一种抗感染磷酸钙复合骨水泥材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种抗感染磷酸钙复合骨水泥材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]生物材料及其产品在使用过程中，不同程度地遇到与机体组织不能完全相容、感染、癌变、生物组织材料的钙化等一系列问题。其中以生物材料相关的感染(BRI)随着生物材料应用的增多，发病率明显增高，防治以生物材料相关感染是临床面临急需解决的问题。很多研究表明植入生物材料增加了细菌入侵宿主途径，降低机体的防御能力，减弱了阻止细菌粘附和生物膜形成的作用。生物膜一旦形成，为游离细菌提供了新的粘附位点，同时细菌不断的游离或从生物膜释放出来，成为慢性感染源。因此，研究防治生物材料细菌粘附的方法成为该领域的研究热点。磷酸钙骨水泥(CPC)是一种具有良好生物活性和生物相容性的陶瓷材料，已被广泛应用于骨科、外科、口腔科等领域，因有良好的组织相容性、生物降解性和骨引导活性，具有一定的抗压强度，是临床上较好的骨替代材料。但是磷酸钙骨水泥植入物引起的机体感染等问题，大大限制了其应用范围和价值。
[0003]目前，国外采用在生物医疗器械表面涂饰抗感染剂或抗生素的方法解决医用生物材料植入相关型的感染，起到了一定的作用。但在实际使用中发现通过涂饰抗感染剂或抗生素制备得到的抗感染生物材料医疗器械有以下缺点:(1)涂覆型涂层在体液的浸泡下，可能从生物材料材料表面脱离从而失去抗感染作用。而且脱落层可能影响人体的健康。(2)涂层有效作用期短，长期使用时无法保证抗感染性。(3)制备涂层的抗感染的医疗器械在制作时必须经过涂覆工序，在生产工艺上需要增加设备，增加了额外制作成本。(4)在制备结构较复杂的生物材料医疗器械时，涂饰抗感染层在工艺上经常无法实现，也就是说涂饰工艺受制品结构限制。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有技术中涂层型医用抗感染生物材料有效期短、易损性大、可靠性低、适用范围窄等缺点，提供一种抗感染性能可靠、有效作用时间长、抗菌谱广和材料适应性强的抗感染磷酸钙复合骨水泥材料及其制备方法。
[0005]本发明方法采用向生物材料中添加抗感染剂的手段制备了整体具有抗感染和抗细菌黏附功能的医用抗感染生物材料一一抗感染磷酸钙复合骨水泥材料。
[0006]本发明的第一个目的是提供抗感染磷酸钙复合骨水泥材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0007]原料:按总重量100份计，包括γ -聚谷氨酸纳米银抗感染剂0.01?10重量份，粘合剂0?20重量份，分散剂0?10重量份，稳定剂0?5重量份和余量的医用磷酸钙骨水泥固体粉末；
[0008]按上述原料各组分的重量份称取各组分，在医用磷酸钙骨水泥固体粉末中掺入γ -聚谷氨酸纳米银抗感染剂、粘合剂、分散剂和稳定剂，然后充分混合均匀，以水或浓度0.01?1.0g/L γ -聚谷氨酸水溶液作为调和液，按L/P = 0.33?0.4ml/g的液固比进行调和，固化后得到抗感染磷酸钙复合骨水泥材料；
[0009]所述的γ -聚谷氨酸纳米银抗感染剂是通过以下方法制备的:
[0010]利用磷酸胆碱修饰γ -聚谷氨酸，然后将磷酸胆碱修饰过的γ -聚谷氨酸吸附纳米银，再向其中加入水溶性多糖与γ-聚谷氨酸进行接枝共聚反应，制备得到γ-聚谷氨酸纳米银抗感染剂。
[0011]优选，所述的γ-聚谷氨酸纳米银抗感染剂是通过以下方法制备的:
[0012](1)将质量比为1:1?10的γ-聚谷氨酸和磷酸胆碱置于无水乙醇中，并始终在无水乙醇环境下搅拌反应12?18h，离心，弃上清，冷冻干燥得γ -聚谷氨酸-磷酸胆碱；将所得γ-聚谷氨酸-磷酸胆碱溶解于无水二甲基亚砜中，制备成5?50g/L的γ-聚谷氨酸-磷酸胆碱溶液；
[0013](2)按γ -聚谷氨酸-磷酸胆碱溶液:纳米银溶液体积比为2?0.5:1的比例将0.1?5.0mmol/L纳米银溶液加入γ -聚谷氨酸-磷酸胆碱溶液中，在避光情况下进行搅拌5?12h，由此得到γ -聚谷氨酸纳米银溶液；
[0014](3)向γ -聚谷氨酸纳米银溶液中加入催化物，使其终浓度为0.002?0.0lmmol/L，然后在搅拌情况下逐渐加入浓度为0.01?0.5g/L、pH值为5?7的水溶性多糖溶液，水溶性多糖溶液与γ -聚谷氨酸纳米银溶液的体积比为1?5:1，20?60°C搅拌3?24h进行接枝共聚反应形成沉淀产物，停止反应，加入丙酮搅拌沉淀产物，取沉淀，用蒸馏水洗涤沉淀，冷冻干燥即得γ-聚谷氨酸纳米银抗感染剂。
