一种含红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥及其制备方法和应用

1.本发明涉及骨组织工程修复医用材料技术领域，特别涉及一种含红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的制备方法及其应用。


背景技术：

2.骨缺损(bone defect)指的是骨结构的完整性被破坏的情况。临床上骨缺损的常见病因包括高能量创伤、治疗骨肿瘤或骨感染等病理性疾病、先天性假关节及骨折不愈合等引起的骨质切除、骨溶解、骨坏死，从而造成的骨缺损、骨不连等骨科临床常见问题仍是现今骨科领域的挑战。在骨缺损及骨折修复材料中，除自体骨外，其他材料尚无法同时具备良好的生物相容性、骨形成、骨传导和骨诱导等性能。自体骨移植供量有限，术中取骨易诱引并发症；同种异体骨易诱发免疫反应；以多孔性生物相容的骨支架材料为基础的组织工程方法为骨缺损等骨性疾病的临床治疗提供了一种有潜力的治疗途径。将支架材料所必须的基本性能，生物相容性、成骨活性、机械性等最佳结合是骨修复材料的研究热点，也是寻找替代自体骨移植方法的方向。
3.理想的骨支架修复材料需具备：(1)生物相容性，避免宿主免疫反应；(2)降解性，生物吸收性、无毒性、细胞粘附性，材料在体内降解最终被自身骨替代，充当新骨形成的支架；(3)适当的表面性质和孔隙度，模拟生物骨组织的成分、结构及性能利于物质交换或者药物递送。(4)骨诱导和骨传导等生物特性，促进细胞迁移，诱导邻近组织间充质细胞分化为成骨细胞，促进骨再生和与宿主的整合。当前市场上人工骨主要是磷酸钙、硫酸钙、人工高分子复合材料类。此类材料比同、异种骨具有良好的相容性、吸收性、降解性、传导性及无抗原与传播疾病的风险性，市场潜力巨大。
4.磷酸钙是目前最常见的人工骨替代品，磷酸钙与人体骨骼无机物成分相似。磷酸钙材料主要成分是羟基磷灰石，诱导骨生长，促进新骨生成，具有良好的生物相容性。相比之下，在承重受力方面是其缺陷，材料植入后的降解性和承重强度限制了其广泛应用，因此为改进材料，研究者将高分子化合物加入来改善其降解性，但是同时降低了其骨传导能力，研究者通过在材料中添加壳聚糖来提高其降解性，但是在提高降解性和成骨能力的同时，其力学性能却降低了。总之，种种改良方法很难同时满足支架所需要的具有承重能力的力学性能、合适的降解性促进被周围组织吸收并产生骨组织再生、骨诱导和骨传导特性诱导邻近组织间充质细胞分化为成骨细胞、良好的生物相容性促进成骨分化等特性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服目前临床上骨缺损、牙缺损治疗及修复支架组织工程材料的技术缺点与不足，提高磷酸钙骨水泥的机械性能，增强材料的骨传导和骨诱导能力，将红芪多糖等物质加入到材料中以促进成骨细胞分化，实现增强支架的成骨特性和促进骨缺损、牙缺损愈合的能力。
6.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
7.一种负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥，在普通磷酸钙骨水泥的基础上，添加成分进行优化，将红芪多糖负载其上；所述普通磷酸钙骨水泥由固相成分和液相成分组成；所述的液相成分为0.4-0.6mol/l的磷酸氢二钾溶液；液固比为0.6-1.5ml/g。
8.优选地，所述的普通磷酸钙骨水泥的固相成分由以下成分及比例组成：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1。
9.本发明所设计的磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1，此钙磷比接近人正常骨骼中的钙磷比值，是有利于骨愈合的合适比例。
10.优选地，在普通磷酸钙骨水泥的基础上，所述固相成分中添加8-12％二氧化锆和10-40％玉米淀粉；
11.作为进一步优选，所述骨水泥的固相成分中添加重量百分比为10-12％的二氧化锆；
12.作为进一步优选，所述骨水泥的固相成分中添加重量百分比为20-30％的玉米淀粉。
13.优选地，在普通磷酸钙骨水泥的基础上，所述液相成分中添加质量分数为1-10％的柠檬酸溶液；
14.作为进一步优选，所述液相成分中添加质量分数为5％的柠檬酸溶液。
15.优选地，以每克复合增强型磷酸钙骨水泥含有2-10mg红芪多糖的比例将红芪多糖添加到骨水泥中；
16.作为进一步优选，每克复合增强型磷酸钙骨水泥含有6-8mg红芪多糖。
17.本发明对于红芪多糖的制备方法没有要求，只要能够制备得到红芪多糖就可以应用于本发明。红芪多糖可以使用现有技术中的常用方法进行制备。比如参考专利cn201810560882.5，“一种红芪多糖修饰方法及修饰的红芪多糖的应用”中实施例20的方法进行制备，制备方法为：
18.(1)红芪药材，洗净后，粉碎过80目筛，用7倍量的乙酸乙酯和90％乙醇各脱脂5次，1.5h/次，干燥。
19.(2)称取脱脂的红芪干粉1.0g，加入20ml自来水，再加柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液调节ph＝5，用复合酶进行酶解，复合酶的添加量为红芪质量的2.0％，酶解温度为50℃，酶解时间为4h，酶解后不需要灭活；复合酶由纤维素酶和木瓜蛋白酶组成，两者的质量比为1:3。
20.(3)经复合酶酶解后，进行超声，超声温度50℃，超声功率80w，超声时间30min，超声处理2次，离心，滤液浓缩至滤液体积的1/3，加乙醇使乙醇体积浓度达到50％，4℃静置过夜，离心，分别收集上清液和沉淀，将沉淀真空冷冻干燥，得hps-50。上清液中再加乙醇使乙醇体积浓度达到85％，4℃静置过夜，离心，收集沉淀，将沉淀真空冷冻干燥，得hps-80。
21.将上述制备的hps-50或hps-80以每克复合增强型磷酸钙骨水泥含有2-10mg红芪多糖的比例添加到骨水泥中。
