含柠檬酸钙的骨水泥及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于骨损伤修复医用材料领域，具体涉及一种含柠檬酸钙的骨水泥的制备 方法与应用。
【背景技术】
[0002] 各种创伤及慢性疾病如骨质疏松症等使骨折及骨缺损的发生率显著增加，如何使 骨折及骨缺损更好更快地愈合已成为骨科医生研究的热点问题之一。钙是骨组织的主要矿 物质之一，人体中99 %的钙存在骨骼中，只有1 %在细胞外液中循环，骨折早期沉积在骨痂 中的钙主要来自于骨组织处，而不是饮食摄取，在骨折愈合的晚期阶段，饮食中的钙则成为 主要来源，因此，需要在骨折及骨缺损早期愈合处填充骨移植生物材料，向骨组织处释放提 供愈合所需要的钙离子。目前临床应用的人工骨填充修复材料主要有羟基磷灰石（HA)、磷 酸钙（CPC)、生物玻璃、半水硫酸钙等，然而由于它们脆性大、力学性能不足、降解速度过慢 或过快等因素，导致其在临床应用上受到限制。因此，有必要进一步开发新的骨填充修复材 料。
[0003] 柠檬酸钙具有可靠的安全性、较好的吸收性和生物相容性已被证实，通常作为食 品添加剂和补I丐制剂广泛应用。WANGLi-min等在Calciumcitrate:anewbiomaterial thatcanenhanceboneformationinsitu(Li-mingff,Weiff,Xiu-cuiL,Lei P，Zhong-qinL，Hua-ziX.Calciumcitrate:anewbiomaterialthatcanenhancebone formationinsitu.AsianPacificJournalofTropicalMedicine. 2012:291-6.) 中的研究表明，柠檬酸钙与骨形态发生蛋白2复合后具有良好的诱导成骨作用，可促 进骨形成，并且，柠檬酸钙和骨形态发生蛋白2的复合物有一个很显著的优势性能就 是它能够在植入兔子股骨踝骨2周后就能形成新骨，能够在骨折及骨缺损早期促进骨 的愈合；Hu等在Stronglyboundcitratestabilizestheapatitenanocrystals inbone(HuYY,RawalA,Schmidt-RohrK.Stronglyboundcitratestabilizesthe apatitenanocrystalsinbone[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofScienc es，2010, 107 (52) : 22425-22429.)的研究中发现，在鱼类、鸟类和哺乳动物的的骨头中，柠 檬酸盐是被高度束缚的，C00-官能团与磷灰石的钙离子的强烈束缚对骨头中纳米磷灰石的 稳定和增厚起关键作用，由此可见，柠檬酸钙的两个部分：Ca2+和C6H5073都能在骨组织的修 复中起到非常重要的作用。此外，中国专利申请CN200710179395. 6《含柠檬酸钙的人体硬 组织填充修复材料》中，将直接购买的柠檬酸钙与纤维蛋白胶、基乙烯基吡咯烷酮、壳聚糖、 藻酸盐等混合后，在常温干燥情况下，采用压片法将混合粉末制成块状，也证明了柠檬酸钙 具有具有良好的生物相容性、可降解性、药物缓释活性和较好的骨传导和修复作用，但是压 片法制得的硬组织填充材料只是通过外界压力将粉末压到一起，并没有考虑加入固化液制 成骨水泥的形态，其抗溃散能力低、抗压强度低，受压片机模具的限制不能任意成型，且由 于市购的柠檬酸钙颗粒较大，其综合性能欠佳。
[0004] 此外，HA(羟基磷石灰）和TTCP/DCPA都属于磷酸钙盐，由于Ca/P比均为1. 67,所 以又被称为羟基磷灰石型的自固化磷酸钙。HA由于其良好的生物相容性、生物活性、骨传导 性及其与自然骨矿物相组分的相似性，从而在众多的人工合成骨替代物中脱颖而出，倍受 瞩目；TTCP/DCPA即是磷酸四钙和无水磷酸氢钙按摩尔比1:1混合，由于TTCP具有较高的 反应活性，与DCPA等摩尔混合后作为骨水泥的固相，可使体系pH值平衡，固化过程完全、彻 底，避免了采用单一体系时会出现酸性副产物的情况，且固化产物为HA，因此作为传统的骨 修复材料已被应用于临床。
[0005] 综上所述，柠檬酸钙、HA和TTCP/DCPA均可用于骨缺损修复材料。然而，单一的柠 檬酸钙降解快，与自然骨的相似度不高，仅以压片形式成型限制了其临床应用；单一的HA 或TTCP/DCPA脆性大、降解速率低，骨诱导作用不显著，所以单一材料很难满足骨修复领域 对骨水泥的要求，因而采用不同性质的材料进行复合来获得具有新性能的复合骨水泥材料 将具有很大的应用价值。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种含柠檬酸钙的骨水泥，该骨水泥具有良好的可塑性、 骨引导性、骨诱导活性、细胞活性和较好的降解率，适用于骨科、脑外科和颅颂面整形修复。
