一種同時(shí)釋放鋅離子和硅酸根離子的磷酸鈣骨水泥的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及骨缺損修復(fù)醫(yī)用材料領(lǐng)域，特別涉及一種同時(shí)釋放鋅離子和硅酸根離子的磷酸鈣骨水泥的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從Brown 和 Chow 首次報(bào)道磷酸I丐骨水泥(Calcium Phosphate Cement, CPC)以來，CPC受到了研究者的廣泛關(guān)注。CPC由固相粉末和液相組成，在臨床使用時(shí)將兩相混合并調(diào)和均勻成膏狀，之后通過手術(shù)或者用注射器械將其植入填充到骨缺損部位。CPC在體溫下自行固化，在體內(nèi)逐步降解，引導(dǎo)新骨生成，最終完成對(duì)骨缺損的修復(fù)。由于CPC具有可注射性、任意塑形性、原位等溫自固化性能等有別于其他骨缺損修復(fù)生物材料的性能，因此CPC是一種具有良好臨床應(yīng)用前景的骨缺損填充修復(fù)材料。雖然CPC具有良好的生物相容性和骨傳導(dǎo)性，但由于其在誘導(dǎo)成骨性能方面的欠缺，因此CPC的骨修復(fù)效果受到一定的影響。
[0003]CPC成骨性能的提高常通過生長因子復(fù)合改性和離子摻雜改性來實(shí)現(xiàn)。生長因子價(jià)格昂貴，且復(fù)合到CPC中后存在突釋現(xiàn)象，只在材料植入早期具有一定的促成骨作用，并不具有長期的誘導(dǎo)成骨的效果。CPC的水化產(chǎn)物接近于自然骨的主要無機(jī)成分羥基磷灰石(hydroxyapatite, HA)。自然骨HA中存在多種微量元素，這些微量元素在先天及后天的骨組織的形成和發(fā)育過程中起著重要的作用。研究表明，通過離子摻雜來改性CPC，是一種有效的提高磷酸鈣骨水泥骨修復(fù)效果的方法。離子摻雜到CPC中后，材料在骨修復(fù)過程中能夠長期穩(wěn)定釋放出功能性離子，改善CPC的成骨性能；且無機(jī)離子來源廣泛、價(jià)格低廉，臨床使用時(shí)可以較大的減輕患者的負(fù)擔(dān)。
[0004]骨水泥中微量元素的添加，使得材料具有各種促進(jìn)骨修復(fù)的性能，如誘導(dǎo)成骨的性能、誘導(dǎo)成血管的性能、抑制骨吸收的性能、抗菌性能等。盡管這些微量元素在骨水泥中含量很低，但其在骨缺損的修復(fù)中起著不可替代的作用。CPC中所添加的微量元素可以從材料中溶解釋放出來，被人體吸收利用，參與新骨的形成，發(fā)揮其生物學(xué)作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于一種同時(shí)釋放鋅離子和硅酸根離子的磷酸鈣骨水泥的制備方法，工藝比較簡單，制備得到的磷酸鈣骨水泥機(jī)械強(qiáng)度較高、能夠長時(shí)間緩釋功能性離子、離子溶出量可控，且無細(xì)胞毒性，在植入體內(nèi)后隨著材料的降解，可以同時(shí)持續(xù)釋放鋅離子和硅酸根離子，提高磷酸鈣骨水泥的骨修復(fù)效果。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種同時(shí)釋放鋅離子和硅酸根離子的磷酸鈣骨水泥的制備方法，包括以下步驟:
[0008](1)將磷酸鈣骨水泥粉末、含有鋅離子的無機(jī)鹽、含有硅酸根離子的無機(jī)鹽混合均勻，得到同時(shí)含鋅元素和硅元素的磷酸鈣骨水泥，即固相；所述含有鋅離子的無機(jī)鹽在磷酸鈣骨水泥中的內(nèi)摻量為2.5?lOwt.% ;所述含有硅酸根離子的無機(jī)鹽在磷酸鈣骨水泥中的內(nèi)摻量為2.5?10wt.% ；
[0009](2)將步驟(1)得到的固相泥與液相進(jìn)行調(diào)和，液相體積與固相粉末質(zhì)量比為
0.3?0.6mL/g ;所述液相為去離子水、生理鹽水、血液、pH為7.0?7.4的磷酸鹽溶液、pH為7.0?7.4的檸檬酸鹽溶液中的一種。
[0010]所述含有鋅離子的無機(jī)鹽為同時(shí)含有鋅離子和硅酸根離子的無機(jī)鹽；所述含有硅酸根離子的無機(jī)鹽為同時(shí)含有鋅離子和硅酸根離子的無機(jī)鹽。
[0011]所述同時(shí)含有鋅離子和硅酸根離子的無機(jī)鹽的在磷酸鈣骨水泥中的內(nèi)摻量為
5 ?20wt.% ο
[0012]所述含有鋅離子的無機(jī)鹽為碳酸鋅、磷酸鋅、氧化鋅、鋅摻雜磷酸鈣、鋅摻雜羥基磷灰石中的一種。
[0013]所述含有硅酸根離子的無機(jī)鹽為硅酸鎂、硅酸鍶、硅酸鉀、硅摻雜磷酸鈣、硅摻雜羥基磷灰石中的一種；或者為硅酸一鈣、硅酸二鈣、硅酸三鈣或硅酸鈣與其他離子的硅酸鹽的固溶體；所述其他離子為鎂離子或鍶離子。
[0014]所述同時(shí)含有鋅離子和硅酸根離子的無機(jī)鹽為硅酸鋅、鋅摻雜硅酸一鈣、鋅摻雜硅酸二鈣、鋅摻雜硅酸三鈣、鋅摻雜硅酸鎂、鋅摻雜硅酸鍶、鋅黃長石中的一種。
