技术领域
[0001] 本
发明属于
生物医用材料技术领域，具体涉及一种可调控降解的磷酸钙骨
水泥及其制备方法。
背景技术
[0002] 磷酸钙骨水泥是一种既可以帮助人体硬组织修复与重建，又可以作为药物释放载体的生物医学材料，在骨缺损、骨折及人工关节的黏结固定、齿科修复等方面应用广泛。磷酸钙骨水泥具有制备简便，任意塑形等优点，与其它骨水泥相比，它的
生物相容性更好，在
固化结晶过程中不产热，安全性更高。但是，现有磷酸钙骨水泥的体内降解速率较慢，在一定程度上阻碍了人体骨组织的再生和重建，更无法在体外实现对磷酸钙骨水泥的可调控降解。目前，能在体外通过光热作用改变磷酸钙骨水泥降解速率的方法和产品还未见报道。
发明内容
[0003] 为了解决
现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种可调控降解的磷酸钙骨水泥及其制备方法。
[0004] 本发明所采用的技术方案为：一种可调控降解的磷酸钙骨水泥，其制备原料包括液相剂和固相粉剂；
[0005] 所述液相剂为普通磷酸钙骨水泥液相剂或者受
近红外光调控降解的磷酸钙骨水泥液相复合物，所述受近红外光调控降解的磷酸钙骨水泥液相复合物为体积比为1：9的二维黑磷
纳米材料分散液与普通磷酸钙骨水泥液相剂的
混合液，所述二维黑磷纳米材料分散液为二维黑磷纳米材料与去离子水的混合液，二维黑磷纳米材料分散液中二维黑磷纳米材料的
质量分数为0.01％-4％；所述固相粉剂为
温度敏感型
氧气生成复合物与普通磷酸钙骨水泥固相粉剂的混合物，其中，固相粉剂中温度敏感型氧气生成复合物的质量分数为1％-20％；
[0006] 所述普通磷酸钙骨水泥为磷酸氢钙―α-磷酸三钙―
碳酸钙系统骨水泥、磷酸四钙―α-磷酸三钙系统骨水泥、磷酸四钙―β-磷酸三钙―磷酸二氢钙系统骨水泥或者磷酸二氢钙―α-磷酸三钙―碳酸钙系统骨水泥中的任意一种；
[0007] 所述温度敏感型氧气生成复合物为表面包覆明胶层的过碳酸钠-蜡微球复合物，其中，温度敏感型氧气生成复合物中明胶的质量分数为15％-75％，过碳酸钠-蜡微球复合物为表面包覆蜡层的过碳酸钠微球复合物，过碳酸钠-蜡微球复合物中过碳酸钠的质量分数为30％-90％。
[0008] 可选地，所述过碳酸钠-蜡微球复合物的直径为10微米-1毫米。
[0009] 可选地，所述过碳酸钠-蜡微球复合物中的蜡包括小烛树蜡、棕榈蜡、米糠蜡、蜂蜡、虫白蜡、羊毛蜡、鲸蜡、
褐煤蜡、
石蜡、
微晶蜡、
石油蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、乙烯一乙酸乙烯共聚蜡、氧化聚乙烯蜡中的至少一种。
[0010] 本发明还公开了一种可调控降解的磷酸钙骨水泥的制备方法，包括以下步骤：
[0011] A、制备固相粉剂：
[0012] A1、将过碳酸钠粉末加入熔融的蜡中，搅拌混匀，用微球制造机将过碳酸钠-蜡复合物制作成为过碳酸钠-蜡微球复合物，低温下静置直到蜡彻底
凝固；
[0013] A2、用去离子水浸洗过碳酸钠-蜡微球复合物，除去其表面残留的过碳酸钠，晾干；
[0014] A3、用明胶溶液包裹晾干了的过碳酸钠-蜡微球复合物，低温下静置直至明胶凝固，即得温度敏感型氧气生成复合物；
[0015] A4、将温度敏感型氧气生成复合物与普通磷酸钙骨水泥固相粉剂混合，得到固相粉剂：受温度调控降解的磷酸钙骨水泥固相复合物；
[0016] B、制备液相剂：
[0017] 调配普通磷酸钙骨水泥液相剂；
[0018] 或者，调配受近红外光调控降解的磷酸钙骨水泥液相复合物；