22.本发明还提供上述的负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的制备方法，包括以下步骤：首先，将所述的复合增强型磷酸钙骨水泥的固相成分混匀；然后，按照0.6-1.5ml/g的液固比将固相成分与液相成分置于80-95℃恒温水浴锅中不断搅拌进行糊化,塑形后待固化即可。
23.优选地，将定量的红芪多糖溶解在骨水泥的液相中，3-5℃放置23-25h，将骨水泥的固相成分混合，按照液固比为0.6-1.5ml/g的比例混合均匀，塑形后待固化即可。
24.所述的负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥作为骨和牙缺损修复、骨折修复、骨质疏松改善医用材料。其应用方法为：按照液固比为0.6-1.5ml/g的比例将负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的固相和液相混合均匀，糊化调制成牙膏稍稀状的糊化物，按照需要的尺寸，使用注射器注入相应尺寸的模具中塑形，推出后在恒温恒湿箱中以温度37℃、湿度60％的条件固化72小时，121℃高压灭菌30分钟，60℃烘箱烘干24小时，进行骨缺损植入。或者在洁净空间下，按照液固比为0.6-1.5ml/g的比例将负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的固相和液相混合均匀，糊化调制成牙膏状态涂抹于缺损的骨头上或牙齿上，待固化即可。
25.本发明还提供红芪多糖的应用，所述的应用为在制备提升抗压性能、促进成骨分化、促进骨再生和骨愈合能力的复合增强型磷酸钙骨水泥中的应用。
26.本发明在普通磷酸钙骨水泥的基础上，在骨水泥的固相中添加二氧化锆和玉米淀粉，创新性地利用了玉米淀粉的糊化作用、成键特性及其与钙离子、磷离子结合的特性和功能，加上在液相中添加的柠檬酸辅助作用，同时利用骨水泥的降解传递作用，将负载其上的红芪多糖缓慢释放在病灶处及其周围组织中，发挥骨支架负重能力支撑和药物缓慢释放的双重作用，显著提高了载药骨水泥的机械性能和促进骨分化、骨传导、骨诱导和治疗骨缺损、骨折的临床价值，具有确切的医用临床价值和广阔的应用前景。
27.与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
28.1、本发明利用二氧化锆和玉米淀粉的成键特性及其与钙离子、磷离子结合的功能，以及玉米淀粉的糊化作用，柠檬酸的辅助作用，成功地运用到磷酸钙骨水泥中，并创新地将中药提取物红芪多糖负载到复合增强型磷酸钙骨水泥上，在强化力学性能的同时，优化其理化性质，并成功地将中药提取物红芪多糖的生物相容性和成骨特性结合到一起，发挥出理想骨缺损支架医用修复材料所需要的力学性能强度和促进新骨生成的优势。
29.2、经试验测试，本发明中二氧化锆、玉米淀粉的加入，不改变原磷酸钙骨水泥的自行固化特性，并且不影响固化后水化产物的组成，经过扫描电镜观察，其水化成分仍是羟基磷灰石。
30.3、本发明负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥是良好的骨修复医用材料支架，具有优良的生物医学性能和显著的成骨特性，在治疗骨缺损等骨性疾病方面临床应用潜力巨大。
31.4、本发明将骨修复支架和中药提取物结合在一起，在骨修复支架材料磷酸钙骨水泥中负载红芪多糖，在增强其负重能力的同时，将骨水泥的缓慢降解和药物的缓慢释放相结合，考虑骨修复过程的时间长，缓慢成骨特性，负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥缓慢降解，释放红芪多糖促进成骨，利于骨缺损、骨折的修复。
32.5、本发明所使用的玉米淀粉成本低廉，所使用的固相和液相成分与其他高分子材料相比，具有成本低、可再生、可生物降解等优势，具有良好的社会效益和经济效益。
附图说明
33.图1为本发明中筛选实验中各组实验(具有代表性的实验2、6、10、15、20)的傅里叶
红外光谱图(a)和x衍射图谱(b)，其中，s、zro2、hap分别代表玉米淀粉、二氧化锆、羟基磷灰石。
34.图2为本发明中实施例1-6和实施例10、11、15、16的傅里叶红外光谱图(a)和x衍射图谱(b)，其中，s、zro2、dcpd、tcp、hap分别代表玉米淀粉、二氧化锆、磷酸氢钙二水、磷酸三钙和羟基磷灰石。
35.图3为本发明的扫描电镜图。(a)组为普通磷酸钙骨水泥，实验序号为2；(b)组为包含20％淀粉组骨水泥，实验序号为15；(c)组为复合增强型磷酸钙骨水泥，实验序号为20，为实施例6中制备的骨水泥；(d)组为实施例12中制备的负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥。
36.图4为本发明中各骨水泥组动物测试x光片图(分别在术后3天，2周后和8周后拍摄)。(a)空白对照组，即术后造模未植入和涂抹骨水泥材料组；(b)兔股骨植入实验组，为实施例19中负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥固化后材料组；(c)兔股骨涂抹实验组，为实施例20中负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥调配后立即涂抹材料组。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
38.本发明中具体实验和实施实例中所使用的磷酸三钙、磷酸氢钙二水、羟基磷灰石、二氧化锆、玉米淀粉均为市售纯原料，并均过80目筛。
39.制备后的骨水泥进行抗压强度测试，以筛选骨水泥是否符合其骨骼负重要求。骨水泥抗压强度测试的方法和步骤为：固化后的骨水泥(直径为9毫米，高度为12毫米的圆柱形)样本，使用游标卡尺测量直径d0和高度h0。将骨水泥试样放置在万能材料试验机的夹具上，测试其抗压强度。加载速度为0.5毫米/分钟，每个样品重复3次，计算其平均值和标准偏差。
40.一、原料比对普通磷酸钙骨水泥的影响
