一种壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥的制备方法

技术领域

本发明涉及一种生物医用材料技术领域的方法，具体是一种温敏性壳聚糖/β-甘油磷酸钠水凝胶改性的可注射型磷酸钙骨水泥的制备方法。

背景技术

磷酸钙类骨水泥（calcium phosphate cement ，CPC）由于其具备良好的生物相容性以及骨诱导性，在骨损伤修复方面具有广阔的应用前景。CPC通常由磷酸钙盐的粉末与固化液在一定的固液比例下调匀，发生水化反应，能在室温或人体环境中自固化，具有自由塑形、固化温和的特点，通过添加适合的改性剂改善骨水泥调和浆的流动性和可注射性，可应用于微创介入治疗。骨水泥良好的注射性和抗溃散性是临床应用的基本条件[陶艳, 李东旭, 李延报, 材料导报A:综述篇, 2011]，许多研究揭示了CPC具有机械强度不足、抗溃散性差等缺点，例如机械强度低限制了其在承重条件下的应用；而骨水泥注射至体内后若发生溃散，会形成大量游离的磷酸钙颗粒，容易造成血栓，危及患者生命。此外，传统CPC由于注射压力容易产生固液分离现象，通常具有较差的注射性。为了克服CPC的上述缺陷，人们做了许多尝试，以往的研究表明，聚合物的加入可以有效地提高CPC的性能。

壳聚糖是自然界中唯一存在的碱性阳离子天然多糖，由于其生物相容性、生物降解性、无毒性、伤口愈合支持和抑菌作用，长期应用于药物递送和组织工程。β-甘油磷酸钠在水环境中能与壳聚糖产生相互作用，形成温敏性凝胶，从而避免壳聚糖在中性溶液中析出，研究发现壳聚糖、β-GP和水中的相互作用可能是由于溶胶/凝胶的转变：1.诱导质子从壳聚糖转移到β-甘油磷酸钠时，静电排斥作用减弱，从而使壳聚糖链发生氢键；2.糖铵与β-甘油磷酸钠磷酸基团之间的静电吸引3.还原壳聚糖链极性和增强疏水相互作用及甘油对水的结构作用。

在CPC的水化过程中，壳聚糖、β-甘油磷酸钠凝胶可以在体内37℃环境下形成三维连续相的胶束。互穿网络有望促进有机和无机组分之间更高程度的相互作用，从而改善复合水泥的力学性能。此外，由于水凝胶的保水能力，能有效提高CPC的抗溃散性和可注射性。本发明针对以上背景，提出一种壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥的制备方法，为提升CPC性能，解决临床安全性问题提出一种新的途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥的制备方法，包含以下步骤：

（1）采用固相反应法，通过控制反应条件，制备得到作为骨水泥粉末主体的α-TCP粉末；

（2）在稀酸中溶解壳聚糖，配制浓度为0.1-5%（w/v）的壳聚糖水溶液，向该溶液中加入β-甘油磷酸钠溶液，搅拌均匀，得到骨水泥固化液。在α-TCP中加入质量分数为0.1-5%的NaHCO

（3）将骨水泥粉末与固化液按固液比2g/mL混合，制备得到壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥。

步骤（1）所述的固相反应法为将磷酸氢钙与碳酸钙粉末按摩尔比2:1混合均匀，所述混合方式为使用无水乙醇为混合介质的球磨混合，转速400rpm，球磨时间为1-4h，混合后的悬浊液通过旋转蒸发除去乙醇后放入60℃烘箱中干燥，将干燥后的磷酸氢钙与碳酸钙混合物在1250-1400℃炉中锻烧2-4h后取出，在鼓风环境下急速冷却，得到α-TCP粉末，之后采用湿法球磨的方式得到粒径均一的α-TCP粉末，其粒径范围在2-4μm，干燥后备用。

步骤（2）所述的稀酸为乙酸、盐酸、柠檬酸强酸或弱酸。

步骤（2）所述的壳聚糖脱乙酰度为85%、90%、95%中的一种。

本发明包括以下步骤：

1、将磷酸氢钙与碳酸钙粉末按摩尔比2:1混合均匀。所述混合方式为使用无水乙醇为混合介质的球磨混合，转速400rpm，球磨时间为1-4h，混合后的悬浊液通过旋转蒸发除去乙醇后放入60℃烘箱中干燥。

2、将干燥后的磷酸氢钙与碳酸钙混合物在1250-1400℃炉中锻烧2-4h后取出，在鼓风环境下急速冷却，得到α-TCP粉末，之后采用湿法球磨的方式得到粒径均一的α-TCP粉末，其粒径范围在2-4μm。干燥后备用。

3、在稀酸中溶解壳聚糖，配制浓度为0.1-5%（w/v）的壳聚糖水溶液，向该溶液中加入β-甘油磷酸钠溶液，搅拌均匀，得到骨水泥固化液。

4、在α-TCP中加入质量分数为0.1-5%的NaHCO2粉末，得到骨水泥粉末。

5、将骨水泥粉末与固化液按固液比2g/mL混合，制备得到壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥。