[0019] 其中，调配受近红外光调控降解的磷酸钙骨水泥液相复合物的过程如下：将二维黑磷纳米材料与去离子水混匀，得到二维黑磷纳米材料分散液；将二维黑磷纳米材料分散液与磷酸钙骨水泥液混合，得到液相剂：受近红外光调控降解的磷酸钙骨水泥液相复合物；
[0020] C、制备骨水泥：
[0021] 将步骤A制备的固相粉剂与步骤B调配的普通磷酸钙骨水泥液相剂混合并调和均匀，待彻底凝固，即得受温度调控降解的磷酸钙骨水泥；
[0022] 或者，将步骤A制备的固相粉剂与步骤B调配的受近红外光调控降解的磷酸钙骨水泥液相复合物混合并调和均匀，待彻底凝固，即得受近红外光调控降解的磷酸钙骨水泥。
[0023] 可选地，步骤A3中所述明胶溶液中明胶的溶度为8％-50％。
[0024] 可选地，步骤A1中所述熔融的蜡包括小烛树蜡、棕榈蜡、米糠蜡、蜂蜡、虫白蜡、羊毛蜡、鲸蜡、
褐煤蜡、石蜡、微晶蜡、石油蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、乙烯一乙酸乙烯共聚蜡以及氧化聚乙烯蜡中的至少一种。
[0025] 可选地，步骤A1中，所述过碳酸钠-蜡微球复合物的直径为10微米-1毫米。
[0026] 可选地，步骤A2中，晾干后过碳酸钠-蜡微球复合物中过碳酸钠的质量分数为30％-90％。
[0027] 可选地，步骤A3中，所述温度敏感型氧气生成复合物中明胶的质量分数为15％-75％。
[0028] 可选地，步骤A4中，所述固相粉剂中温度敏感型氧气生成复合物的质量分数为1％-20％。
[0029] 可选地，步骤B中，所述二维黑磷纳米材料分散液与普通磷酸钙骨水泥液相剂的体积比为1：9。
[0030] 可选地，步骤B中，所述二维黑磷纳米材料分散液中二维黑磷纳米材料的质量分数为0.01％-4％。
[0031] 可选地，步骤B中，所述普通磷酸钙骨水泥为磷酸氢钙―α-磷酸三钙―碳酸钙系统骨水泥、磷酸四钙―α-磷酸三钙系统骨水泥、磷酸四钙―β-磷酸三钙―磷酸二氢钙系统骨水泥或者磷酸二氢钙―α-磷酸三钙―碳酸钙系统骨水泥中的任意一种。
[0032] 本发明的有益效果为：
[0033] (1)在骨组织修复的初期，磷酸钙骨水泥发挥着承重和药物释放等功能，而当骨组织修复进行到一定的阶段时，磷酸钙骨水泥难以降解的特性阻碍了骨组织修复的进一步进行；本发明制备的可调控降解的磷酸钙骨水泥，解决了现有磷酸钙骨水泥无法通过光热作用调控其降解速率的问题。
[0034] (2)本发明中的各类成分无毒性、致畸性，安全性高，生产简便，适合大量生产；过碳酸钠与水反应生成氧气和碳酸钠，氧气和碳酸钠无毒性，无刺激性，安全可靠。
[0035] (3)本发明中可以根据不同的应用要求选用不同熔融温度的蜡，改变该氧气生成复合物的熔融温度，从而改变可调控降解磷酸钙骨水泥发生降解
加速的触发温度。
[0036] (4)本发明中的受近红外光调控降解的磷酸钙骨水泥中的二维黑磷纳米材料具备优良的近红外响应特性，使得磷酸钙骨水泥的降解速率可以在近红外光的调控下改变。
[0037] (5)本发明的制备方法简便，所用原料简单，适于大量生产，且安全性好，符合临床应用的要求。
附图说明
[0038] 图1是
实施例7中制备的受温度调控降解的磷酸钙骨水泥在降解过程中的重量损失变化曲线。
[0039] 图2是实施例7中制备的受温度调控降解的磷酸钙骨水泥在降解过程中的抗压强度变化曲线。
[0040] 图3是实施例8中制备的受近红外光调控降解的磷酸钙骨水泥在降解过程中的重量损失变化曲线。
[0041] 图4是实施例8中制备的受近红外光调控降解的磷酸钙骨水泥在降解过程中的抗压强度变化曲线。
具体实施方式
[0042] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。
