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CN109395160B - 一种快速降解的可注射型骨水泥及其应用 - Google Patents

一种快速降解的可注射型骨水泥及其应用 Download PDF

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CN109395160B CN201811113125.XA CN201811113125A CN109395160B CN 109395160 B CN109395160 B CN 109395160B CN 201811113125 A CN201811113125 A CN 201811113125A CN 109395160 B CN109395160 B CN 109395160B
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Abstract

本发明公开了一种快速降解的可注射型骨水泥及其应用。本发明中通过在磷酸钙骨水泥中添加生物相容性良好且降解速率比较快的硫酸钙和生物活性玻璃，并通过控制硫酸钙和生物活性玻璃的添加量，调节磷酸钙骨水泥的降解速率，同时，骨水泥的中的硫酸钙和生物活性玻璃的降解后在骨水泥中形成多孔结构，有利于促进骨水泥降解和的骨细胞的长入；以掺锶磷酸八钙作为Sr2+源的改性α‑TCP骨水泥，能够缩短凝结时间，并有利于提高骨水泥的抗压强度，且用掺锶磷酸八钙改性α‑TCP骨水泥表现出更稳定、合适的离子释放速率，促进细胞增殖。

Description

一种快速降解的可注射型骨水泥及其应用
技术领域
本发明涉及磷酸钙骨水泥技术领域，具体涉及一种快速降解的可注射型骨水泥及其应用。
背景技术
磷酸钙骨水泥(Calcium Phosphate Cement，CPC)于上世纪90年代由Borwn和Chow研制成功，是一种具有自固化性的非陶瓷型羟基磷灰石类人工骨材料。它由固相粉末和固化液按照一定的比例混合后形成易塑形的浆体，在短时间内自固化，最终的水化产物为与人体骨组织的无机成分和晶体结构相似的磷灰石。CPC具有良好的骨传导性和生物相容性，在手术中可任意塑形，填充各种形状的骨缺损，在骨缺损修复、颌面外科修复和药物载体等领域得到了广泛应用。
目前的磷酸钙骨水泥材料在体内的降解吸收过程是逐层进行的，因而吸收率低，在体内降解比较缓慢，阻碍了新骨组织的生成和重建。因此，有必要开发一种降解较快，且具有较高抗压强度的磷酸钙骨水泥，拓宽其应用范围。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种快速降解的可注射型骨水泥及其应用，解决磷酸钙骨水泥降解速率过慢的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种快速降解的可注射型骨水泥，包括固相粉末和固化液，所述固相粉末包括硫酸钙、生物活性玻璃和磷酸钙骨水泥固相粉末；所述硫酸钙与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.01～0.15:1，所述生物活性玻璃与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.01～0.2:1；所述磷酸钙骨水泥固相粉末包含α-磷酸三钙、碳酸钙、掺锶磷酸八钙和无定形磷酸钙；所述磷酸钙骨水泥固相粉末中，锶和钙的摩尔比为：锶:钙＝0.08～0.25：1；所述钙和锶之和与磷的摩尔比为：钙+锶:磷＝1.1～1.4:1。
本发明中通过在磷酸钙骨水泥中添加生物相容性良好且降解速率比较快的硫酸钙和生物活性玻璃，调节磷酸钙骨水泥的降解速率，解决目前磷酸钙骨水泥在体内降解比较缓慢，阻碍了新骨组织的生成和重建的问题。同时，骨水泥的中的硫酸钙和生物活性玻璃的降解后在骨水泥中形成多孔结构，有利于促进骨水泥降解和的骨细胞的长入。
本发明以掺锶磷酸八钙(Sr-OCP)作为Sr2+源的改性α-TCP骨水泥，能够缩短凝结时间，并有利于提高骨水泥的抗压强度。不同Sr2+源掺杂改性α-TCP骨水泥，均能在Tris缓冲溶液中缓慢的释放出Sr2+。改性α-TCP骨水泥所用的Sr2+源对离子释放性能有影响，用掺锶磷酸八钙(Sr-OCP)改性α-TCP骨水泥组表现出更稳定、合适的离子释放速率，促进细胞增殖。
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的优选实施方式，所述硫酸钙与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.04～0.15:1。
