復合骨水泥前體、鍶硼酸鹽生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯復合骨水泥的制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)用修復材料領域，具體涉及一種復合骨水泥前體、鍶硼酸鹽生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯復合骨水泥的制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]近年來，由于工傷事故、交通事故、骨科疾病等導致的骨缺損呈現(xiàn)出高的發(fā)病率，加之我國目前正走向老齡化社會，與老年人口相關的骨科退行性疾病不斷增加，導致對骨修復生物材料的需求量越來越大。
[0003]骨水泥是一種用于骨科手術的骨修復材料，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，將其置于更換關節(jié)或填充的部位，待反應結束后即可將關節(jié)固定或骨缺損修補。
[0004]聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥作為臨床應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性能，可以用于承重部分的骨修復植入，但它不能直接誘導骨組織生長，缺乏生物活性和骨結合性能，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骨水泥在骨修復材料的應用范圍。
[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，對骨水泥的流動性和凝固性能進行調(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行骨修復，可實現(xiàn)骨缺損部位的微創(chuàng)甚至無創(chuàng)傷治療，簡化手術操作，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、骨誘導作用及良好力學支撐性能的復合骨水泥及其制備方法和應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種復合骨水泥前體，所述復合骨水泥前體中的固相粉劑和固化液通過聚合反應得到鍶硼酸鹽生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復合骨水泥，該復合骨水泥通過在聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥基礎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逐漸降解，可原位形成含鍶的羥基磷灰石，賦予了 PMMA復合骨水泥良好的生物活性和降解性，從而增強復合骨水泥與宿主骨的結合；鍶硼酸鹽生物玻璃能夠在降解過程中釋放成骨促進元素鍶、硼等，能有效地誘導骨生長；同時該復合骨水泥還具有與骨骼相匹配的力學強度，綜合了鍶硼酸鹽生物玻璃和PMMA的性能，從而在促進骨修復方面達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合骨水泥的制備方法和應用。
[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)復合骨水泥前體，所述復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)劑包括過氧化二苯甲酰(BPO)，所述聚合活化劑包括N，N-二甲基對甲苯胺(DMPT);所述鍶硼酸鹽生物玻璃的化學組分為aSr0.bX0.CB2O3.dP205.eSi02.fY20，其中所述 a, b, c, d, e 和 f 為摩爾份數(shù)(摩爾分數(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，所述復合骨水泥前體中的固相粉劑和固化液通過聚合反應得到可注射聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復合骨水泥。
[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10。
[0018]如銅元素可促進體內(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，誘導骨骼生長。
[0019]優(yōu)選地，所述復合骨水泥前體的固相粉劑還包括藥物粉體。
[0020]當將藥物粉體添加到復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?？山到獾逆J硼酸鹽生物玻璃擁有由b203、P2O5或S12組成的玻璃網(wǎng)絡，該類型玻璃網(wǎng)絡主要是由硼三面體(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，由于它們在空間的連接程度有限，易于形成斷鍵，具有很高程度的化學活性。當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)絡中的硼、鎂、硅等多種有效促進成骨的微量元素也會以離子形式析出，可以刺激骨細胞的生長，具有較好的骨修復效果；降解過程完成后，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成的玻璃網(wǎng)絡擁有較大的空間，在玻璃網(wǎng)絡的間隙能填充各種離子而不影響玻璃的結構、性質(zhì)。
[0025]所述復合骨水泥前體中的固相粉劑和固化液通過聚合反應得到鍶硼酸鹽生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復合骨水泥，所述鍶硼酸鹽生物玻璃雖然具有良好的骨誘導、促進骨生長能力及可降解性，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，并且其加入的量過多會影響復合骨水泥的力學性能反而不能應用于骨修復領域；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性能，但其固化時易造成較高的熱積聚溫度，PMMA加入量過高會影響復合骨水泥的可降解性并對待修復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)復合骨水泥中，所述固相粉劑在所述復合骨水泥前體中的質(zhì)量百分數(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%，這使得該復合骨水泥的固化溫度較低，不僅具有良好的生物力學強度，還具有良好的生物活性與生物相容性，復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促進元素如鍶、硼、磷等，且可放射造影，無需加入額外顯影劑(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