本发明属于生物医用材料与生物医学工程领域。更确切的说，本发明涉及一种可注射骨修复材料及其制备方法。
技术背景
目前修复受力部位骨缺损使用的材料主要有聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)骨修复和合金材料，二者都具备很好的力学性能。但是pmma存在毒性单体的残留，无生物活性，不降解等缺点。金属弹性模量过高，在体内的磨损和腐蚀问题导致假体松动，同时还有腐蚀的重金属离子在体内的蓄积等问题。相反，磷酸钙类骨修复材料却具备良好生物相容性、促进再生功能和类天然骨成分。在过去几十年里，多种磷酸钙类骨修复材料的产品得到发展并广泛应用于骨骼修复和重建。但是这些产品普遍存在剪切和拉伸强度很低，尤其是韧性差，质地脆，抗屈服强度和抗冲击能力差，只能作为填充物在不受力部位或结合外固定使用，不适宜在负荷的部位使用，限制了其广泛应用。此外，磷酸钙类骨材料存在可降解性与强度之间的矛盾，多孔结构与强度之间的矛盾。而骨修复材料产品加工成致密的结构，不利于细胞的迁移长入和新骨的形成，也不利于移植物与周围组织结合固定，材料整体降解速度与新骨形成速度不能很好的匹配。另外，骨材料的粘结性得不到较好的改善。因此改善力学性能并提升材料孔隙率和粘结性有助于扩大磷酸钙类骨修复材料产品的使用范围。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供一种可注射骨修复材料，所述骨修复材料由粉体和固化液组成，所述固化液包括多糖-多巴胺接枝物、缓冲盐和水。
在一实施例中，所述多糖-多巴胺接枝物选自葡聚糖接枝多巴胺、琼脂糖接枝多巴胺、卡拉胶接枝多巴胺、壳聚糖接枝多巴胺、昆布多糖接枝多巴胺一种或几种，所述缓冲盐选自磷酸二氢钠和磷酸氢铵。
在一实施例中，所述粉体包括磷酸四钙(ttcp)和无水磷酸氢钙(dcpa)的混合物、β-磷酸三钙(β-tcp)和磷酸二氢钙(mpcm)的混合物、氧化镁、α-半水硫酸钙和氯化钴，所述磷酸四钙(ttcp)和无水磷酸氢钙(dcpa)的混合物的质量分数为0％～95％，所述磷酸四钙(ttcp)和所述无水磷酸氢钙(dcpa)的质量比为1:1，所述β-磷酸三钙(β-tcp)和磷酸二氢钙(mpcm)的混合物的质量分数为0％～95％，所述β-磷酸三钙(β-tcp)和所述磷酸二氢钙(mpcm)的质量比为3:2，所述α-半水硫酸钙的质量分数为0％～50％，所述氧化镁的质量分数为0％～30％，所述氯化钴的质量分数为0％～1％。
一种可注射骨修复材料的制备方法包括以下步骤：
将多巴胺水溶液与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(edc·hcl)进行反应，反应结束后加入羧基化多糖溶液，控制ph为5.0，之后透析冷冻干燥得到多糖-多巴胺接枝物；
将所述多糖-多巴胺接枝物、缓冲盐和水进行混合，制备固化液，所述固化液的质量分数为0.1％～5％；
将所述粉体与所述固化液混合，注入模具或者手动挤压揉捏成固定形状，10min内固化成型，得到可注射骨修复材料。
在一实施例中，所述羧基化多糖的制备方法包括：在多糖溶液中加入四甲基哌啶氧化物(tempo)和溴化钠，调节ph至5.0进行反应，然后加入次氯酸钠，反应过程中调节ph维持在10，再加入无水乙醇析出多糖材料，洗涤后旋转蒸发抽干得到粉末材料，将粉末溶解于水中，调节ph为7.0，透析袋透析3天后冷冻干燥得到羧基化多糖。