采用固相反应法，通过控制反应条件，制备得到作为骨水泥粉末主体的α-TCP粉末；α-TCP粉末中加入碳酸氢钠作为固相添加剂，得到骨水泥粉末；以壳聚糖/β-甘油磷酸钠溶液为固化液，与骨水泥粉末混合后，制备得到注射性、抗溃散性良好的可注射型磷酸钙骨水泥。本发明利用壳聚糖、β-甘油磷酸钠凝胶与碳酸氢钠作用，可以在体内37℃环境下形成三维连续相的胶束。互穿网络有望促进有机和无机组分之间更高程度的相互作用，从而改善复合水泥的力学性能；由于水凝胶的亲水能力，能有效提高CPC的抗溃散性和可注射性。

本发明的优点在于：

1、壳聚糖、β-甘油磷酸钠凝胶与碳酸氢钠作用，可以在体内37℃环境下形成三维连续相的胶束。互穿网络有望促进有机和无机组分之间更高程度的相互作用，从而改善复合水泥的力学性能。

2、由于水凝胶的亲水能力，能有效提高CPC的抗溃散性和可注射性。

附图说明

附图1为实施例1所制备壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥的压缩强度力学曲线。

具体实施方式

以下实施例以发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。

实施例1

一种壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥，按以下步骤制备：

（1）采用固相反应法，将磷酸氢钙粉末和碳酸钙粉末按摩尔比2:1称量，以总质量的1.5倍的超纯水为介质湿法球磨，转速400rpm，球磨时间4h，球磨珠与粉末质量比为3:1，球磨后置于130℃烘箱中干燥；将干燥后的粉末置于1400℃马弗炉中高温煅烧4h，反应结束后取出，在鼓风环境下急速冷却；将冷却后的粉末以1g/mL的比例加入无水乙醇湿法球磨，转速450rpm，球磨时间为4h，球磨珠与粉末质量比为4:1；粉末悬浊液使用旋转蒸发仪除去乙醇后置于60℃烘箱中充分干燥，制备得到α-TCP粉末；

（2）称取1g壳聚糖，溶解于25mL 0.1M乙酸溶液中，配制4%（w/v）壳聚糖溶液，向该溶液中加入0.6mLβ-甘油磷酸钠溶液，搅拌均匀，得到骨水泥固化液；在α-TCP中加入质量分数为5%的NaHCO

（3）将骨水泥粉末与固化液按固液比2g/mL混合，制备得到壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥。

调和浆移入注射器中，可注射性为95%以上，注射至37℃纯水中不发生溃散。所制备壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥的压缩强度力学曲线见图1，其平均抗压强度达48.15MPa。

实施例2

一种壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥，步骤（1）与实施例1相同，按以下步骤制备：

（1）采用固相反应法，制备得到α-TCP粉末；

（2）称取0.5g壳聚糖，溶解于25mL 0.1M乙酸溶液中，配制2%（w/v）壳聚糖溶液，向该溶液中加入0.6mLβ-甘油磷酸钠溶液，搅拌均匀，得到骨水泥固化液；在α-TCP中加入质量分数为5%的NaHCO

（3）将骨水泥粉末与固化液按固液比2g/mL混合，制备得到壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥。

调和浆移入注射器中，可注射性为95%以上，注射至37℃纯水中不发生溃散。

实施例3

一种壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥，步骤（1）与实施例1相同，按以下步骤制备：

（1）采用固相反应法，制备得到α-TCP粉末；

（2）称取1g壳聚糖，溶解于25mL 0.1M盐酸溶液中，配制4%（w/v）壳聚糖溶液，向该溶液中加入0.6mLβ-甘油磷酸钠溶液，搅拌均匀，得到骨水泥固化液；在α-TCP中加入质量分数为5%的NaHCO

（3）将骨水泥粉末与固化液按固液比2g/mL混合，制备得到壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥。

调和浆移入注射器中，可注射性为95%以上，注射至37℃纯水中不发生溃散。

实施例4

一种壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥，步骤（1）与实施例1相同，按以下步骤制备：

（1）采用固相反应法，制备得到α-TCP粉末；

（2）称取1g壳聚糖，溶解于25mL 0.1M柠檬酸溶液中，配制4%（w/v）壳聚糖溶液，向该溶液中加入0.6mLβ-甘油磷酸钠溶液，搅拌均匀，得到骨水泥固化液；在α-TCP中加入质量分数为5%的NaHCO

（3）将骨水泥粉末与固化液按固液比2g/mL混合，制备得到壳聚糖/β-甘油磷酸钠改性的可注射型磷酸钙骨水泥。

调和浆移入注射器中，可注射性为95%以上，注射至37℃纯水中不发生溃散。