[0043] 实施例1
[0044] 一种可调控降解的磷酸钙骨水泥，其制备原料包括液相剂和固相粉剂。
[0045] 所述液相剂为体积比为1：9的二维黑磷纳米材料分散液与普通磷酸钙骨水泥液相剂的混合液，所述二维黑磷纳米材料分散液为二维黑磷纳米材料与去离子水的混合液，二维黑磷纳米材料分散液中二维黑磷纳米材料的质量分数为2％。
[0046] 所述固相粉剂为温度敏感型氧气生成复合物与普通磷酸钙骨水泥固相粉剂的混合物，其中，固相粉剂中温度敏感型氧气生成复合物的质量分数为5％；所述普通磷酸钙骨水泥为磷酸氢钙―α-磷酸三钙―碳酸钙系统骨水泥；所述温度敏感型氧气生成复合物为表面包覆明胶层的过碳酸钠-蜡微球复合物，其中，温度敏感型氧气生成复合物中明胶的质量分数为35％，过碳酸钠-蜡微球复合物为表面包覆蜡层的过碳酸钠微球复合物，过碳酸钠占过碳酸钠-蜡微球的质量分数为80％。所述过碳酸钠-蜡微球复合物的直径为200微米。所述蜡采用石蜡。
[0047] 实施例2
[0048] 本实施例在实施例1的
基础上，唯一区别在于：所述液相剂为普通磷酸钙骨水泥液相剂。
[0049] 实施例3
[0050] 一种可调控降解的磷酸钙骨水泥，其制备原料包括液相剂和固相粉剂。
[0051] 所述液相剂为体积比为1：9的二维黑磷纳米材料分散液与普通磷酸钙骨水泥液相剂的混合液，所述二维黑磷纳米材料分散液为二维黑磷纳米材料与去离子水的混合液，二维黑磷纳米材料分散液中二维黑磷纳米材料的质量分数为0.01％。
[0052] 所述固相粉剂为温度敏感型氧气生成复合物与普通磷酸钙骨水泥固相粉剂的混合物，其中，固相粉剂中温度敏感型氧气生成复合物的质量分数为1％；所述普通磷酸钙骨水泥为磷酸四钙―α-磷酸三钙系统骨水泥；所述温度敏感型氧气生成复合物为表面包覆明胶层的过碳酸钠-蜡微球复合物，其中，温度敏感型氧气生成复合物中明胶的质量分数为15％，过碳酸钠-蜡微球复合物为表面包覆蜡层的过碳酸钠微球复合物，过碳酸钠占过碳酸钠-蜡微球的质量分数为30％。所述过碳酸钠-蜡微球复合物的直径为10微米。所述蜡采用微晶蜡、石油蜡和聚乙烯蜡。
[0053] 实施例4
[0054] 本实施例在实施例3的基础上，唯一区别在于：所述液相剂为普通磷酸钙骨水泥液相剂。
[0055] 实施例5
[0056] 一种可调控降解的磷酸钙骨水泥，其制备原料包括液相剂和固相粉剂。
[0057] 所述液相剂为体积比为1：9的二维黑磷纳米材料分散液与普通磷酸钙骨水泥液相剂的混合液，所述二维黑磷纳米材料分散液为二维黑磷纳米材料与去离子水的混合液，二维黑磷纳米材料分散液中二维黑磷纳米材料的质量分数为4％。
[0058] 所述固相粉剂为温度敏感型氧气生成复合物与普通磷酸钙骨水泥固相粉剂的混合物，其中，固相粉剂中温度敏感型氧气生成复合物的质量分数为20％；所述普通磷酸钙骨水泥为磷酸四钙―β-磷酸三钙―磷酸二氢钙系统骨水泥；所述温度敏感型氧气生成复合物为表面包覆明胶层的过碳酸钠-蜡微球复合物，其中，温度敏感型氧气生成复合物中明胶的质量分数为75％，过碳酸钠-蜡微球复合物为表面包覆蜡层的过碳酸钠微球复合物，过碳酸钠占过碳酸钠-蜡微球的质量分数为90％。所述过碳酸钠-蜡微球复合物的直径为1毫米。所述蜡采用聚丙烯蜡、乙烯一乙酸乙烯共聚蜡和氧化聚乙烯蜡。
[0059] 实施例6
[0060] 本实施例在实施例5的基础上，唯一区别在于：所述液相剂为普通磷酸钙骨水泥液相剂。
[0061] 实施例7
[0062] 本实施例中，按实施例2的原料配比制备可调控降解的磷酸钙骨水泥，包括以下步骤：
[0063] A、制备固相粉剂：