41.本发明选用磷酸三钙、磷酸氢钙二水、羟基磷灰石作为制备普通磷酸钙骨水泥的固相成分，并对其比例进行优化。设置普通磷酸钙骨水泥的质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝7:1:1，8:1:1，9:1:1，探索原料比对普通磷酸钙骨水泥抗压强度的影响。其液相成分由0.5mol/l的磷酸氢二钾组成，液固比经过调试确定为0.7ml/g，此时骨水泥状态符合牙膏稍稀状态的要求。
42.制备上述骨水泥的方法和步骤为：骨水泥的固相成分混匀，并按照液固比0.7ml/g与液相成分混合，在恒温磁力搅拌器中不断搅拌，温度设为37℃，直至骨水泥材料呈现比牙膏稍稀状态后，迅速倒入注射器，注入模具(比如直径为9毫米，高度为12毫米的圆柱型模具；直径为5毫米，高度为3毫米的的圆柱型模具；直径为5毫米，高度为5毫米的的圆柱型模具；可根据要求使用不同的模具)中塑形，推出后，在恒温恒湿箱(设置条件为：温度为37℃，湿度为60％)中固化72小时，并在60℃烘箱中干燥24小时，保存备用。
43.制备固化后的骨水泥，进行抗压强度测试。
44.表1原料比对普通磷酸钙骨水泥抗压强度的影响
[0045][0046]
注：实验1，2，3普通磷酸钙骨水泥的配方为：固相成分为：磷酸三钙、磷酸氢钙二水和羟基磷灰石，三者的质量比见表1，液相成分为0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液，液固比为0.7ml/g。
[0047]
结果表明，磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石的质量比例为8:1:1时，抗压强度比7:1:1和9:1:1强。后续实验中，均采用磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石的质量比例为8:1:1。
[0048]
二、二氧化锆(zro2)对磷酸钙骨水泥的影响
[0049]
表2二氧化锆添加量对磷酸钙骨水泥抗压强度的影响
[0050][0051][0052]
注：实验4-8骨水泥的配方为：固相成分为磷酸三钙、磷酸氢钙二水、羟基磷灰石、二氧化锆，液相成分为0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液，液固比为0.7ml/g；其中，磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石的质量比例为8:1:1，二氧化锆在固相成分中的添加量见表2。
[0053]
结果表明，添加质量百分比8-12％二氧化锆是比较合适的。普通磷酸钙骨水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)，其抗压强度仅为5.25
±
0.02mpa，实验4-8中二氧化锆的质量百分比含量分别为6％、8％、10％、12％、14％，其抗压强度相比较于对照组均有增强，二氧化锆本身是作为骨水泥的造影剂作用，也有部分提升抗压强度的作用，但是在二氧化锆质量百分比为8-12％时，抗压强度变化明显，将二氧化锆的添加量从6％-14％优化为8-12％，其中，以添加10％和12％二氧化锆时抗压强度变化最为显著，在后续的实验中，均采用添加质量百分比含量为10％的二氧化锆。
[0054]
二、糊化温度对磷酸钙骨水泥的影响
[0055]
添加玉米淀粉形成网络结构，同时分散红芪多糖，用以增强骨水泥的抗压强度和成骨特性。由于添加成分中的玉米淀粉需要糊化，需要先确定糊化温度，才能对淀粉添加量进行优化，因此，用添加玉米淀粉量为5％时，设置不同糊化温度以优化。查询文献，此时的液固比为0.9ml/g是合适的。玉米淀粉糊化温度设置为75℃、80℃、95℃、100℃。
[0056]
表3温度对磷酸钙骨水泥抗压强度的影响
[0057][0058][0059]
注：实验9-12骨水泥的配方为：固相成分为磷酸三钙、磷酸氢钙二水、羟基磷灰石、二氧化锆和玉米淀粉；液相成分为0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液，液固比为0.9ml/g。
[0060]
其中，在固相成分中，磷酸三钙、磷酸氢钙二水和羟基磷灰石三者的添加量之和为85％，二氧化锆添加量为10％，玉米淀粉的添加量为5％；磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石三者的质量比例为8:1:1。
[0061]
结果表明，实验中的温度设置为75℃、80℃、95℃、100℃，其抗压强度分别为6.15
±
0.08mpa，9.13
±
0.06mpa，9.15
±
0.07mpa，9.05
±
0.10mpa，75℃的制备温度得到的骨水泥抗压强度较低，其抗压强度仅为6.15
±
0.08mpa，推测是由于此温度未达到玉米淀粉的糊化温度所致。温度过高可能会导致骨水泥液相成分的蒸发，100℃时骨水泥的抗压强度下降推测是由于温度过高导致骨水泥液相蒸发损失的原因。玉米淀粉糊化温度至少为80℃，才能够满足玉米淀粉的糊化要求，其抗压强度为9.13
±
0.06mpa，95℃也是合适的糊化温度，因此，糊化温度为80-95℃作为优选。80℃已经满足其糊化要求，因此后续实验均采用80℃进行糊化。
[0062]
三、玉米淀粉添加量对磷酸钙骨水泥的影响
[0063]
糊化温度统一设置为80℃，添加不同的玉米淀粉量考察骨水泥的抗压强度。
[0064]
表4玉米淀粉添加量对磷酸钙骨水泥抗压强度的影响
[0065][0066]
注：实验13-18骨水泥的配方为：固相成分为磷酸三钙、磷酸氢钙二水、羟基磷灰石、二氧化锆和玉米淀粉；液相成分为0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液。
[0067]
其中，在固相成分中，二氧化锆添加量为10％，磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石的质量比例为8:1:1，玉米淀粉的糊化温度为80℃，液固比和玉米淀粉添加量见表4。
[0068]
结果表明，玉米淀粉添加量为10-40％是比较合适的，但是较优应该为20％和30％的玉米淀粉添加量。实验中，将骨水泥固相中5-50％的玉米淀粉进一步优化为10-40％，尤其以20-30％为最佳，抗压强度增强到24.16
