可形成納米復合骨水泥的組合物及其應用的制作方法

本發明屬于醫療器械領域，具體涉及可形成納米復合骨水泥的組合物及其應用。

背景技術：

隨著年齡的增長，人體骨量下降及骨微架構減少而引起的骨質疏松癥已經成為世界性關注的公眾健康問題。骨質疏松癥引起的骨骼脆性增強導致骨折風險增加，全球人口中五十歲以上每三個女性中有一個，每五個男性中有一個經歷著骨質疏松性骨折。自1996年英國醫生charnley首次將聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)用于固定矯形移植體以來，pmma骨水泥的應用對人工關節置換、骨缺損、骨癌刮除后的空洞填充修復中得到了廣泛應用。同樣由于骨質疏松癥引起的骨缺損可通過經皮穿刺向椎體內注射pmma骨水泥達到治療目的。pmma骨水泥是目前臨床上應用最多的一種骨水泥，pmma骨水泥成型容易，使用方便，力學強度滿足臨床需求。但是，pmma屬于生物惰性材料，不能與宿主骨組織形成有機的化學界面結合，另外凝固聚合過程中產生熱量、單體的細胞毒性作用、可操作時間有限等不足也限制了其臨床應用。目前臨床使用的磷酸鈣(cpc)骨水泥雖然具有生物活性，但由于其降解速率和骨吸收速率不一致，使得其作為承重骨在臨床上力學性能不足。因此，如何改善pmma骨水泥的惰性是本領域亟待解決的問題之一。

技術實現要素：

鑒于pmma骨水泥的缺陷，本發明的主要目的在于提供一種可形成納米復合骨水泥的組合物，利用該組合物形成的骨水泥具有生物可降解性、成骨活性，可以促進骨壞死部位骨生成和血管形成，有效改善了pmma骨水泥的生物惰性。

為此，一方面，本發明提供一種可形成納米復合骨水泥的組合物，其中，該組合物包括粉劑和液體，所述粉劑包括氧化鎂納米顆粒及可形成聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥(pmma骨水泥)的組合物中的粉體，液體包括可形成聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的組合物中的液體，所述氧化鎂納米顆粒與所述粉體的重量比為5～20:80～95，所述粉劑與所述液體的質量體積比為1～5.5g:1ml。

本發明所述組合物也可稱之為原料、套件等，作為商品形式，組合物中的各組分可分開放置在包裝物內進行銷售。需要說明的是當組合物中各組分分開放置時，各組分總的放置重量之間的重量比可不按本發明所限定的重量比，只要所銷售產品和/或所提供的服務明示和/或暗示本領域技術人員以分開放置的各組分形成本發明具有特定重量比的組合物即可。

本發明所述“包括”包括“主要包括”，所述“主要包括”是指在不影響本發明對現有技術貢獻的前提下，本發明材料中可添加一些額外的本發明不作特別限定的組分，特別地，所述“包括”是指由所列原料組成。

實驗研究表明由本發明可形成納米復合骨水泥的組合物形成的骨水泥具有生物可降解性、成骨活性，生物相容性好等優點，有效改善了pmma骨水泥的生物惰性。此外，添加氧化鎂后的骨水泥還具有強度大、彈性模量高、呈弱堿性、可x光顯影、具有抗菌性能等優點。再者，該組合物中的氧化鎂納米顆粒的制備取材廣泛，成本低，并且由于其具有比表面能大的特點，可均勻分散于pmma骨水泥中。

根據本發明的具體實施方式，在本發明所述的可形成納米復合骨水泥的組合物中，所述氧化鎂納米顆粒的粒度不大于100nm，優選20～100nm。

本發明所述可形成聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥(pmma骨水泥)的組合物為現有技術，只要能夠形成pmma骨水泥即可，這種組合物可商購或按現有技術自行制備，該組合物通常包括粉體及液體。

優選地，所述可形成聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的組合物中的粉體包括甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、過氧苯甲酰、聚甲基丙烯酸甲酯及硫酸鋇。

優選地，以所述粉體的重量為100％計，其包括質量分數為73～78％的含有質量分數為1.5～2％過氧苯甲酰的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、質量分數為13～17％的聚甲基丙烯酸甲酯及質量分數為8％～12％的硫酸鋇。例如所述粉體包括質量分數為75％的含有質量分數為1.7％過氧苯甲酰的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、質量分數為15％的聚甲基丙烯酸甲酯及質量分數為10％的硫酸鋇。

優選地，所述可形成聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的組合物中的液體包括甲基丙烯酸甲酯單體、n,n-二甲基對甲苯胺及對苯二酚。

優選地，以所述液體的重量為100％計，其包括90～91％的甲基丙烯酸甲酯單體、2～2.5％的n,n-二甲基對甲苯胺及6～8％的對苯二酚。例如所述粉體包括90.7％的甲基丙烯酸甲酯單體、2.3％的n,n-二甲基對甲苯胺及7％的對苯二酚。

