量子點的PLGA包覆

將步驟（1）中得到的黑磷量子點溶液經(jīng)過12000 r.p.m轉速進行離心處理，將上清液部分加入到PLGA/二氯甲烷溶液中，水浴超聲試之混合均勻，將混合物放入PVA的水溶液中，繼續(xù)超聲5分鐘，乳化反應使用磁力攪拌，并過夜；隔夜靜置后，將此乳液經(jīng)7,000 r.p.m 離心15分鐘，去離子水反復沖洗，得到PLGA包覆的黑磷量子點溶液，并冷凍干燥得到粉末固體；

（3）黑磷量子點骨水泥的制備

配制質(zhì)量分數(shù)為10-20%的磷酸鈉溶液，配制方式可為室溫溶解或超聲助溶，或輔以機械攪拌或磁力攪拌；按照固化液配方向該溶液中加入磷酸化殼聚糖，配制成質(zhì)量分數(shù)為0.01-1%的磷酸化殼聚糖溶液； 按照固化液配方向磷酸鈉-磷酸化殼聚糖溶液中添加羥丙基甲基纖維素、明膠，得到最終質(zhì)量分數(shù)為0.01-1%的羥丙基甲基纖維素和0.01-1%的明膠改性的固化液；若固化液長期不用，將其保存于4℃環(huán)境，使用前預溶；所述預溶方式為在37℃以下加熱使固化液成為易流動的液體；將alpha-磷酸三鈣與步驟（2）中的PLGA包裹的黑磷量子點以質(zhì)量比10000:1、5000:1、2000：1 、1000:1混合，混合方式為使用瑪瑙研缽將粉末在干燥環(huán)境中充分研磨；將骨水泥粉末與固化液按所需固液比進行調(diào)和，即可得到固化時間合適可注射性較好的黑磷量子點熱治療用可注射性骨水泥。

一種摻雜黑磷量子點熱治療用可注射性骨水泥，其特征在于，根據(jù)上述任一所述方法制備得到。

一種摻雜黑磷量子點熱治療用可注射性骨水泥的應用。

本發(fā)明結合黑磷材料和可注射性無機骨水泥材料相結合，能在體內(nèi)注射后形成以人工骨，alpha-磷酸三鈣水化后將黑磷量子點材料固定于內(nèi)部，所形成的缺水羥基磷灰石殼層能將內(nèi)部的黑磷量子點與生理環(huán)境隔絕開，保證了黑磷量子點在光熱治療過程中的性能穩(wěn)定。光熱治療結束后，黑磷量子點又會隨著殼層的逐步降解得到緩慢釋放和降解，進而安全地代謝出體外。

具體是固體部分以自制粒徑為alpha-磷酸三鈣，羥基磷灰石粒徑為為主要結構成分，添加磷酸化殼聚糖、明膠等組分改善骨水泥的流動性作為可注射骨水泥粉末；另一部分在組分是PLGA包裹的黑磷量子點顆粒，用于賦予骨水泥材料熱治療的功能。溶液部分為為磷酸氫鈉溶液，用于促進固體組分交聯(lián)構建骨結構。通過添加足量黑磷量子點組分，賦予無機骨水泥以光熱治療功能，可抑制并殺死惡性骨腫瘤細胞的再生。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：制備方法簡便，所用原料簡單，適于大量生產(chǎn)。所研制的載藥新配方改善了原骨水泥的生物相容性，通過加入具有熱療作用的PLGA/黑磷量子點，賦予了原磷酸骨水泥材料熱治療作用以消滅手術切除不完全的骨癌細胞。黑磷量子點熱治療用可注射性骨水泥配合自制的磷酸鹽固化液，可注射性有所提高，符合臨床應用的要求。

附圖說明

1、圖1為實施例1、2、3、4中需求的磷量子點和PLGA/磷量子點材料的TEM照片。

2、圖2為實施例1制備含有PLGA/磷量子點的骨水泥固化后得到的SEM照片。

3、圖3為實施例1、2、3、4固化的骨水泥骨塊制熱的溫度時間曲線。

4、圖4為實施例4中制熱型骨水泥和普通骨水泥抑制腫瘤細胞的對比曲線。

具體實施方式

以下實施例以發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍并不限于下述的實施例。

實施例1

將alpha-磷酸三鈣分散在無水乙醇中配置成40g/L 溶液，以400rpm混合進行液相研磨4h，然后在該溶液中加入10000:1的PLGA/黑磷量子點，再加入0.5%的明膠，繼續(xù)在球磨機中球磨15min， 將所得溶液旋轉蒸發(fā)后得粉末。其中alpha-磷酸三鈣：PLGA/黑磷量子點=10000:1