±
0.75mpa到27.09
±
0.40mpa之间。在磷酸钙骨水泥水化的过程中，由于玉米淀粉的糊化作用形成在其内部结构中形成网络结构，有效地
提高了复合增强型磷酸钙骨水泥的抗压强度。
[0069]
四、柠檬酸对磷酸钙骨水泥的影响
[0070]
分别选用玉米淀粉添加量20％和30％情况下，对骨水泥液相成分中的柠檬酸含量进行优化。
[0071]
表5柠檬酸含量对磷酸钙骨水泥抗压强度的影响
[0072][0073]
注：实验19-26骨水泥的配方为：固相成分为磷酸三钙、磷酸氢钙二水、羟基磷灰石、二氧化锆和玉米淀粉；液相成分为0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和一定质量百分含量的柠檬酸溶液。
[0074]
其中，在固相成分中，二氧化锆添加量为10％，磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石的质量比例为8:1:1，玉米淀粉的糊化温度为80℃，液固比、玉米淀粉添加量和柠檬酸含量见表5。
[0075]
结果表明，玉米淀粉含量分别为20％和30％，对液相成分中添加的柠檬酸含量优化，在玉米淀粉添加量为20％，柠檬酸含量为5％时，骨水泥的抗压强度最高，为28.96
±
0.03mpa。可以作为负载红芪多糖的最优材料。但是，在淀粉含量为20％和30％时，当液相中柠檬酸含量为1-10％时，可满足增强抗压强度的要求，以5％为最佳。
[0076]
同时，分别选取原料比、二氧化锆含量、糊化温度、玉米淀粉含量、液相中柠檬酸含量的优选条件下制备的骨水泥，即实验序号为2、6、10、15、20中制备的骨水泥进行傅里叶红外和x衍射等理化性质的检测。并对其各组优化骨水泥进行体外降解测试。
[0077]
所述骨水泥傅里叶红外、x衍射、扫描电镜等理化性能检测的方法和步骤为：压缩试验后分别取0.5g粉末，研磨，压片，置于傅里叶变换红外光谱仪上在400-4000cm-1范围内采集骨水泥样品的红外光谱，用以研究固结前后功能基团的变化。另取适量样本粉末，x射线衍射仪采用旋转靶，管压40kv，管流100ma，2θ从10
°
到60
°
连续扫描，扫描速率为10
°
/分钟，利用x射线衍射分析其对晶体结构和晶粒尺寸的影响。另将骨水泥样本固定在铜平台上，喷金，用扫描电镜观察骨水泥样本的孔径和结构。
[0078]
所述骨水泥体外降解测试的方法和步骤为：使用模拟体液hbss缓冲液考察骨水泥(直径为5毫米，高度为3毫米的的圆柱形)在体外2、4、6、8周的降解情况，置于37℃，30rpm的恒温摇床上，分别记录各个时期的骨水泥重量，计算失重率。
[0079]
检测结果见图1、图3和表6。
[0080]
表6各组优化骨水泥体外降解测试结果
[0081][0082][0083]
骨水泥具有一定的降解性，一般要求4周时骨水泥生物材料的降解率约在5-30％左右。由表6可知，各优化骨水泥组的降解性是合适的。
[0084]
图1为本发明中筛选实验中各组实验(具有代表性的实验2、6、10、15、20)的傅里叶红外光谱图(a)和x衍射图谱(b)，其中，s、zro2、hap分别代表玉米淀粉、二氧化锆、羟基磷灰石。
[0085]
由图1a的傅立叶红外测试结果可知，在3400cm-1
左右处，实验6的-oh峰比实验2明显，是由于添加了二氧化锆。实验10、15、20在此处变得更趋明显，是在实验6的基础上添加了玉米淀粉和柠檬酸。由此可见，在优化条件下，骨水泥固化过程中有更多的成分转化生成羟基磷灰石，此成分与人体骨的成分相似。由图1b的x衍射图谱可知，实验10作为优选条件下的骨水泥，与实验6和实验2相比较，其衍射峰峰高强度明显变低，同时峰宽变窄，说明实验10中得到的骨水泥样品中的晶粒较小，这与在淀粉糊化作用下形成网络级结构的推断是一致的。实验2、15、20的扫描电镜图见图3a、图3b和图3c。
[0086]
在优化实验中，复合增强型磷酸钙骨水泥的固相由48-82％的普通磷酸钙骨水泥(质量比例为：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)、8-12％二氧化锆、10-40％玉米淀粉组成，液相由0.4-0.6mol/l的磷酸氢二钾和1-10％的柠檬酸组成。其中，复合增强型磷酸钙骨水泥的最优条件为：固相为70％的普通磷酸钙骨水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)与10％的二氧化锆、20％的玉米淀粉，液相为0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和质量分数5％的柠檬酸溶液，此时抗压强度为28.96
±
0.03mpa。因此，此最优条件下的复合增强型磷酸钙骨水泥用于负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的制备中。
[0087]
实施例1
[0088]
一种复合增强型磷酸钙骨水泥，其由固相：82％的普通磷酸钙骨水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)与8％的二氧化锆、10％的玉米淀粉，液相：0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和质量分数1％的柠檬酸溶液组成。
[0089]
制备上述复合增强型磷酸钙骨水泥的方法和步骤为：骨水泥的固相成分混匀，并按照液固比1ml/g与液相混合，在恒温磁力搅拌器中不断搅拌，温度设为80℃进行淀粉的糊
化，直至骨水泥材料呈现比牙膏稍稀状态后，迅速倒入注射器，注入模具(直径为9毫米，高度为12毫米的圆柱型模具；直径为5毫米，高度为3毫米的的圆柱型模具；直径为5毫米，高度为5毫米的的圆柱型模具；可根据要求使用不同的模具)中塑形，推出后，在恒温恒湿箱(设置条件为：温度为37℃，湿度为60％)中固化72小时，并在60℃烘箱中干燥24小时，保存备用。
[0090]
其最大载荷为697.04
±
15.09n，抗压强度为14.05
±
0.10mpa。
