復(fù)合骨水泥前體、鍶硼酸鹽生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合骨水泥的制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)用修復(fù)材料領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合骨水泥前體、鍶硼酸鹽生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合骨水泥的制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，由于工傷事故、交通事故、骨科疾病等導(dǎo)致的骨缺損呈現(xiàn)出高的發(fā)病率，加之我國(guó)目前正走向老齡化社會(huì)，與老年人口相關(guān)的骨科退行性疾病不斷增加，導(dǎo)致對(duì)骨修復(fù)生物材料的需求量越來(lái)越大。
[0003]骨水泥是一種用于骨科手術(shù)的骨修復(fù)材料，骨水泥通常由粉劑和單體兩部分組成，在室溫下將其按一定比例混合即可發(fā)生固化，將其置于更換關(guān)節(jié)或填充的部位，待反應(yīng)結(jié)束后即可將關(guān)節(jié)固定或骨缺損修補(bǔ)。
[0004]聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥作為臨床應(yīng)用最廣泛的骨水泥植入材料，誕生至今已有50多年的歷史，它具有一定的生物相容性和較高的力學(xué)性能，可以用于承重部分的骨修復(fù)植入，但它不能直接誘導(dǎo)骨組織生長(zhǎng)，缺乏生物活性和骨結(jié)合性能，使得PMMA骨水泥植入人體后容易損傷宿主組織，且組織相容性不理想，從而限制了 PMMA骨水泥在骨修復(fù)材料的應(yīng)用范圍。
[0005]此外，傳統(tǒng)的骨水泥多為填充型，若采用可注射的骨水泥，對(duì)骨水泥的流動(dòng)性和凝固性能進(jìn)行調(diào)節(jié)以滿足注射性能要求，并利用醫(yī)用注射器把骨水泥漿體注入到骨缺損部位進(jìn)行骨修復(fù)，可實(shí)現(xiàn)骨缺損部位的微創(chuàng)甚至無(wú)創(chuàng)傷治療，簡(jiǎn)化手術(shù)操作，減少患者的痛苦。
[0006]因此，有必要一種具有良好生物活性、可降解性且兼具良好的可注射性、骨誘導(dǎo)作用及良好力學(xué)支撐性能的復(fù)合骨水泥及其制備方法和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種復(fù)合骨水泥前體，所述復(fù)合骨水泥前體中的固相粉劑和固化液通過(guò)聚合反應(yīng)得到鍶硼酸鹽生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復(fù)合骨水泥，該復(fù)合骨水泥通過(guò)在聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥基礎(chǔ)上加入了鍶硼酸鹽生物玻璃，植入人體后，鍶硼酸鹽生物玻璃會(huì)逐漸降解，可原位形成含鍶的羥基磷灰石，賦予了 PMMA復(fù)合骨水泥良好的生物活性和降解性，從而增強(qiáng)復(fù)合骨水泥與宿主骨的結(jié)合；鍶硼酸鹽生物玻璃能夠在降解過(guò)程中釋放成骨促進(jìn)元素鍶、硼等，能有效地誘導(dǎo)骨生長(zhǎng)；同時(shí)該復(fù)合骨水泥還具有與骨骼相匹配的力學(xué)強(qiáng)度，綜合了鍶硼酸鹽生物玻璃和PMMA的性能，從而在促進(jìn)骨修復(fù)方面達(dá)到了更為良好的效果，本發(fā)明還提供了一種鍶硼酸鹽生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合骨水泥的制備方法和應(yīng)用。