[0007] 本发明要解决的第一个技术问题是提供一种含柠檬酸钙的骨水泥，所述骨水泥由 固相部分和液相部分组成，其中，固相部分由柠檬酸钙和磷酸钙盐复合而成，柠檬酸钙和磷 酸钙盐的质量比为2~5 : 1;并且，液固比为0.5~1.5 : 1。
[0008] 所述磷酸钙盐为磷酸四钙、磷酸氢钙、羟基磷灰石、α-磷酸三钙、磷酸八钙或二水 磷酸二钙中的至少一种。
[0009] 优选的，所述磷酸钙盐为磷酸四钙、磷酸氢钙或羟基磷灰石中的至少一种。
[0010] 更优选的，所述磷酸钙盐为磷酸四钙和磷酸氢钙的混合物，其中，磷酸四钙与磷酸 氢钙的摩尔比为1 : 1。
[0011] 更优选的，所述磷酸钙盐为羟基磷灰石。
[0012] 优选的，上述含柠檬酸钙的骨水泥中，磷酸钙盐为磷酸四钙和磷酸氢钙的复合物， 柠檬酸钙与复合物的质量比为2 : 1。
[0013] 优选的，上述含柠檬酸钙的骨水泥中，磷酸钙盐为羟基磷灰石，柠檬酸钙与羟基磷 灰石的质量比为3 : 1。
[0014] 所述柠檬酸钙为四水柠檬酸钙Ca3(C6H507) 2 ·4Η20、二水柠檬酸钙Ca3(C6H507) 2 ·2Η20 或无水柠檬酸钙Ca3 (C6H507) 2，或为微米级球状柠檬酸钙、纳米级片状柠檬酸钙及纳米级纤 维状柠檬酸钙。
[0015] 本发明中，液固比之所以限定为0. 5~1. 5 : 1，主要是由于当液固比为2 : 1时， 由于液相太多，凝结时间需几个小时，时间太长。
[0016] 骨水泥中，所述液相部分可以为：KH2P〇dPΚ2ΗΡ04水溶液的混合液，KH2P〇dPΚ2ΗΡ04 的摩尔比为1 : 1。
[0017] 进一步，上述液相部分中，KH2P0JPΚ2ΗΡ04的浓度均为0. 2~lmol/L，优选为 0·5mol/L〇
[0018] 进一步，上述液相部分还含有海藻酸钠、壳聚糖或明胶中的至少一种。加入适量的 海藻酸钠、壳聚糖或明胶都能使骨水泥的抗压强度和可塑性提高，且使骨水泥具有良好的 抗菌消炎作用。
[0019] 本发明中，KH2P〇dPΚ2ΗΡ04水溶液的混合液的作用是向骨水泥中提供P0 43'P043 _ 能与固相中的Ca2+固化反应生成羟基磷灰石，由于羟基磷灰石的溶解度比柠檬酸钙和其他 磷酸钙盐的溶解度都低，从而加速骨水泥固化。另外，本发明所得骨水泥与液相部分直接用 水所得的骨水泥相比，凝结时间大大缩短，抗压强度大大提高，可塑性增强。
[0020] 进一步，骨水泥中，所述液相部分还可以为：柠檬酸和柠檬酸钾水溶液的混合液， 朽1檬酸和梓檬酸钾的质量比为5 : 1。
[0021] 进一步，所述混合液由质量分数为25%的朽1檬酸、5%的朽1檬酸钾和质量分数为 70 %的去离子水组成。
[0022] 本发明中，用柠檬酸和柠檬酸钾水溶液的混合液作为固化液时，柠檬酸根离子中 的C00官能团能与固相中的钙离子螯合形成配位键，直至颗粒间产生结晶并联，加速骨水 泥的固化。
[0023] 本发明要解决的第二个技术问题是提供上述含柠檬酸钙的骨水泥的制备方法，将 柠檬酸钙和磷酸钙盐按质量比2~5 : 1均匀混合形成固相复合物，再按液固比0.5~ 1.5 : 1将骨水泥用固化液与固相复合物搅拌混匀形成骨水泥膏体，然后将膏体在室温条 件下自然固化成型得到含柠檬酸钙的骨水泥。
[0024] 优选的，所述磷酸钙盐为磷酸四钙、磷酸氢钙或羟基磷灰石中的至少一种。
[0025] 进一步，所述固化液为腿#04和Κ2ΗΡ04水溶液的混合液，KH丨04和K2即04的摩尔比 为1 : 1〇
[0026] 进一步，所述固化液还可以为：柠檬酸和柠檬酸钾水溶液的混合液。
[0027] 本发明的骨水泥是在室温条件下自然固化成型的，对固化条件没有那么严格的要 求，固化时间也是在室温下测定的。
[0028] 本发明的有益效果：
[0029] (1)本发明首次将柠檬酸钙与磷酸钙盐复合制成骨水泥的形态，并通过优化固相 粉末的配比和液固比，使制得的骨水泥与压片法制得的片状硬组织修复材料相比，抗溃散 能力显著提高，可塑性良好，能够不受压片机模具的限制任意成型，并且在保证骨水泥力学 性能良好的条件下，可以通过改变固相粉末的配比（2:1-5:1)和液固比（0.7-1. 2ml/g)来 调节凝结时间、抗压强度，使其应用范围更广，如骨科、脑外科和颅颂面整形等。
[0030] (2)与市购的医药级柠檬酸钙制得的骨水泥相比，由自制的纳米级柠檬酸钙制得 的骨水泥强度大大提高，可塑性和抗溃散能力大大提高，且具有一定的粘度，这实现了纳米 级柠檬酸钙在生物材料方面的优越性能的应用。
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