[0064] A1、将过碳酸钠粉末加入熔融的石蜡中，搅拌混匀，用微球制造机将过碳酸钠-石蜡复合物制作成为200微米粒径的过碳酸钠-石蜡微球复合物，低温下静置直到石蜡彻底凝固；
[0065] A2、用去离子水浸洗过碳酸钠-石蜡微球复合物，除去其表面残留的过碳酸钠，晾干，晾干后碳酸钠-石蜡微球复合物中过碳酸钠的质量分数为80％；
[0066] A3、用溶度为20％的明胶溶液包裹晾干了的过碳酸钠-石蜡微球复合物，低温下静置直至明胶凝固，即得温度敏感型氧气生成复合物，凝固物中明胶的质量分数为35％；
[0067] A4、将温度敏感型氧气生成复合物与普通磷酸钙骨水泥固相粉剂混合，得到固相粉剂：受温度调控降解的磷酸钙骨水泥固相复合物，其中，固相粉剂中温度敏感型氧气生成复合物的质量分数为5％；
[0068] B、制备液相剂：
[0069] 调配普通磷酸钙骨水泥液相剂；
[0070] C、将步骤A制备的固相粉剂与步骤B制备的液相剂混合并调和均匀，待彻底凝固，即得可调控降解的磷酸钙骨水泥：受温度调控降解的磷酸钙骨水泥。过碳酸钠是过氧化氢与碳酸钠的加成化合物，与水直接
接触可以不可逆的生成氧气和碳酸钠。本实施例中的蜡作为疏水材料使过碳酸钠与水稳定隔绝，只有当温度上升至蜡的熔融温度时，过碳酸钠才能与水接触并快速生成氧气，产生内压，进而破坏磷酸钙骨水泥的结构，达到加速其降解的目的。
[0071] 本实施例制备得到的受温度调控降解的磷酸钙骨水泥，对其降解速率和抗压强度进行测试，检测结果如下：
[0072] 首先制备PH 7.4的0.05M Tris-HCl溶液用于体外降解实验。待测样品分两组：实验组和对照组。实验组待测样品进行熔融温度下预处理，对照组不做处理。实验组和对照组待测样品均在37摄氏度条件下被浸入装有0.05M Tris-HCl溶液离心管中。降解溶液与待测样品的质量比为20：1。在检测过程中的第一个星期内，每24小时更换一次降解溶液，从第二个星期开始每个星期更换一次降解溶液。待测样品分别被降解1、2、3、4个星期后，取出在37摄氏度下烘干2-3天，再在60摄氏度下烘干3-4天直到样品重量维持稳定。
[0073] 如图1所示，是受温度调控降解的磷酸钙骨水泥在降解过程中的重量损失变化曲线，从图中可知，实验组的重量损失百分数是对照组的4倍左右，随着降解时间的推进，该数值还在逐渐增大，之所以会出现这种差别，是因为实验组进行了热预处理，处理的温度为石蜡的熔融温度，因而在热预处理后，石蜡被融化了，部分过碳酸钠裸露出来，裸露的过碳酸钠与水反应，生成氧气，产生内压，进而破坏磷酸钙骨水泥的结构，达到加速其降解的目的；而对照组未经
过热处理，因而石蜡未融化，只进行正常的降解，无法加速降解。
[0074] 其中，重量损失百分数的计算公式如下：
[0075] 重量损失(％)＝(Mo-Md)/Mo*100％
[0076] Mo指磷酸钙骨水泥的原始重量；Md指磷酸钙骨水泥被降解后的余重。
[0077] 如图2所示，是受温度调控降解的磷酸钙骨水泥在降解过程中的抗压强度变化曲线，从图中可知，实验组的抗压强度一直比对照组的抗压强度低，这是由于实验组的降解速率比对照组的降解速率高。
[0078] 实施例8
[0079] 本实施例中，按实施例1的原料配比制备可调控降解的磷酸钙骨水泥，包括以下步骤：
[0080] A、制备固相粉剂：
[0081] A1、将过碳酸钠粉末加入熔融的石蜡中，搅拌混匀，用微球制造机将过碳酸钠-石蜡复合物制作成为200微米粒径的过碳酸钠-石蜡微球复合物，低温下静置直到石蜡彻底凝固；
[0082] A2、用去离子水浸洗过碳酸钠-石蜡微球复合物，除去其表面残留的过碳酸钠，晾干，晾干后碳酸钠-石蜡微球复合物中过碳酸钠的质量分数为80％；