[0091]
实施例2
[0092]
一种复合增强型磷酸钙骨水泥，其由固相：72％的普通磷酸钙骨水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)与8％的二氧化锆、20％的玉米淀粉，液相：0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和质量分数1％的柠檬酸溶液组成。
[0093]
制备上述复合增强型磷酸钙骨水泥的方法和步骤为：骨水泥的固相成分混匀，并按照液固比1.1ml/g与液相混合，其余步骤同实施例1。
[0094]
其最大载荷为823.57
±
31.54n，抗压强度为23.09
±
1.34mpa。
[0095]
实施例3
[0096]
一种复合增强型磷酸钙骨水泥，其由固相：70％的普通磷酸钙骨水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)与10％的二氧化锆、20％的玉米淀粉，液相：0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和质量分数1％的柠檬酸溶液组成。
[0097]
制备上述复合增强型磷酸钙骨水泥的方法和步骤为：同实施例2。
[0098]
其最大载荷为850.31
±
28.18n，抗压强度为24.32
±
0.98mpa。
[0099]
实施例4
[0100]
一种复合增强型磷酸钙骨水泥，其由固相：68％的普通磷酸钙骨水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)与12％的二氧化锆、20％的玉米淀粉，液相：0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和质量分数1％的柠檬酸溶液组成。
[0101]
制备上述复合增强型磷酸钙骨水泥的方法和步骤为：同实施例2。
[0102]
其最大载荷为861.45
±
34.16n，抗压强度为24.39
±
0.79mpa。
[0103]
实施例5
[0104]
一种复合增强型磷酸钙骨水泥，其由固相：70％的普通磷酸钙骨水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)与10％的二氧化锆、20％的玉米淀粉，液相：0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和质量分数1％的柠檬酸溶液组成。
[0105]
制备上述复合增强型磷酸钙骨水泥的方法和步骤为：骨水泥的固相成分混匀，并按照液固比1.1ml/g与液相混合，在恒温磁力搅拌器中不断搅拌，温度设为95℃进行淀粉的糊化，其余步骤同实施例1。
[0106]
其最大载荷为850.27
±
25.17n，抗压强度为24.12
±
0.69mpa。
[0107]
实施例6
[0108]
一种复合增强型磷酸钙骨水泥，其由固相：70％的普通磷酸钙骨水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)与10％的二氧化锆、20％的玉米淀粉，液相：0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和质量分数5％的柠檬酸溶液组成。
[0109]
制备上述复合增强型磷酸钙骨水泥的方法和步骤为：同实施例2。
[0110]
其最大载荷为1710.53
±
64.61n，抗压强度为28.96
±
0.03mpa。
[0111]
实施例7
[0112]
一种复合增强型磷酸钙骨水泥，其由固相：70％的普通磷酸钙骨水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)与10％的二氧化锆、20％的玉米淀粉，液相：0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和质量分数10％的柠檬酸溶液组成。
[0113]
制备上述复合增强型磷酸钙骨水泥的方法和步骤为：同实施例2。
[0114]
其最大载荷为598.97
±
10.67n，抗压强度为10.28
±
0.27mpa。
[0115]
实施例8
[0116]
一种复合增强型磷酸钙骨水泥，其由固相：60％的普通磷酸钙骨水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)与10％的二氧化锆、30％的玉米淀粉，液相：0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和质量分数5％的柠檬酸溶液组成。
[0117]
制备上述复合增强型磷酸钙骨水泥的方法和步骤为：骨水泥的固相成分混匀，并按照液固比1.2ml/g与液相混合，其余步骤同实施例1。
[0118]
其最大载荷为831.13
±
21.45n，抗压强度为21.29
±
0.42mpa。
[0119]
实施例9
[0120]
一种复合增强型磷酸钙骨水泥，其由固相：50％的普通磷酸钙骨水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)与10％的二氧化锆、40％的玉米淀粉，液相：0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和质量分数5％的柠檬酸溶液组成。
[0121]
制备上述复合增强型磷酸钙骨水泥的方法和步骤为：骨水泥的固相成分混匀，并按照液固比1.3ml/g与液相混合，其余步骤同实施例1。
[0122]
其最大载荷为697.86
±
32.72n，抗压强度为14.47
±
2.56mpa。
[0123]
实施例10
[0124]
一种负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥，其由固相：70％的普通磷酸钙骨水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)与10％的二氧化锆、20％的玉米淀粉，液相：0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和质量分数5％的柠檬酸溶液组成，每克复合增强型磷酸钙骨水泥含有2毫克红芪多糖组成。