[0015]所述磷酸鈣骨水泥粉末為“磷酸四鈣+ 二水磷酸氫鈣”體系骨水泥、“磷酸二氫鈣+ α -磷酸三鈣+碳酸鈣”體系骨水泥、“無定型磷酸鈣+ 二水磷酸氫鈣”體系骨水泥、“磷酸四鈣+ α -磷酸三鈣+ 二水磷酸氫鈣”體系骨水泥、“磷酸四鈣+ β -磷酸三鈣+磷酸二氫鈣”體系骨水泥、“部分結(jié)晶磷酸鈣+無水磷酸氫鈣”體系骨水泥或“ α -磷酸三鈣+ 二水磷酸氫鈣+碳酸鈣”體系骨水泥中的任意一種。
[0016]所述磷酸鹽溶液為磷酸氫鈉溶液或磷酸氫鉀溶液。
[0017]所述檸檬酸鹽溶液為檬酸鈉溶液或檸檬酸鉀溶液。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0019]1、本發(fā)明首次將同時(shí)含有鋅離子和硅酸根離子的無機(jī)鹽添加到傳統(tǒng)磷酸鈣骨水泥中，利用所釋放的離子的生物學(xué)功能，來提高骨水泥的成骨性能。與生物活性因子等促進(jìn)成骨的添加劑相比，含有功能性離子的無機(jī)添加劑來源廣泛、價(jià)廉易得，且化學(xué)穩(wěn)定性好，能夠從材料中持續(xù)緩慢釋放，具有長期的促進(jìn)成骨的效果。
[0020]2、本發(fā)明所制備的能夠同時(shí)釋放鋅離子和硅酸根離子的磷酸鈣骨水泥，在傳統(tǒng)的磷酸鈣骨水泥中添加含有鋅離子和硅酸根離子的無機(jī)鹽后，不會(huì)對(duì)骨水泥的可注射性、凝結(jié)時(shí)間和水化產(chǎn)物的組成造成顯著影響。無機(jī)鹽的添加量在一定范圍內(nèi)，可以顯著的提高骨水泥的機(jī)械強(qiáng)度。
[0021]3、本發(fā)明所制備的能夠同時(shí)釋放鋅離子和硅酸根離子的磷酸鈣骨水泥，經(jīng)離子溶出實(shí)驗(yàn)測試證實(shí)，隨著材料的不斷降解，鋅離子和硅酸根離子能夠長時(shí)間穩(wěn)定的緩慢釋放。
[0022]4、本發(fā)明所制備的能夠同時(shí)釋放鋅離子和硅酸根離子的磷酸鈣骨水泥，通過改變骨水泥中含有鋅離子和硅酸根離子的無機(jī)鹽的添加量，可以達(dá)到控制離子溶出量的目的，使其溶出量在該離子的生物安全范圍之內(nèi)。本發(fā)明所制備的含鋅離子和硅酸根離子的磷酸鈣骨水泥，在所限定鋅離子和硅酸根離子的溶出量范圍內(nèi)，不會(huì)產(chǎn)生大于1級(jí)的細(xì)胞毒性。
[0023]5、本發(fā)明所制備的能夠同時(shí)持續(xù)釋放鋅離子和硅酸根離子的磷酸鈣骨水泥，由于其具有合適的鋅離子和硅酸根離子的溶出量，在體外環(huán)境下能夠顯著促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖和分化，在體內(nèi)環(huán)境下具有顯著的促進(jìn)成骨的效果。
【附圖說明】
[0024]圖1是實(shí)施例1制備的同時(shí)釋放鋅離子和硅酸根離子的磷酸鈣骨水泥的凝結(jié)時(shí)間。
[0025]圖2是實(shí)施例1制備的同時(shí)釋放鋅離子和硅酸根離子的磷酸鈣骨水泥的抗壓強(qiáng)度。
[0026]圖3是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在實(shí)施例1制備的同時(shí)釋放鋅離子和硅酸根離子的磷酸鈣骨水泥上的增殖情況。
[0027]圖4是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在實(shí)施例1制備的同時(shí)釋放鋅離子和硅酸根離子的磷酸鈣骨水泥上的I型膠原的表達(dá)情況。
[0028]圖5是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在實(shí)施例1制備的同時(shí)釋放鋅離子和硅酸根離子的磷酸鈣骨水泥上的堿性磷酸酶的表達(dá)情況。
[0029]圖6是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在實(shí)施例1制備的同時(shí)釋放鋅離子和硅酸根離子的磷酸鈣骨水泥上的Runx-2的表達(dá)情況。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0031]實(shí)施例1
[0032]選用硅酸鋅作為同時(shí)含有鋅離子和硅酸根離子的無機(jī)鹽添加劑，將其添加到“部分結(jié)晶磷酸鈣+無水磷酸氫鈣”體系骨水泥中，實(shí)施步驟包括:
[0033](11)采用微波水熱方法制備硅酸鋅粉體。將乙酸鋅和正硅酸乙酯依次溶于去離子水中，鋅和娃的摩爾比為2:1，用氨水調(diào)溶液pH值到7。隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，溶液逐漸變成均勻的白色乳濁液。將該白色乳濁液在160°C條件下微波水熱1小時(shí)，水熱完成后用去離子水洗滌白色沉淀并80°C條件下烘干，得到所需硅酸鋅粉體。
[0034](12)稱取步驟(11)所制備的硅酸鋅粉體0.lg，稱取“部分結(jié)晶磷酸鈣+無水磷酸氫鈣”體系骨水泥粉體0.9g，將其混合均勻。按照液固比0.35mL/g的比例，將去離