[0015]所述的催化物为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC -HC1)、二环己基碳二亚胺(DCC)、1-羟基苯并三唑(Η0ΒΤ)、1-羟基-7-偶氮苯并三氮唑(Η0ΑΤ)、3_羟基-1，2，3-苯并三嗪-4 (3H)-酮(HOOBt)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和4- 二甲氨基吡啶(DMAP)中的一种或二种以上的组合物。
[0016]所述的水溶性多糖包括植物水溶性多糖、动物水溶性多糖、微生物水溶性多糖或海洋生物多糖:植物水溶性多糖包括有茶多糖、枸杞多糖、魔芋甘露聚糖、银杏叶多糖、银杏胞外多糖、香菇多糖、银耳多糖、灵芝多糖、黑木耳多糖、茯苓多糖、蒲公英多糖、可溶性淀粉、水溶性纤维；动物水溶性多糖包括粘多糖、肝素、硫酸软骨素、透明质酸等；微生物水溶性多糖包括香菇多糖、茯苓多糖、银耳多糖、云芝多糖等；海洋生物多糖包括可溶性甲壳素、螺旋藻多糖；所述的水溶性多糖溶液为以上述的一种或二种以上水溶性多糖为溶质的水溶液。
[0017]所述的粘合剂为γ-聚谷氨酸/壳聚糖。其中γ-聚谷氨酸/壳聚糖采用文献(疏秀林，施庆珊，林小平，欧阳友生，陈仪本.γ -聚谷氨酸/壳聚糖多孔复合支架材料的制备、表征及性能的研究，天然产物研究与开发，2013，25 =514-518)所述制备方法制得，其具体方法示例如下:称取0.5g γ -聚谷氨酸氢盐(γ -PGA)和0.05g 4- 二甲氨基吡啶超声溶解于18毫升无水二甲基亚砜中，将羧基壳聚糖溶液缓慢滴加到γ-PGA溶液中，并伴随磁力搅拌，滴加完毕添加一定量的1-乙基-(3- 二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，室温下搅拌3h后终止实验。将混合溶液中添加三倍体积的丙酮，以形成沉淀，真空抽滤收集沉淀，将沉淀物进行冷冻干燥，去除多余的丙酮，再将沉淀物用PBS溶剂(pH值7.2)溶解，运用超滤透析法去掉多余的壳聚糖(透析袋截留分子量100，000)和多余的1，6-乙二胺(透析袋截留分子量3500)。梯度冷冻:以4°C、-20°C各2h，-40°C 4h，-70°C 24h，之后进行真空冷冻干燥48h，真空度达0.0lPa，即得γ -聚谷氨酸/壳聚糖，将其粉碎成粉末得到γ -聚谷氨酸/壳聚糖冻干粉末进行使用。
[0018]所述的分散剂为γ-聚谷氨酸、聚乙二醇、硬脂酸酰胺类分散剂或硬脂酸类分散剂或聚乙烯中的一种或二种以上的组合物。
[0019]所述的稳定剂为抗氧化剂168、聚乙烯醇或稀土稳定剂(XT - 1、XT — 2,XT 一 3)。
[0020]所述的丙酮的用量为反应液体积的2?4倍。
[0021]本发明的第二个目的是提供一种抗感染磷酸钙复合骨水泥材料，其特征在于，其原料为:按总重量100份计，包括γ -聚谷氨酸纳米银抗感染剂0.01?10重量份，粘合剂0?20重量份，分散剂0?10重量份，稳定剂0?5重量份和余量的医用磷酸|丐骨水泥固体粉末；
[0022]所述的γ -聚谷氨酸纳米银抗感染剂是通过以下方法制备的:
[0023]利用磷酸胆碱修饰γ -聚谷氨酸，然后将磷酸胆碱修饰过的γ -聚谷氨酸吸附纳米银，再向其中加入水溶性多糖与γ-聚谷氨酸进行接枝共聚反应，制备得到γ-聚谷氨酸纳米银抗感染剂。
[0024]本发明选择了不破坏磷酸钙骨水泥原有特性，将适宜的高分子抗感染剂和其它助剂与医用磷酸钙骨水泥材料复配、共混后自固化制备成具有抗感染功能的磷酸钙骨水泥材料，在保持目前医用抗感染磷酸钙骨水泥基本特性的前提下，解决了磷酸钙骨水泥引发基体感染等问题。因此本发明中的医用抗感染磷酸钙复合骨水泥材料具有抗感染性能可靠，有效作用时间长，抗菌谱广，材料适应性强等优点。
【具体实施方式】
[0025]以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
[0026]以下实施例中使用的粘合剂为γ -聚谷氨酸/壳聚糖。其中γ -聚谷氨酸/壳聚糖采用文献(疏秀林，施庆珊，林小平，欧阳友生，陈仪本.γ-聚谷氨酸/壳聚糖多孔复合支架材料的制备、表征及性能的研究，天然产物研究与开发，2013，25 =514-518)所述制备方法制得，其具体方法示例如下:称取0.5g γ -聚谷氨酸氢盐(γ -PGA)和0.05g 4- 二甲氨基吡啶超声溶解于18毫升无水二甲基亚砜中，将羧基壳聚糖溶液缓慢滴加到γ-PGA溶液中，并伴随磁力搅拌，滴加完毕添加一定量的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，室温下搅拌3h后终止实验。将混合溶液中添加三倍体积的丙酮，以形成沉淀，真空抽滤收集沉淀，将沉淀物进行冷冻干燥，去除多余的丙酮，再将沉淀物用PBS溶剂(pH值7.2)溶解，运用超滤透析法去掉多余的壳聚糖(透析袋截留分子量100，000)和多余的1，6-乙二胺(透析袋截留分子量3500)。梯度冷冻:以4°C、_20°C各2h，-40°C 4h，_70°C 24h，之后进行真空冷冻干燥48h，真空度达0.0lPa，即得γ -聚谷氨酸/壳聚糖，将其粉碎