在一实施例中，所述可注射骨修复材料的制备方法还包括在所述粉体中加入玻璃纤维，所述玻璃纤维与所述粉体以1:100～1:4的比例混匀。
在一实施例中，所述玻璃纤维的制备方法包括：将正硅酸乙酯(teos)加到乙醇溶液中,调节ph至1.5后搅拌0.5～2h，然后加入磷酸三乙酯(tep)继续搅拌0.5～2h,继续加入硝酸钙搅拌0.5～2h,使正硅酸乙酯(teos)、磷酸三乙酯(tep)和硝酸钙的摩尔比为(60～80):(0～8):(40～12)，搅拌所述正硅酸乙酯(teos)、磷酸三乙酯(tep)和硝酸钙混合液挥发溶剂，当所述混合液粘度增加到4～5pa时倒入针孔注射器中，手动挤出混合液，干燥，放入马弗炉中700℃条件下保持24h后得到玻璃长纤维，将所述玻璃长纤维放入转速为5000～25000rpm的粉碎机粉碎10～60秒可以得到短纤维。
在一实施例中，所述玻璃纤维直径10～100μm，长度0.05～1mm，平均拉伸强度大于1000mpa。
在一实施例中，所述玻璃纤维的制备方法还包括将所述玻璃纤维置于多倍模拟体液中，放置1-14天后抽滤，洗涤烘干后得到矿化的玻璃纤维，所述矿化的玻璃纤维表面形成羟基磷灰石涂层。
在一实施例中，所述多倍模拟体液为三倍模拟体液，所述三倍模拟体液包括20.0-25.0g/l氯化钠(nacl)，0.8-1.2g/l碳酸氢钠(nahco3)，0.4-0.8g/l氯化钾(kcl)，0.4-0.8g/l磷酸氢二钾(k2hpo4·3h2o)，0.7-1.2g/l氯化镁(mgcl2·6h2o)，1.0mol/l氯化氢(hcl)，0.6-1.0g/l氯化钙(cacl2)，0.2-0.3g/l硫酸镁(na2so4)，16.0-20.0g/l三羟甲基氨基甲烷(tris)和水。
本发明通过在骨修复材料的固化液中添加多糖-多巴胺接枝物，从而增强骨水泥与组织、骨的亲和性和粘结性，并能促使粉体、液体混合后不溃散，可手动成型。另外，在生物活性玻璃纤维表面沉积一层羟基磷灰石涂层，可以与磷酸钙骨修复基体结合更紧密从而扩散力的传导，对其力学性能起到很大的增强作用，同时生物玻璃纤维可以优先梯度降解逐步成孔，以解决可降解性和多孔结构与强度之间的矛盾。
附图说明
图1为可注射骨修复材料的制备方法流程图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
本发明实施例提供一种可注射骨修复材料，所述骨修复材料由粉体和固化液组成，所述固化液包括多糖-多巴胺接枝物、缓冲盐和水。所述多糖-多巴胺接枝物选自葡聚糖接枝多巴胺、琼脂糖接枝多巴胺、卡拉胶接枝多巴胺、壳聚糖接枝多巴胺、昆布多糖接枝多巴胺一种或几种。在本实施例中，所述粉体在所述骨修复材料中的浓度为0.45mg/ml。添加所述多糖-多巴胺接枝材料可以增强骨水泥与组织、骨的亲和性和粘结性，并能促使粉体、液体混合后不溃散，固液混合后材料可塑性良好，可根据具体病灶手动揉搓成固定形状植入。
在本发明的实施例中，所述粉体包括磷酸四钙(ttcp)和无水磷酸氢钙(dcpa)的混合物、β-磷酸三钙(β-tcp)和磷酸二氢钙(mpcm)的混合物、氧化镁、α-半水硫酸钙和氯化钴，所述磷酸四钙(ttcp)和无水磷酸氢钙(dcpa)的混合物的质量分数为0％～95％，所述磷酸四钙(ttcp)和所述无水磷酸氢钙(dcpa)的质量比为1:1，所述β-磷酸三钙(β-tcp)和磷酸二氢钙(mpcm)的混合物的质量分数为0％～95％，所述β-磷酸三钙(β-tcp)和所述磷酸二氢钙(mpcm)的质量比为3:2，所述α-半水硫酸钙的质量分数为0％～50％，所述氧化镁的质量分数为0％～30％，所述氯化钴的质量分数为0％～1％。