[0083] A3、用溶度为20％的明胶溶液包裹晾干了的过碳酸钠-石蜡微球复合物，低温下静置直至明胶凝固，即得温度敏感型氧气生成复合物，凝固物中明胶的质量分数为35％；
[0084] A4、将温度敏感型氧气生成复合物与普通磷酸钙骨水泥固相粉剂混合，得到固相粉剂：受温度调控降解的磷酸钙骨水泥固相复合物，其中，固相粉剂中温度敏感型氧气生成复合物的质量分数为5％；
[0085] B、制备液相剂：
[0086] 将二维黑磷纳米材料与去离子水混匀，得到二维黑磷纳米材料分散液，二维黑磷纳米材料分散液中二维黑磷纳米材料的质量分数为2％；将体积比为1:9的二维黑磷纳米材料分散液与磷酸钙骨水泥液混合，得到液相剂：近红外调控降解的磷酸钙骨水泥液相复合物；
[0087] C、制备骨水泥：
[0088] 将步骤A制备的固相粉剂与步骤B调配的液相剂混合并调和均匀，待彻底凝固，即得可调控降解的磷酸钙骨水泥：受近红外光调控降解的磷酸钙骨水泥；黑磷是近年来广受关注的一种具有二维层状结构的新
型材料，拥有出色的电学和光学特性，容易响应近红外光，并能将近红外光能转化为
热能。由于本实施例制备的可调控降解的磷酸钙骨水泥中存在二维黑磷纳米材料，在近红外光的作用下，二维黑磷纳米材料将光能转化为热能，进而将蜡融化，融化后过碳酸钠与水接触并快速生成氧气，产生内压，进而破坏磷酸钙骨水泥的结构，达到加速其降解的目的。并且，黑磷在生理环境下可以被降解成磷酸根离子和
亚磷酸根离子等安全无毒性的产物，具有很高的生物安全性。
[0089] 本实施例制备得到的受近红外光调控降解的磷酸钙骨水泥，对其降解速率和抗压强度进行测试，检测结果如下：
[0090] 首先制备PH 7.4的0.05M Tris-HCl溶液用于体外降解实验。待测样品分两组：实验组和对照组。实验组待测样品进行近红外光预处理，对照组不做处理。实验组和对照组待测样品均在37摄氏度条件下被浸入装有0.05M Tris-HCl溶液离心管中。降解溶液与待测样品的质量比为20：1。在检测过程中的第一个星期内，每24小时更换一次降解溶液，从第二个星期开始每个星期更换一次降解溶液。待测样品分别被降解1、2、3、4个星期后，取出在37摄氏度下烘干2-3天，再在60摄氏度下烘干3-4天直到样品重量维持稳定。
[0091] 如图3所示，是受近红外光调控降解的磷酸钙骨水泥在降解过程中的重量损失变化曲线，从图中可知，实验组的重量损失百分数是对照组的4倍左右，随着降解时间的推进，该数值还在逐渐增大，之所以会出现这种差别，是因为实验组进行了近红外光预处理，处理后石蜡被融化，部分过碳酸钠裸露出来，裸露的过碳酸钠与水反应，生成氧气，产生内压，进而破坏磷酸钙骨水泥的结构，达到加速其降解的目的；而对照组未经过近红外光的处理，因而石蜡未融化，只进行正常的降解，无法加速降解。
[0092] 其中，重量损失百分数的计算公式如下：
[0093] 重量损失(％)＝(Mo-Md)/Mo*100％
[0094] Mo指磷酸钙骨水泥的原始重量；Md指磷酸钙骨水泥被降解后的余重。
[0095] 如图4所示，是受近红外光调控降解的磷酸钙骨水泥在降解过程中的抗压强度变化曲线，从图中可知，实验组的抗压强度一直比对照组的抗压强度低，这是由于实验组的降解速率比对照组的降解速率高，实验组的结构强度被破坏得更厉害导致的。
[0096] 本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明
权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