[0008]第一方面，本發(fā)明提供了一種鍶硼酸鹽生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復(fù)合骨水泥前體，所述復(fù)合骨水泥前體包括固相粉劑和固化液，其中，所述固相粉劑包括鍶硼酸鹽生物玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉體和聚合引發(fā)劑，所述固化液包括甲基丙烯酸甲酯(MMA)和聚合活化劑，所述聚合引發(fā)劑包括過(guò)氧化二苯甲酰(BPO)，所述聚合活化劑包括N，N-二甲基對(duì)甲苯胺(DMPT);所述鍶硼酸鹽生物玻璃的化學(xué)組分為aSr0.bX0.CB2O3.dP205.eSi02.fY20，其中所述 a, b, c, d, e 和 f 為摩爾份數(shù)(摩爾分?jǐn)?shù))，a為2?14，b為2?22，c為16?54，d為2?6，e為O?36，f為6?14，X為Ca、Mg的一種或多種，Y為Na或K的一種或多種；所述固相粉劑的質(zhì)量為所述復(fù)合骨水泥前體的質(zhì)量的50-80%，所述鍶硼酸鹽生物玻璃在所述固相粉劑中的質(zhì)量百分含量為5-20%，所述聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉體在所述固相粉劑中的質(zhì)量百分含量為78-94%。
[0009]優(yōu)選地，所述復(fù)合骨水泥前體中的固相粉劑和固化液通過(guò)聚合反應(yīng)得到可注射聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復(fù)合骨水泥。
[0010]aSr0.bX0.CB2O3.dP205.eSi02.fY20為鍶硼酸鹽生物玻璃的組成表達(dá)式，其具體含義為:該鍶硼酸鹽生物玻璃含有SrO-XO-B2O3-P2O5-S12-Y2O這幾種氧化物(其中X為Ca,Mg的一種或多種，Y為Na或K的一種或多種)，該鍶硼酸鹽生物玻璃為多種氧化物組成的混合物，混合物的組成滿足表達(dá)式aSr0.bX0.CB2O3.dP205.eSi02.fY20中元素的配比要求。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述鍶硼酸鹽生物玻璃的化學(xué)組分為14SrO *2Ca0 *8Mg0.54Β203.2Ρ205 ?OSi02.6Na20.6K2O ο
[0012]優(yōu)選地，所述鍶硼酸鹽生物玻璃的化學(xué)組分為14S1 COCa0.36Β203.2Ρ205 *18Si02.I ONa2O。
[0013]優(yōu)選地，所述鍶硼酸鹽生物玻璃的化學(xué)組分為1SrO *20Ca0.36Β203.2Ρ205.18Si02.14K20o
[0014]優(yōu)選地，所述鍶硼酸鹽生物玻璃的化學(xué)組分為8Sr0.12Ca0 *8Mg0.54Β203.4Ρ205 ?OSi02.6Na20.8K2O ο
[0015]優(yōu)選地，所述鍶硼酸鹽生物玻璃的組成還可以包括Zn0、Ag20* CuO中的一種或多種。
[0016]優(yōu)選地，所述Zn、Ag、Cu微量元素在所述鍶硼酸鹽生物玻璃中的摩爾份數(shù)不超過(guò)10。
[0017]如本發(fā)明所述的，ZnO, Ag2O和CuO在所述鍶硼酸鹽生物玻璃中的摩爾份數(shù)不超過(guò)10。
[0018]如銅元素可促進(jìn)體內(nèi)血管化，銀元素具有抗菌作用，鋅元素能夠激活體內(nèi)多種酶，誘導(dǎo)骨骼生長(zhǎng)。
[0019]優(yōu)選地，所述復(fù)合骨水泥前體的固相粉劑還包括藥物粉體。
[0020]當(dāng)將藥物粉體添加到復(fù)合骨水泥前體的固相粉劑中，得到混合固相。
[0021]所述藥物粉體包括硫酸慶大霉素、利福平等抗生素藥物，但不限于此。