所述氧化镁、所述氯化钴、所述α-半水硫酸钙、所述磷酸四钙(ttcp)和所述β-磷酸三钙(β-tcp)的颗粒直径1～10μm，dcpa和mpcm颗粒直径小于50μm。在所述骨修复材料中加入所述α-半水硫酸钙组分，该组分在人体中与生物活性玻璃可以优先降解，利于骨组织的生长；添加了所述氧化镁和所述氯化钴，该组分反应后在人体中具有促血管化、诱导骨生长的生物活性。
在本发明实施例中，所述缓冲盐选自磷酸二氢钠和磷酸氢铵。
本发明还提供一种如上述的可注射骨修复材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
s101：将多巴胺水溶液与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(edc·hcl)进行反应，反应结束后加入羧基化多糖溶液，控制ph为5.0，之后透析冷冻干燥得到多糖-多巴胺接枝物；
s102：将所述多糖-多巴胺接枝物、缓冲盐和水进行混合，制备固化液，所述固化液的质量分数为0.1％～5％；
s103：将所述粉体与所述固化液混合，注入模具或者手动挤压揉捏成固定形状，10min内固化成型，得到可注射骨修复材料。
在步骤s101中的所述羧基化多糖的制备方法包括：在多糖溶液中加入四甲基哌啶氧化物(tempo)和溴化钠，调节ph至5.0进行反应，然后加入次氯酸钠，反应过程中调节ph维持在10，再加入无水乙醇析出多糖材料，洗涤后旋转蒸发抽干得到粉末材料，将粉末溶解于水中，调节ph为7.0，透析袋透析3天后冷冻干燥得到羧基化多糖。
在本发明的实施例中，所述可注射骨修复材料的制备方法还包括在所述粉体中加入玻璃纤维，所述玻璃纤维与所述粉体以1:100～1:4的比例混匀。所述添加的玻璃纤维材料为可降解型生物活性玻璃纤维，该纤维在体内环境下具有生物活性和可降解性。
所述玻璃纤维的制备方法包括：将正硅酸乙酯(teos)加到乙醇溶液中，调节ph至1.5后搅拌0.5～2h，然后加入磷酸三乙酯(tep)继续搅拌0.5～2h，继续加入硝酸钙搅拌0.5～2h，使正硅酸乙酯(teos)、磷酸三乙酯(tep)和硝酸钙的摩尔比为(60～80):(0～8):(40～12)，搅拌所述正硅酸乙酯(teos)、磷酸三乙酯(tep)和硝酸钙混合液挥发溶剂，当所述混合液粘度增加到4～5pa时倒入针孔注射器中，手动挤出混合液，干燥，放入马弗炉中700℃条件下保持24h后得到玻璃长纤维，将所述玻璃长纤维放入转速为5000～25000rpm的粉碎机粉碎10～60秒可以得到短纤维。所述玻璃纤维直径为10～100μm，长度为0.05～1mm，使所述骨修复材料具有可注射性，所述玻璃纤维的平均拉伸强度大于1000mpa。
所述玻璃纤维的制备方法还包括将所述玻璃纤维置于多倍模拟体液中，放置1-14天后抽滤，洗涤烘干后得到矿化的玻璃纤维，所述矿化的玻璃纤维表面形成羟基磷灰石涂层，从而与磷酸钙骨水泥复合后具有更好的界面作用，并且对所述骨水泥起到力学性能增强和梯度称孔的能力，更加利于生物组织的长入。
在本发明的实施例中，所述多倍模拟体液为三倍模拟体液，所述三倍模拟体液包括20.0-25.0g/l氯化钠(nacl)，0.8-1.2g/l碳酸氢钠(nahco3)，0.4-0.8g/l氯化钾(kcl)，0.4-0.8g/l磷酸氢二钾(k2hpo4·3h2o)，0.7-1.2g/l氯化镁(mgcl2·6h2o)，1.0mol/l氯化氢(hcl)，0.6-1.0g/l氯化钙(cacl2)，0.2-0.3g/l硫酸镁(na2so4)，16.0-20.0g/l三羟甲基氨基甲烷(tris)和水。
