复合骨水泥前体、锶硼酸盐生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯复合骨水泥的制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医用修复材料领域，具体涉及一种复合骨水泥前体、锶硼酸盐生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯复合骨水泥的制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]近年来，由于工伤事故、交通事故、骨科疾病等导致的骨缺损呈现出高的发病率，加之我国目前正走向老龄化社会，与老年人口相关的骨科退行性疾病不断增加，导致对骨修复生物材料的需求量越来越大。
[0003]骨水泥是一种用于骨科手术的骨修复材料，骨水泥通常由粉剂和单体两部分组成，在室温下将其按一定比例混合即可发生固化，将其置于更换关节或填充的部位，待反应结束后即可将关节固定或骨缺损修补。
[0004]聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥作为临床应用最广泛的骨水泥植入材料，诞生至今已有50多年的历史，它具有一定的生物相容性和较高的力学性能，可以用于承重部分的骨修复植入，但它不能直接诱导骨组织生长，缺乏生物活性和骨结合性能，使得PMMA骨水泥植入人体后容易损伤宿主组织，且组织相容性不理想，从而限制了 PMMA骨水泥在骨修复材料的应用范围。
[0005]此外，传统的骨水泥多为填充型，若采用可注射的骨水泥，对骨水泥的流动性和凝固性能进行调节以满足注射性能要求，并利用医用注射器把骨水泥浆体注入到骨缺损部位进行骨修复，可实现骨缺损部位的微创甚至无创伤治疗，简化手术操作，减少患者的痛苦。
[0006]因此，有必要一种具有良好生物活性、可降解性且兼具良好的可注射性、骨诱导作用及良好力学支撑性能的复合骨水泥及其制备方法和应用。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明提供了一种复合骨水泥前体，所述复合骨水泥前体中的固相粉剂和固化液通过聚合反应得到锶硼酸盐生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合骨水泥，该复合骨水泥通过在聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥基础上加入了锶硼酸盐生物玻璃，植入人体后，锶硼酸盐生物玻璃会逐渐降解，可原位形成含锶的羟基磷灰石，赋予了 PMMA复合骨水泥良好的生物活性和降解性，从而增强复合骨水泥与宿主骨的结合；锶硼酸盐生物玻璃能够在降解过程中释放成骨促进元素锶、硼等，能有效地诱导骨生长；同时该复合骨水泥还具有与骨骼相匹配的力学强度，综合了锶硼酸盐生物玻璃和PMMA的性能，从而在促进骨修复方面达到了更为良好的效果，本发明还提供了一种锶硼酸盐生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯复合骨水泥的制备方法和应用。
[0008]第一方面，本发明提供了一种锶硼酸盐生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合骨水泥前体，所述复合骨水泥前体包括固相粉剂和固化液，其中，所述固相粉剂包括锶硼酸盐生物玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉体和聚合引发剂，所述固化液包括甲基丙烯酸甲酯(MMA)和聚合活化剂，所述聚合引发剂包括过氧化二苯甲酰(BPO)，所述聚合活化剂包括N，N-二甲基对甲苯胺(DMPT);所述锶硼酸盐生物玻璃的化学组分为aSr0.bX0.CB2O3.dP205.eSi02.fY20，其中所述 a, b, c, d, e 和 f 为摩尔份数(摩尔分数)，a为2?14，b为2?22，c为16?54，d为2?6，e为O?36，f为6?14，X为Ca、Mg的一种或多种，Y为Na或K的一种或多种；所述固相粉剂的质量为所述复合骨水泥前体的质量的50-80%，所述锶硼酸盐生物玻璃在所述固相粉剂中的质量百分含量为5-20%，所述聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉体在所述固相粉剂中的质量百分含量为78-94%。
[0009]优选地，所述复合骨水泥前体中的固相粉剂和固化液通过聚合反应得到可注射聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合骨水泥。