[0022]優(yōu)選地，所述藥物粉體的裝載量為Ig復(fù)合骨水泥前體的固相粉劑裝載2_300mg的藥物粉體。
[0023]所述鍶硼酸鹽生物玻璃，具有優(yōu)異的生物活性、生物降解性和生物相容性，在人體體液中能降解并轉(zhuǎn)化為含鍶的羥基磷灰石。可降解的鍶硼酸鹽生物玻璃擁有由b203、P2O5或S12組成的玻璃網(wǎng)絡(luò)，該類型玻璃網(wǎng)絡(luò)主要是由硼三面體(或少量硼四面體)，磷三面體(或雙鍵斷裂后成磷四面體)及硅四面體等組成，由于它們?cè)诳臻g的連接程度有限，易于形成斷鍵，具有很高程度的化學(xué)活性。當(dāng)所述鍶硼酸鹽生物玻璃與人體組織相類似的含磷溶液接觸后，鍶硼酸鹽生物玻璃的空間玻璃網(wǎng)絡(luò)被溶解，除了釋放出鍶(Sr)、鈣(Ca)、磷(P)等骨骼代謝重要元素外，玻璃網(wǎng)絡(luò)中的硼、鎂、硅等多種有效促進(jìn)成骨的微量元素也會(huì)以離子形式析出，可以刺激骨細(xì)胞的生長(zhǎng)，具有較好的骨修復(fù)效果；降解過(guò)程完成后，鍶硼酸鹽生物玻璃能夠轉(zhuǎn)化為含鍶的羥基磷灰石，能夠有效地吸附蛋白和細(xì)胞，并轉(zhuǎn)化為骨組織的一部分。
[0024]另外，所述鍶硼酸鹽玻璃構(gòu)成的玻璃網(wǎng)絡(luò)擁有較大的空間，在玻璃網(wǎng)絡(luò)的間隙能填充各種離子而不影響玻璃的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)。
[0025]所述復(fù)合骨水泥前體中的固相粉劑和固化液通過(guò)聚合反應(yīng)得到鍶硼酸鹽生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復(fù)合骨水泥，所述鍶硼酸鹽生物玻璃雖然具有良好的骨誘導(dǎo)、促進(jìn)骨生長(zhǎng)能力及可降解性，但其加入的量也不是越多越好，其加入的量只有在一定的范圍內(nèi)起作用，并且其加入的量過(guò)多會(huì)影響復(fù)合骨水泥的力學(xué)性能反而不能應(yīng)用于骨修復(fù)領(lǐng)域；單純的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥雖然具有一定的生物相容性和較高的力學(xué)性能，但其固化時(shí)易造成較高的熱積聚溫度，PMMA加入量過(guò)高會(huì)影響復(fù)合骨水泥的可降解性并對(duì)待修復(fù)的骨組織周圍造成損傷。因此，本發(fā)明提供的鍶硼酸鹽生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復(fù)合骨水泥中，所述固相粉劑在所述復(fù)合骨水泥前體中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為50-80%，所述鍶硼酸鹽生物玻璃在所述固相粉劑中的質(zhì)量百分含量為5-20%，所述聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在所述固相粉劑中的質(zhì)量百分含量為78-94%，這使得該復(fù)合骨水泥的固化溫度較低，不僅具有良好的生物力學(xué)強(qiáng)度，還具有良好的生物活性與生物相容性，復(fù)合骨水泥基體中的鍶硼酸鹽生物玻璃在體內(nèi)降解后能釋放出骨骼生長(zhǎng)促進(jìn)元素如鍶、硼、磷等，且可放射造影，無(wú)需加入額外顯影劑(如硫酸鋇、氧化鋯等)，有著更安全的使用性能。
[0026]優(yōu)選地，所述甲基丙烯酸甲酯(MMA)在所述固化液中的質(zhì)量百分含量為97-99.9% ο
[0027]優(yōu)選地，所述聚合活化劑在所述固化液中的質(zhì)量百分含量為0.1-3%。
[0028]優(yōu)選地，所述聚合引發(fā)劑在所述固相粉劑中的質(zhì)量百分含量為1_2%。
[0029]優(yōu)選地，所述固