在本发明的实施例中，所述骨修复材料用于骨缺损部位的填充修复，促进骨缺损创伤的愈合。
在本发明的实施例中，所述可注射骨修复材料24h后抗压强度大于100mpa。
实施例1
配制0.5％的琼脂糖溶液500ml，加入0.02g四甲基哌啶氧化物(tempo)和0.4g溴化钠，用氢氧化钠调节ph至5.0反应1小时后加入4ml10％次氯酸钠，反应过程中用1mol/l氢氧化钠调节ph维持在10，反应4小时。加入过量无水乙醇析出多糖材料，再用乙醇、丙酮洗涤2次后旋转蒸发抽干得到粉末材料，将粉末溶解于水中，用盐酸滴定至ph为7.0。透析袋透析3天后冷冻干燥得到羧基化琼脂糖；
配置5mg/ml的多巴胺水溶液，加入1mg/ml的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(edc·hcl)在4摄氏度条件下反应一段时间，反应结束后加入3mg/ml羧基化琼脂糖溶液，控制ph为5.0，室温反应24小时，之后室温(通常为18-25℃)透析4天，冷冻干燥既得到琼脂糖-多巴胺接枝物；
配制浓度为1％的琼脂糖接枝多巴胺溶液和0.5％磷酸二氢钠为固化液；
15ml的正硅酸乙酯(teos)加到100ml75％的乙醇溶液中，盐酸(hcl)调节ph至1.5后室温(通常为18-25℃)搅拌1h，然后加入1ml的磷酸三乙酯(tep)继续搅拌1h，继续加入5g硝酸钙搅拌1h。混合液在20℃下以50rpm的速度搅拌挥发溶剂，当其粘度增加到4～5pa时倒入针孔注射器中，手动挤出混合液，70℃下干燥24h，马弗炉700℃保持24h后自然冷却得到可降解生物玻璃长纤维，将制得的玻璃纤维放入转速5000rpm的粉碎机粉碎30秒可以得到直径10～100μm，长度0.05～1mm的纤维；
称取5g生物玻璃纤维浸泡在3倍模拟体液(配方如上所述)中，24h后抽滤洗涤，得到矿化后的生物活性玻璃纤维；
选取质量分数95％的磷酸四钙(ttcp)和无水磷酸氢钙(dcpa)(ttcp：dcpa＝1:1)的混合物、质量分数4.5％α-半水硫酸钙、质量分数0.5％氯化钴混合粉体为骨水泥原料，研磨备用；
将矿化玻璃纤维与粉体以1:4的比例混匀，以0.45mg/ml的比例将混合粉体与固化液混合，10min内注入模具中固化成型。即得到生物活性玻璃纤维增强型磷酸钙骨修复材料。
实施例2
配制1％的葡聚糖溶液400ml，加入0.01g四甲基哌啶氧化物(tempo)和0.35g溴化钠，用氢氧化钠调节ph至5.0反应1小时后加入5ml10％次氯酸钠，反应过程中用1mol/l氢氧化钠调节ph维持在10，反应4小时。加入过量无水乙醇析出多糖材料，再用乙醇、丙酮洗涤2次后旋转蒸发抽干得到粉末材料，将粉末溶解于水中，用盐酸滴定至ph为7.0。透析袋透析3天后冷冻干燥得到羧基化葡聚糖；
配置4mg/ml的多巴胺水溶液，加入0.8mg/ml的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(edc·hcl)在4摄氏度条件下反应一段时间，反应结束后加入5mg/ml羧基化葡聚糖溶液，控制ph为5.0，室温(通常为18-25℃)反应24小时，之后室温透析4天，冷冻干燥既得到葡聚糖-多巴胺接枝物；