与CPC相比，硫酸钙的溶解速率较快，力学强度较低，为使本发明的可注射型骨水泥具有合适的降解速率和力学强度，需要控制硫酸钙的含量。
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的优选实施方式，所述生物活性玻璃与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.01～0.1:1。
生物活性玻璃能够促进CPC的水化反应，有利于提高CPC的力学强度，本发明中所述生物活性玻璃与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比控制为0.01～0.1:1时，所述可注射型骨水泥具有合适的凝结时间、抗压强度和降解速率。
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的优选实施方式，所述固相粉末和固化液的质量比为：1.3～2.5:1。
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的优选实施方式，所述磷酸钙骨水泥固相粉末中，锶和钙的摩尔比为：锶:钙＝0.12～0.2:1；所述钙和锶之和与磷的摩尔比为：钙+锶:磷＝1.2～1.4:1。
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的优选实施方式，所述α-磷酸三钙与碳酸钙的质量比为1:0.05～0.15；所述α-磷酸三钙与无定形磷酸钙的质量比为1:0.1～0.2。通过调整磷酸钙骨水泥固相粉末各组分的比例，进一步改善骨水泥的理化性能。
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的优选实施方式，所述掺锶磷酸八钙中的锶的取代度为10％～20％。
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的优选实施方式，所述固化液包括黄原胶和柠檬酸。黄原胶和柠檬酸的加入有利于改善骨水泥浆料的流动性，提高可注射性。
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的优选实施方式，所述固化液中柠檬酸的浓度为1～2mol/L，黄原胶的质量分数为0.5％～1％。
固化液中的柠檬酸有利于缩短磷酸钙骨水泥的凝结时间，一定量的黄原胶能够改善磷酸钙骨水泥的可注射性，但黄原胶的含量过高，容易导致CPC凝结时间延长，且CPC浆料粘度过大也会导致CPC可注射性下降。
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的优选实施方式，所述生物活性玻璃的化学组成为：58mol％SiO2，38mol％CaO，4mol％P2O5。
所述生物活性玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)以正硅酸乙酯作为硅源，磷酸三乙酯作为磷源，四水硝酸钙作为钙源，将硅源、磷源和钙源依次加入去离子水中，加入0.25M的盐酸，以400～500rpm的速度搅拌2～4h，获得溶胶；
(2)将溶胶静置12～24h，充分进行水解-缩聚反应，得到湿凝胶；
(3)将湿凝胶置于120℃的烘箱中干燥12～15h，得到干凝胶；
(4)将干凝胶置于马弗炉中，在680～700℃热处理4～6h，经研磨过筛，得到粒径为50～100μm的生物活性玻璃。
本发明还提供了上述的快速降解的可注射型骨水泥在骨修复材料中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明中通过在磷酸钙骨水泥中添加生物相容性良好且降解速率比较快的硫酸钙和生物活性玻璃，并通过控制硫酸钙和生物活性玻璃的添加量，调节磷酸钙骨水泥的降解速率，同时，骨水泥的中的硫酸钙和生物活性玻璃的降解后在骨水泥中形成多孔结构，有利于促进骨水泥降解和的骨细胞的长入，解决目前磷酸钙骨水泥在体内降解比较缓慢，阻碍了新骨组织的生成和重建的问题。
本发明以掺锶磷酸八钙(Sr-OCP)作为Sr2+源的改性α-TCP骨水泥，能够缩短凝结时间，并有利于提高骨水泥的抗压强度；且用Sr-OCP改性α-TCP骨水泥表现出更稳定、合适的离子释放速率，促进细胞增殖。
附图说明
图1为实施例8和对比例1～2的骨水泥的细胞增殖结果图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的一种实施例，本实施例所述的快速降解的可注射型骨水泥包括固相粉末和固化液；