稱取0.1g磷酸化殼聚糖、0.15g明膠、0.1g羥丙基甲基纖維素，溶解于19.65g磷酸氫鈉溶液中，制備得到20%磷酸氫鈉、1%磷酸化殼聚糖、1.5%明膠、1%羥丙基甲基纖維素的骨水泥固化液。

將骨水泥粉末與固化液按2-2.5g/mL的固液比進行調(diào)和，參照標準ASTM C191測定初凝時間為12 min。

實施例2

將alpha-磷酸三鈣分散在無水乙醇中配置成40g/L 溶液，以400rpm混合進行液相研磨4h，然后在該溶液中加入5000:1的PLGA/黑磷量子點，再加入0.5%的明膠，繼續(xù)在球磨機中球磨15min， 將所得溶液旋轉蒸發(fā)后得粉末。其中alpha-磷酸三鈣：PLGA/黑磷量子點=5000:1

稱取0.1g磷酸化殼聚糖、0.15g明膠、0.1g羥丙基甲基纖維素，溶解于19.65g磷酸氫鈉溶液中，制備得到20%磷酸氫鈉、1%磷酸化殼聚糖、1.5%明膠、1%羥丙基甲基纖維素的骨水泥固化液。

將骨水泥粉末與固化液按2-2.5g/mL的固液比進行調(diào)和，參照標準ASTM C191測定初凝時間為13 min。

實施例3

將alpha-磷酸三鈣分散在無水乙醇中配置成40g/L 溶液，以400rpm混合進行液相研磨4h，然后在該溶液中加入2000:1的PLGA/黑磷量子點，再加入0.5%的明膠，繼續(xù)在球磨機中球磨15min， 將所得溶液旋轉蒸發(fā)后得粉末。其中alpha-磷酸三鈣：PLGA/黑磷量子點=2000:1

稱取0.1g磷酸化殼聚糖、0.15g明膠、0.1g羥丙基甲基纖維素，溶解于19.65g磷酸氫鈉溶液中，制備得到20%磷酸氫鈉、1%磷酸化殼聚糖、1.5%明膠、1%羥丙基甲基纖維素的骨水泥固化液。

將骨水泥粉末與固化液按2-2.5g/mL的固液比進行調(diào)和，參照標準ASTM C191測定初凝時間為15 min。

實施例4

將alpha-磷酸三鈣分散在無水乙醇中配置成40g/L 溶液，以400rpm混合進行液相研磨4h，然后在該溶液中加入10000:1的PLGA/黑磷量子點，再加入0.5%的明膠，繼續(xù)在球磨機中球磨15min， 將所得溶液旋轉蒸發(fā)后得粉末。其中alpha-磷酸三鈣：PLGA/黑磷量子點=1000:1

稱取0.1g磷酸化殼聚糖、0.15g明膠、0.1g羥丙基甲基纖維素，溶解于19.65g磷酸氫鈉溶液中，制備得到20%磷酸氫鈉、1%磷酸化殼聚糖、1.5%明膠、1%羥丙基甲基纖維素的骨水泥固化液。

將骨水泥粉末與固化液按2-2.5g/mL的固液比進行調(diào)和，參照標準ASTM C191測定初凝時間為16min。

所制備得到的骨水泥固化后材料如圖2 所示，骨水泥固化后，alpha-磷酸三鈣發(fā)生了水化反應，顆粒在水化過程中長成針狀，針結構互相交織，具有一定的力學強度，少量PLGA/磷量子點顆粒固化在材料中，整體上并不影響骨水泥的形貌和性能。

將實施例1-4中摻雜黑磷量子點的骨水泥固化后的骨塊，分別放置于808nm近紅外光源照射，用測溫儀得到的升溫效率曲線，如圖3所示。實施例1中，在PLGA/磷量子點在極低含量時（質(zhì)量分數(shù)萬分之一），在5分鐘時，制熱溫度達到了30攝氏度。直到實施例4中，PLGA/磷量子點在含量提高到質(zhì)量分數(shù)千分之一時，5分鐘的制熱溫度為60攝氏度，足以殺死骨腫瘤細胞。

將實施例4中的固化后的骨水泥骨架放入含有MG骨肉瘤細胞的培養(yǎng)皿中，用空白組和激光照射的對比細胞生存率，結果如圖4所示。照射5分鐘后，由于激光的制熱作用，熱療型骨水泥細胞生存率僅為30.1%， 而做對比的骨水泥支架的生產(chǎn)率為91.5%，充分說明了熱療殺傷效果。