[0010]aSr0.bX0.CB2O3.dP205.eSi02.fY20为锶硼酸盐生物玻璃的组成表达式，其具体含义为:该锶硼酸盐生物玻璃含有SrO-XO-B2O3-P2O5-S12-Y2O这几种氧化物(其中X为Ca,Mg的一种或多种，Y为Na或K的一种或多种)，该锶硼酸盐生物玻璃为多种氧化物组成的混合物，混合物的组成满足表达式aSr0.bX0.CB2O3.dP205.eSi02.fY20中元素的配比要求。
[0011 ] 优选地，所述锶硼酸盐生物玻璃的化学组分为14SrO *2Ca0 *8Mg0.54Β203.2Ρ205 ?OSi02.6Na20.6K2O ο
[0012]优选地，所述锶硼酸盐生物玻璃的化学组分为14S1 COCa0.36Β203.2Ρ205 *18Si02.I ONa2O。
[0013]优选地，所述锶硼酸盐生物玻璃的化学组分为1SrO *20Ca0.36Β203.2Ρ205.18Si02.14K20o
[0014]优选地，所述锶硼酸盐生物玻璃的化学组分为8Sr0.12Ca0 *8Mg0.54Β203.4Ρ205 ?OSi02.6Na20.8K2O ο
[0015]优选地，所述锶硼酸盐生物玻璃的组成还可以包括Zn0、Ag20* CuO中的一种或多种。
[0016]优选地，所述Zn、Ag、Cu微量元素在所述锶硼酸盐生物玻璃中的摩尔份数不超过10。
[0017]如本发明所述的，ZnO, Ag2O和CuO在所述锶硼酸盐生物玻璃中的摩尔份数不超过10。
[0018]如铜元素可促进体内血管化，银元素具有抗菌作用，锌元素能够激活体内多种酶，诱导骨骼生长。
[0019]优选地，所述复合骨水泥前体的固相粉剂还包括药物粉体。
[0020]当将药物粉体添加到复合骨水泥前体的固相粉剂中，得到混合固相。
[0021]所述药物粉体包括硫酸庆大霉素、利福平等抗生素药物，但不限于此。
[0022]优选地，所述药物粉体的装载量为Ig复合骨水泥前体的固相粉剂装载2_300mg的药物粉体。
[0023]所述锶硼酸盐生物玻璃，具有优异的生物活性、生物降解性和生物相容性，在人体体液中能降解并转化为含锶的羟基磷灰石。可降解的锶硼酸盐生物玻璃拥有由b203、P2O5或S12组成的玻璃网络，该类型玻璃网络主要是由硼三面体(或少量硼四面体)，磷三面体(或双键断裂后成磷四面体)及硅四面体等组成，由于它们在空间的连接程度有限，易于形成断键，具有很高程度的化学活性。当所述锶硼酸盐生物玻璃与人体组织相类似的含磷溶液接触后，锶硼酸盐生物玻璃的空间玻璃网络被溶解，除了释放出锶(Sr)、钙(Ca)、磷(P)等骨骼代谢重要元素外，玻璃网络中的硼、镁、硅等多种有效促进成骨的微量元素也会以离子形式析出，可以刺激骨细胞的生长，具有较好的骨修复效果；降解过程完成后，锶硼酸盐生物玻璃能够转化为含锶的羟基磷灰石，能够有效地吸附蛋白和细胞，并转化为骨组织的一部分。
[0024]另外，所述锶硼酸盐玻璃构成的玻璃网络拥有较大的空间，在玻璃网络的间隙能填充各种离子而不影响玻璃的结构、性质。
[0025]所述复合骨水泥前体中的固相粉剂和固化液通过聚合反应得到锶硼酸盐生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合骨水泥，所述锶硼酸盐生物玻璃虽然具有良好的骨诱导、促进骨生长能力及可降解性，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围内起作用，并且其加入的量过多会影响复合骨水泥的力学性能反而不能应用于骨修复领域；单纯的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥虽然具有一定的生物相容性和较高的力学性能，但其固化时易造成较高的热积聚温度，PMMA加入量过高会影响复合骨水泥的可降解性并对待修复的骨组织周围造成损伤。因此，本发明提供的锶硼酸盐生物玻璃/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合骨水泥中，所述固相粉剂在所述复合骨水泥前体中的质量百分数为50-80%，所述锶硼酸盐生物玻璃在所述固相粉剂中的质量百分含量为5-20%，所述聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在所述固相粉剂中的质量百分含量为78-94%，这使得该复合骨水泥的固化温度较低，不仅具有良好的生物力学强度，还具有良好的生物活性与生物相容性，复合骨水泥基体中的锶硼酸盐生物玻璃在体内降解后能释放出骨骼生长促进元素如锶、硼、磷等，且可放射造影，无需加入额外显影剂(如硫酸钡、氧化锆等)，有着更安全的使用性能。
[0026]优选地，所述甲基丙烯酸甲酯(MMA)在所述固化液中的质量百分含量为97-99.9% ο
[0027]优选地，所述聚合活化剂在所述固化液中的质量百分含量为0.1-3%。
[0028]优选地，所述聚合引发剂在所述固相粉剂中的质量百分含量为1_2%。
[0029]优选地，所述固