[0125]
红芪多糖的制备方法为：
[0126]
(1)红芪药材，洗净后，粉碎过80目筛，用7倍量的乙酸乙酯和90％乙醇各脱脂5次，1.5h/次，干燥。
[0127]
(2)称取脱脂的红芪干粉1.0g，加入20ml自来水，再加柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液调节ph＝5，用复合酶进行酶解，复合酶的添加量为红芪质量的2.0％，酶解温度为50℃，酶解时间为4h，酶解后不需要灭活；复合酶由纤维素酶和木瓜蛋白酶组成，两者的质量比为1:3。
[0128]
(3)经复合酶酶解后，进行超声，超声温度50℃，超声功率80w，超声时间30min，超声处理2次，离心，滤液浓缩至滤液体积的1/3，加乙醇使乙醇体积浓度达到50％，4℃静置过夜，离心，分别收集上清液和沉淀，将沉淀真空冷冻干燥，得hps-50。
[0129]
制备上述负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的方法和步骤为：将定量的红芪多糖溶解在骨水泥的液相中，4℃放置24h溶解。将骨水泥的固相成分混匀，并按照液固比1.1ml/g与液相混合，在恒温磁力搅拌器中不断搅拌，温度设为80℃进行淀粉的糊化，直至骨水泥材料呈现比牙膏稍稀状态后，迅速倒入注射器，注入模具(同实施例1)中塑形，推出后，在恒温恒湿箱(设置条件为：温度为37℃，湿度为60％)中固化72小时，并在60℃烘箱中
干燥24小时，保存备用。
[0130]
其最大载荷为1737.10
±
64.61n，抗压强度为30.28
±
0.29mpa。
[0131]
实施例11
[0132]
一种负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥，其由固相：70％的普通磷酸钙骨水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)与10％的二氧化锆、20％的玉米淀粉，液相：0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和质量分数5％的柠檬酸溶液组成，每克复合增强型磷酸钙骨水泥含有4毫克红芪多糖组成。
[0133]
红芪多糖的制备方法为：
[0134]
(1)红芪药材，洗净后，粉碎过80目筛，用7倍量的乙酸乙酯和90％乙醇各脱脂5次，1.5h/次，干燥。
[0135]
(2)称取脱脂的红芪干粉1.0g，加入20ml自来水，再加柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液调节ph＝5，用复合酶进行酶解，复合酶的添加量为红芪质量的2.0％，酶解温度为50℃，酶解时间为4h，酶解后不需要灭活；复合酶由纤维素酶和木瓜蛋白酶组成，两者的质量比为1:3。
[0136]
(3)经复合酶酶解后，进行超声，超声温度50℃，超声功率80w，超声时间30min，超声处理2次，离心，滤液浓缩至滤液体积的1/3，加乙醇使乙醇体积浓度达到50％，4℃静置过夜，离心，上清液中再加乙醇使乙醇体积浓度达到85％，4℃静置过夜，离心，收集沉淀，将沉淀真空冷冻干燥，得hps-80。
[0137]
制备上述负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的方法和步骤为：同实施例10。
[0138]
其最大载荷为1796.56
±
103.34n，抗压强度为32.70
±
0.61mpa。
[0139]
实施例12
[0140]
一种负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥，其由固相：70％的普通磷酸钙骨水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)与10％的二氧化锆、20％的玉米淀粉，液相：0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和质量分数5％的柠檬酸溶液组成，每克复合增强型磷酸钙骨水泥含有6毫克红芪多糖组成。
[0141]
红芪多糖的制备方法以及负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的制备方法均与实施例10相同。
[0142]
其最大载荷为1872.31
±
52.07n，抗压强度为33.40
±
0.40mpa。
[0143]
实施例13
[0144]
一种负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥，其由固相：70％的普通磷酸钙骨水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)与10％的二氧化锆、20％的玉米淀粉，液相：0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和质量分数5％的柠檬酸溶液组成，每克复合增强型磷酸钙骨水泥含有8毫克红芪多糖组成。
[0145]
红芪多糖的制备方法同实施例11。
[0146]
制备上述负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的方法和步骤为：同实施例10。
[0147]
其最大载荷为1902.55
±
44.24n，抗压强度为33.53
±
0.37mpa。
[0148]
实施例14
[0149]
一种负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥，其由固相：70％的普通磷酸钙骨
水泥(质量比例：磷酸三钙：磷酸氢钙二水：羟基磷灰石＝8:1:1)与10％的二氧化锆、20％的玉米淀粉，液相：0.5mol/l的磷酸氢二钾溶液和质量分数5％的柠檬酸溶液组成，每克复合增强型磷酸钙骨水泥含有10毫克红芪多糖组成。
[0150]