根據本發明的具體實施方式，在本發明所述的可形成納米復合骨水泥的組合物中，所述粉劑與所述液體的質量體積比為1～2.5g:1ml。按照該固液比可使凝結時間以及強度達到優良的平衡，使得凝固時間達到最優的10～15min。

根據本發明的具體實施方式，在本發明所述的可形成納米復合骨水泥的組合物中，所述的氧化鎂納米顆粒是采用液相沉淀法制備得到的。通過液相沉積方法制備得到的氧化鎂納米顆粒，避免了溶液中濃度不均勻現象，從而減少晶粒凝聚，得到凝聚少、純度高的超微粉末，有利于與pmma粉體的充分混合，保障骨水泥的效果。

再一方面，本發明提供一種納米復合骨水泥的漿體，其是將本發明組合物中的所述粉劑與所述液體混合形成的。

再一方面，本發明提供一種納米復合骨水泥，其是將本發明所述的納米復合骨水泥漿體固化10～15min得到的。

再一方面，本發明提供所述的納米復合骨水泥的制備方法，所述方法包括如下步驟：

提供可形成聚甲基丙稀酸甲酯骨水泥的組合物，該組合物包括粉體及液體；

采用液相沉淀法制備氧化鎂納米顆粒；優選地，所述氧化鎂納米顆粒的粒度小于等于100nm；

按重量比為5～20:80～95將所述氧化鎂納米顆粒與所述粉體混合3～12h得粉劑；

按質量體積比為1～5.5g:1ml將粉劑加入到所述液體中調和均勻，然后固化得所述納米復合骨水泥。

在將粉劑加入到所述液體中調和均勻后，注射或填充到所需部位，凝固10～15min，自行固化得所述納米復合骨水泥，發揮作用。

再一方面，本發明提供所述的可形成納米復合骨水泥的組合物，或所述納米復合骨水泥漿體，或所述的復合骨水泥在制備骨折固定、骨缺損填充的材料中的應用，特別是在制備用于由骨質疏松引起的骨折固定、骨缺損填充的材料中的應用。

綜上所述，本發明主要提供了一種可形成納米復合骨水泥的組合物，由該組合物形成的骨水泥具有生物可降解性、成骨活性，生物相容性好等優點，有效改善了pmma骨水泥的生物惰性。可作為骨質疏松引起的骨折固定、骨缺損填充材料，具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1是納米復合骨水泥的成型圖片；

圖2是用cck-8試劑盒檢測納米復合骨水泥的細胞毒性檢測結果，其中對照組為沒有材料的空白板上細胞的增值情況；

圖3是納米復合骨水泥表面培養mc3t3-e1成骨誘導12天的堿性磷酸酶(alp)活性、骨鈣素(oc)和成骨特異性轉錄因子(ost)基因表達結果。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。除非特別說明，本發明采用的試劑、設備和方法為本技術領域常規市購的試劑、設備和常規使用的方法。

以下實施例及對比例中所采用的形成pmma骨水泥的組合物為市售的surgicalsimplexp不透射線的形成pmma骨水泥的組合物(美國，stryker)，含粉劑40g(含有1.7％過氧苯甲酰的甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物(75％)、聚甲基丙烯酸甲酯(15％)及硫酸鋇(10％))，液體(甲基丙烯酸甲酯單體(90.7％)、n,n-二甲基對甲苯胺(2.3％)及對苯二酚(7％))20ml。

以下實施例中所使用的納米氧化鎂顆粒是采用液相沉淀法制備得到，反應方程式為：mgcl2+2naoh＝mg(oh)2+2nacl，mg(oh)2＝mgo+co2↑，第一步沉淀反應在水浴鍋中進行。首先將mgcl2和沉淀劑naoh分別配成濃度為0.5mol/l、0.25mol/l的溶液，量取100ml的沉淀劑naoh至反應容器中，然后將反應容器放在恒溫水浴鍋中攪拌加熱，待加熱到溫度為37℃時，通過恒溫水浴控制反應溫度，加入9.6ml丁硫醇分散劑于反應容器中，充分攪拌，使晶型控制劑均勻的分散在反應容器中，然后將量取的100ml的mgcl2溶液加到攪拌中的沉淀劑與分散劑劑混合溶液中，待鎂鹽全部加入后，繼續在恒定的溫度下攪拌一定時間，終止反應，取出反應容器，所得產物用蒸餾水洗滌數次并抽濾，將過濾后的濾餅干燥后而得到松散的前驅物。

第二步熱分解反應在馬弗爐中進行。將干燥后的前驅物放入馬弗爐中，升溫至500℃溫度，恒溫加熱90min后取出而得到納米氧化鎂樣品，所得產品取樣后可以通過透射電鏡來檢驗其形狀及尺寸，篩選直徑小于100nm的顆粒。