配制浓度为3％的葡聚糖接枝多巴胺溶液和1％磷酸氢铵为固化液；
10ml的正硅酸乙酯(teos)加到100ml75％的乙醇溶液中，盐酸(hcl)调节ph至1.5后室温(通常为18-25℃)搅拌1h，然后加入1.5ml的磷酸三乙酯(tep)继续搅拌1h，继续加入5g硝酸钙搅拌1h。混合液在20℃下以50rpm的速度搅拌挥发溶剂，当其粘度增加到4～5pa时倒入针孔注射器中，手动挤出混合液，70℃下干燥24h，马弗炉700℃保持24h后自然冷却得到可降解生物玻璃长纤维，将制得的玻璃纤维放入转速10000rpm的粉碎机粉碎30秒可以得到直径10～100μm，长度0.05～1mm的纤维；
称取5g生物玻璃纤维浸泡在3倍模拟体液(配方如上所述)中，24h后抽滤洗涤，得到矿化后的生物活性玻璃纤维；
选取质量分数45％的磷酸四钙(ttcp)和无水磷酸氢钙(dcpa)(ttcp：dcpa＝1:1)的混合物、质量分数45％的β-磷酸三钙(β-tcp)和磷酸二氢钙(mpcm)(β-tcp：mpcm＝3:2)的混合物、质量分数10％α-半水硫酸钙混合粉体为骨水泥原料，研磨备用；
将矿化玻璃纤维与粉体以1:5的比例混匀，以0.45mg/ml的比例将混合粉体与固化液混合，10min内注入模具中固化成型。即得到生物活性玻璃纤维增强型磷酸钙骨修复材料。
实施例3
配制1％的卡拉胶溶液500ml，加入0.02g四甲基哌啶氧化物(tempo)和0.8g溴化钠，用氢氧化钠调节ph至5.0反应1小时后加入8ml10％次氯酸钠，反应过程中用1mol/l氢氧化钠调节ph维持在10，反应4小时。加入过量无水乙醇析出多糖材料，再用乙醇、丙酮洗涤2次后旋转蒸发抽干得到粉末材料，将粉末溶解于水中，用盐酸滴定至ph为7.0。透析袋透析3天后冷冻干燥得到羧基化多糖；
配置5mg/ml的多巴胺水溶液，加入2mg/ml的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(edc·hcl)在4摄氏度条件下反应一段时间，反应结束后加入6mg/ml羧基化卡拉胶溶液，控制ph为5.0，室温反应24小时，之后室温(通常为18-25℃)透析4天，冷冻干燥既得到卡拉胶-多巴胺接枝物；
配制浓度为5％的卡拉胶接枝多巴胺溶液和3％磷酸二氢钠为固化液；
20ml的正硅酸乙酯(teos)加到100ml75％的乙醇溶液中，盐酸(hcl)调节ph至1.5后室温(通常为18-25℃)搅拌1h，然后加入7g硝酸钙搅拌1h。混合液在20℃下以50rpm的速度搅拌挥发溶剂，当其粘度增加到4～5pa时倒入针孔注射器中，手动挤出混合液，70℃下干燥24h，马弗炉700℃保持24h后自然冷却得到可降解生物玻璃长纤维，将制得的玻璃纤维放入转速20000rpm的粉碎机粉碎30秒可以得到直径10～100μm，长度0.05～1mm的纤维；
称取5g生物玻璃纤维浸泡在3倍模拟体液(配方如上所述)中，24h后抽滤洗涤，得到矿化后的生物活性玻璃纤维；
选取质量分数10％的磷酸四钙(ttcp)和无水磷酸氢钙(dcpa)(ttcp：dcpa＝1:1)的混合物、质量分数60％的β-磷酸三钙(β-tcp)和磷酸二氢钙(mpcm)(β-tcp：mpcm＝3:2)的混合物、质量分数30％α-半水硫酸钙混合粉体为骨水泥原料，研磨备用；
将矿化玻璃纤维与粉体以1:10的比例混匀，以0.45mg/ml的比例将混合粉体与固化液混合，10min内注入模具中固化成型。即得到生物活性玻璃纤维增强型磷酸钙骨修复材料。