红芪多糖的制备方法以及负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的制备方法均与实施例10相同。
[0151]
其最大载荷为1868.24
±
15.76n，抗压强度为33.91
±
0.28mpa。
[0152]
实施例15
[0153]
本实施例与实施例10的不同之处在于：
[0154]
红芪多糖的制备方法为：
[0155]
(1)红芪药材，洗净后，粉碎过80目筛，用7倍量的乙酸乙酯和90％乙醇各脱脂3次，1.5h/次，干燥。
[0156]
(2)称取脱脂的红芪干粉1.0g，用10倍量的水60℃提取2次，每次1h，过滤，合并滤液，减压浓缩至1：1(药液体积：药材重量)，离心(5000rpm，10min)。取上清液，在不断搅拌下加95％乙醇使得乙醇的最终浓度达到30％(v/v)，静置过夜后，离心(5000rpm，10min)，收集沉淀，冷冻干燥，得hps1。
[0157]
其余部分均同实施例10。
[0158]
制备的负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的最大载荷为1659.45
±
53.62n，抗压强度为29.74
±
0.25mpa。
[0159]
实施例16
[0160]
本实施例与实施例11的不同之处在于：
[0161]
红芪多糖的制备方法为：
[0162]
(1)红芪药材，洗净后，粉碎过80目筛，用7倍量的乙酸乙酯和90％乙醇各脱脂3次，1.5h/次，干燥。
[0163]
(2)称取脱脂的红芪干粉1.0g，用10倍量的水60℃提取2次，每次1h，过滤，合并滤液，减压浓缩至1：1(药液体积：药材重量)，离心(5000rpm，10min)。取上清液，在不断搅拌下加95％乙醇使得乙醇的最终浓度达到30％(v/v)，静置过夜后，离心(5000rpm，10min)；取上清液，在不断搅拌下加95％乙醇使得乙醇的最终浓度达到50％(v/v)，静置过夜后，离心(5000rpm，10min)，收集沉淀，冷冻干燥，得hps2。
[0164]
其余部分均同实施例11。
[0165]
制备的负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的最大载荷为1757.43
±
64.22n，抗压强度为32.17
±
0.28mpa。
[0166]
实施例17
[0167]
本实施例与实施例12的不同之处在于：
[0168]
红芪多糖的制备方法为：
[0169]
(1)红芪药材，洗净后，粉碎过80目筛，用7倍量的乙酸乙酯和90％乙醇各脱脂3次，1.5h/次，干燥。
[0170]
(2)称取脱脂的红芪干粉1.0g，用10倍量的水60℃提取2次，每次1h，过滤，合并滤液，减压浓缩至1：1(药液体积：药材重量)，离心(5000rpm，10min)。取上清液，在不断搅拌下加95％乙醇使得乙醇的最终浓度达到30％(v/v)，静置过夜后，离心(5000rpm，10min)；取上
清液，在不断搅拌下加95％乙醇使得乙醇的最终浓度达到50％(v/v)，静置过夜后，离心(5000rpm，10min)；取上清液，在不断搅拌下加95％乙醇使得乙醇的最终浓度达到70％(v/v)，静置过夜后，离心(5000rpm，10min)收集沉淀，冷冻干燥，得hps3。
[0171]
其余部分均同实施例12。
[0172]
制备的负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的最大载荷为1807.87
±
48.76n，抗压强度为32.97
±
0.56mpa。
[0173]
实施例18
[0174]
本实施例与实施例13的不同之处在于：
[0175]
红芪多糖的制备方法同实施例16。
[0176]
其余部分均同实施例13。
[0177]
制备的负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的最大载荷为1853.26
±
57.12n，抗压强度为33.00
±
0.46mpa。
[0178]
由各实施例的抗压强度测试可知，实施例6为复合增强型磷酸钙骨水泥的最优条件下制备得到，其抗压强度为28.96
±
0.03mpa。在实施例10-18中，添加了中药提取物红芪多糖，并随着红芪多糖含量的增多，其抗压强度增强，将负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的抗压强度增强到33.91
±
0.28mpa，在骨水泥成分中添加中药提取物红芪多糖是为了达到缓慢释放成骨因子，促进骨再生的效果，同时也在一定程度上增强了其抗压强度。实施例13和实施例14中，红芪多糖的增加并未显著增强其抗压强度，此时的抗压强度已满足负重骨对机械性能的要求，结合红芪多糖作为中药提取物大分子，其溶解度受限，因此，添加更多量的红芪多糖不予以采用。添加红芪多糖的量为每克复合增强型磷酸钙骨水泥中添加2-10mg红芪多糖为优选，添加6-8mg红芪多糖为最优选。
[0179]
由实施例10-18还可以看出，本发明对于红芪多糖的制备方法没有限制，将不同方法制备得到的红芪多糖添加到复合增强型磷酸钙骨水泥中，其最大载荷量和抗压强度均相对于不添加红芪多糖得到了大幅度提高。
[0180]
将实施例1-9制备的复合增强型磷酸钙骨水泥与实施例10-18制备的负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥进行体外降解检测。
[0181]
实验结果见表7。
[0182]
表7各实施例的体外降解测试
[0183]
[0184][0185]
由表7可知，骨水泥具有一定的降解性，这是作为生物降解性医用材料的所需特征之一，也是作为药物负载支架缓慢释放药物的前提基础。但是，由于新生骨的生成需要一定的时间，骨缺损或者骨折等骨性疾病一般至少需要三个月的愈合时间，所负载的药物也需要缓慢定向地向骨缺损周围组织释放以促进新骨生成，一般要求4周时骨水泥生物材料的降解率约在5-30％左右。实施例1-18所得到的骨水泥的降解性是合适的。
[0186]