實施例1

本實施例提供一種納米復合骨水泥及其制備方法，所述方法包括如下步驟：

將如上制得的納米氧化鎂顆粒與如上形成pmma骨水泥的組合物中的粉劑按質量比為5％：95％均勻混合，然后按照如上形成pmma骨水泥的組合物中的液體與加入納米氧化鎂顆粒后的pmma粉劑的比為1ml：2g的量在粉劑中加入液體，混合均勻，填充入聚四氟乙烯模具中，該模具之直徑10mm，高度20mm，凝固時間為10min，發生多聚反應后制備得到所述納米復合骨水泥，其成型照片如圖1所示。

實施例2

本實施例提供一種納米復合骨水泥及其制備方法，所述方法包括如下步驟：

將如上制得的納米氧化鎂顆粒與如上形成pmma骨水泥的組合物中的粉劑按質量比為10％：90％均勻混合，然后按照如上形成pmma骨水泥的組合物中的液體與加入納米氧化鎂顆粒后的pmma粉劑的比為1ml：2g的量在粉劑中加入液體，混合均勻，填充入聚四氟乙烯模具中，該模具之直徑10mm，高度20mm，凝固時間為10min，發生多聚反應后制備得到所述納米復合骨水泥，其成型照片如圖1所示。

實施例3

本實施例提供一種納米復合骨水泥及其制備方法，所述方法包括如下步驟：

將如上制得的納米氧化鎂顆粒與如上形成pmma骨水泥的組合物中的粉劑按質量比為15％：85％均勻混合，然后按照如上形成pmma骨水泥的組合物中的液體與加入納米氧化鎂顆粒后的pmma粉劑的比為1ml：2g的量在粉劑中加入液體，混合均勻，填充入聚四氟乙烯模具中，該模具之直徑10mm，高度20mm，凝固時間為10min，發生多聚反應后制備得到所述納米復合骨水泥，其成型照片如圖1所示。

實施例4

本實施例提供一種納米復合骨水泥及其制備方法，所述方法包括如下步驟：

將如上制得的納米氧化鎂顆粒與如上形成pmma骨水泥的組合物中的粉劑按質量比為20％：80％均勻混合，然后按照如上形成pmma骨水泥的組合物中的液體與加入納米氧化鎂顆粒后的pmma粉劑的比為1ml：2g的量在粉劑中加入液體，混合均勻，填充入聚四氟乙烯模具中，該模具之直徑10mm，高度20mm，凝固時間為10min，發生多聚反應后制備得到所述納米復合骨水泥，其成型照片如圖1所示。

對比例1

本對比例提供一種純pmma骨水泥及其制備方法，所述方法包括如下步驟：

按照如上形成pmma骨水泥的組合物中的液體與粉劑的比為1ml：2g的量在粉劑中加入液體，混合均勻后，填充入聚四氟乙烯模具中，該模具之直徑10mm，高度20mm，凝固時間為10min，發生多聚反應后制備得到純pmma骨水泥，其成型照片如圖1所示。

實施例5生物活性評價

實驗樣品制備：將實施例1～4及對比例中制備得到的骨水泥切為厚5mm，直徑10mm的圓片。酒精浸泡30min消毒，紫外照射1h滅菌，將樣品置于48孔板。

選擇生長狀態良好的mc3t3-e1小鼠前成骨細胞，消化后用含有10％胎牛血清的mem-α培養基將細胞種于有該復合材料的孔板中，細胞密度為10⁴個，37℃，co2培養箱中培養；24h后給細胞換液。為了觀察細胞的細胞毒性與增殖能力，細胞在骨水泥表面培養72h后，棄去培養基，每孔加入200μl含有10％的cck8的mem-α培養基，37℃孵育1小時，用酶標儀測定在450nm處的吸光度。所得結果如圖2所示，從圖2中可以看出，與pmma骨水泥相比，細胞在mgo/pmma納米復合骨水泥上培養，細胞的粘附值增大，且在納米mgo含量為10％時細胞粘附最多。

同樣選擇生長狀態良好的mc3t3-e1小鼠前成骨細胞，消化后用含有10％胎牛血清的mem-α培養基將細胞種于12孔板，細胞密度10×10⁴個，37℃，co2培養箱中培養；24h后給細胞換液，為了研究細胞的成骨活性以及促進成骨基因的表達，將mc3t3-e1成骨誘導12天，采用碧云天堿性磷酸酶檢測試劑盒來檢測骨水泥材料浸提液對細胞活性的影響，用q-pcr來檢測成骨基因的表達。所得結果如圖3所示，從圖3中可以看出mgo/pmma納米復合骨水泥的alp活性、ost和oc的表達，均顯著大于pmma。

以上對本發明做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領域技術的人士能夠了解本發明的內容并加以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍，凡根據本發明的精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍內。