由实施例10-18可知，采用现有技术中的任何方法制备的红芪多糖，均能制备本发明所述性能的复合增强型磷酸钙骨水泥。
[0187]
将实施例1-6制备的复合增强型磷酸钙骨水泥与实施例10、11、15、16制备的负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥进行傅里叶红外、x衍射、扫描电镜等理化性能检测。
[0188]
实验结果见图2和图3。
[0189]
图2为本发明中实施例1-6和实施例10、11、15、16的傅里叶红外光谱图(a)和x衍射图谱(b)，其中，s、zro2、dcpd、tcp、hap分别代表玉米淀粉、二氧化锆、磷酸氢钙二水、磷酸三钙和羟基磷灰石。
[0190]
由图2a可知，实施例10、11、15、16中添加了红芪多糖，与实施例1-6相比较，其对整体基团的影响无显著区别。由图2b可知在实施例10、11、15、16中添加了红芪多糖成分后，这一变化与实施例1-6相同，红芪多糖成分的添加，并没有改变其结构。
[0191]
图3为本发明的扫描电镜图。(a)组为普通磷酸钙骨水泥，实验序号为2；(b)组为包含20％玉米淀粉组骨水泥，实验序号为15；(c)组为复合增强型磷酸钙骨水泥，为实施例6中制备的骨水泥；(d)组为实施例12中制备的负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥。
[0192]
由图3的扫描电镜图可知，实验2中的普通磷酸钙骨水泥结构松散，实验15的结构只是更加紧致，其中添加了二氧化锆和玉米淀粉却未添加柠檬酸。但是实施例6的结构紧致的同时，结晶度更好，而且可以明显地看出，其中更多的骨水泥原料转化成了与人骨骼中类似的羟基磷灰石，这也在一定程度上解释了优化条件下形成了更为紧致的晶体结构，促使其抗压强度的提升。实施例12中的微观结构与实施例6中的微观结构相似，红芪多糖的加入对其微观结构和理化性质的影响不大，在提升抗压性能的同时促进成骨分化。
[0193]
实施例19负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥动物股骨植入试验
[0194]
一种负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥，其组成和制备同实施例12。
[0195]
将制备好的骨水泥在植入前高压蒸汽灭菌备用。
[0196]
兔子股骨骨缺损骨水泥植入实验检测：新西兰大白兔，体重2-3kg/只，常规饲养7天，手术前将实验兔固定于手术台，后腿股骨处剃毛。使用复合麻醉剂：10％水合氯醛(耳缘静脉注射，2ml/kg)+速眠新ii(皮下注射，0.1ml/kg)麻醉后，兔子仰卧位固定于手术台，在兔子后腿股骨内侧处纵向切口，剥开肌间隙暴露骨膜，使股骨显露，分别在兔子的后腿双侧
股骨踝内侧使用骨钻制作直径为5mm，深度为5mm的孔洞，即为建模成功。对照组钻孔后直接缝合，实验组植入骨水泥材料后缝合。术后肌肉注射给与青霉素(40万u)预防感染，1次/天，5天。术后进行一般观察(观察饮食、活动和伤口愈合情况)，于2、8周后取材，进行大体观察(观察植入材料的情况和骨的愈合情况)、x片观察(观察材料密度、材料两端与骨的融合情况、骨痂生长情况及材料降解情况)。
[0197]
实验结果见图4。
[0198]
实施例20负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥动物股骨涂抹试验
[0199]
一种负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥，其组成同实施例12。
[0200]
兔子股骨骨缺损骨水泥涂抹实验检测：实验动物兔子要求与麻醉步骤同实施例19，兔子仰卧位固定于手术台，在兔子后腿股骨内侧处纵向切口，剥开肌间隙暴露骨膜，使股骨显露，在兔子的后腿股骨踝内侧使用骨钻制作直径约为5mm的不规则孔洞，即为建模成功。
[0201]
制备上述负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥的方法和步骤同实施例12，调制骨水泥材料呈现牙膏稍稀状态后，在骨缺损处涂抹骨水泥材料后缝合。
[0202]
术后处理及观察同实施例19。
[0203]
实验结果见图4。
[0204]
图4为本发明中各骨水泥组动物测试x光片图(分别在术后3天，2周后和8周后拍摄)。
[0205]
由图4可知，a组为空白对照组，仅在术后建骨缺损模型，未植入和涂抹骨水泥材料；b组为兔股骨植入实验组，建兔股骨骨缺损模型后植入固化后实施例19中的骨水泥材料；c组为兔股骨涂抹实验组，建兔股骨骨缺损模型后涂抹实施例20中的骨水泥材料，b和c组均为负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥材料的实验组。通过在术后3天，2周后和8周后的x光片图可以观察到，a组骨缺损愈合缓慢；b组植入材料后3天，未出现异常情况，即为手术成功，2周后的固化材料有所松动和部分降解，缺损愈合不明显，8周后，材料降解的同时骨缺损孔洞减小，愈合显著；c组涂抹后，材料分散在骨缺损周围，8周后骨缺损孔洞和b组一样明显较小，骨愈合显著。各组骨水泥动物测试x光片图说明负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥显著提高了其促进骨再生、骨愈合的能力。本发明所述的一种负载红芪多糖的复合增强型磷酸钙骨水泥充分发挥了生物医用材料负重支撑能力和促进骨再生，修复骨缺损的临床优势。
[0206]
需要说明的是：上述实施实例仅为本发明优选的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述列举实施例的具体限制，其他的任何未背离本发明的精神和原理条件下所做出的改变、修饰、替代、组合、简化，均为同质的替换方式，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0207]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。