所述固相粉末包括硫酸钙、生物活性玻璃和磷酸钙骨水泥固相粉末；所述硫酸钙与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.01:1；所述生物活性玻璃与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.01:1；所述磷酸钙骨水泥固相粉末包含α-磷酸三钙、碳酸钙、掺锶磷酸八钙和无定形磷酸钙；所述α-磷酸三钙与碳酸钙的质量比为1:0.05；所述α-磷酸三钙与无定形磷酸钙的质量比为1:0.1；所述磷酸钙骨水泥固相粉末中，锶和钙的摩尔比为：锶:钙＝0.08:1；所述钙和锶之和与磷的摩尔比为：钙+锶:磷＝1.1:1，所述掺锶磷酸八钙中的锶的取代度为10％。
本实施例所述固化液包括黄原胶和柠檬酸；所述固化液中，柠檬酸的浓度为1mol/L，黄原胶的质量分数为0.5％。
本实施例所述固相粉末和固化液的质量比为：固相粉末:液相成分＝1.3:1。
本实施例采用的生物活性玻璃的化学组成为：58mol％SiO2，38mol％CaO，4mol％P2O5。
所述生物活性玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)以正硅酸乙酯作为硅源，磷酸三乙酯作为磷源，四水硝酸钙作为钙源，将硅源、磷源和钙源按顺序加入去离子水中，加入0.25M的盐酸，以400rpm的速度搅拌反应2h，获得溶胶；
(2)将溶胶在室温静置陈化12h，使水解-缩聚反应充分进行，得到湿凝胶；
(3)将湿凝胶置于120℃的烘箱中干燥12h，得到干凝胶；
(4)将干凝胶置于马弗炉中，在680℃热处理6h，经研磨过筛，得到粒径为60μm的生物活性玻璃。
实施例2
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的一种实施例，本实施例所述的快速降解的可注射型骨水泥包括固相粉末和固化液；
所述固相粉末包括硫酸钙、生物活性玻璃和磷酸钙骨水泥固相粉末；所述硫酸钙与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.04:1；所述生物活性玻璃与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.04:1；所述磷酸钙骨水泥固相粉末包含α-磷酸三钙、碳酸钙、掺锶磷酸八钙和无定形磷酸钙；所述α-磷酸三钙与碳酸钙的质量比为1:0.05；所述α-磷酸三钙与无定形磷酸钙的质量比为1:0.1；所述磷酸钙骨水泥固相粉末中，锶和钙的摩尔比为：锶:钙＝0.08：1；所述钙和锶之和与磷的摩尔比为：钙+锶:磷＝1.1:1，所述掺锶磷酸八钙中的锶的取代度为10％。
本实施例所述固化液包括黄原胶和柠檬酸；所述固化液中，柠檬酸的浓度为2mol/L，黄原胶的质量分数为0.5％。
本实施例所述固相粉末和固化液的质量比为：固相粉末:液相成分＝1.5:1。
本实施例采用的生物活性玻璃的化学组成为：58mol％SiO2，38mol％CaO，4mol％P2O5。
所述生物活性玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)以正硅酸乙酯作为硅源，磷酸三乙酯作为磷源，四水硝酸钙作为钙源，将硅源、磷源和钙源按顺序加入去离子水中，加入0.25M的盐酸，以450rpm的速度搅拌反应3h，获得溶胶；
(2)将溶胶在室温静置陈化15h，使水解-缩聚反应充分进行，得到湿凝胶；
(3)将湿凝胶置于120℃的烘箱中干燥15h，得到干凝胶；
(4)将干凝胶置于马弗炉中，在690℃热处理5h，经研磨过筛，得到粒径为50μm的生物活性玻璃。
实施例3
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的一种实施例，本实施例所述的快速降解的可注射型骨水泥包括固相粉末和固化液；
所述固相粉末包括硫酸钙、生物活性玻璃和磷酸钙骨水泥固相粉末；所述硫酸钙与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.06:1；所述生物活性玻璃与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.04:1；所述磷酸钙骨水泥固相粉末包含α-磷酸三钙、碳酸钙、掺锶磷酸八钙和无定形磷酸钙；所述α-磷酸三钙与碳酸钙的质量比为1:0.1；所述α-磷酸三钙与无定形磷酸钙的质量比为1:0.15；所述磷酸钙骨水泥固相粉末中，锶和钙的摩尔比为：锶:钙＝0.12：1；所述钙和锶之和与磷的摩尔比为：钙+锶:磷＝1.2:1，所述掺锶磷酸八钙中的锶的取代度为12％。
本实施例所述固化液包括黄原胶和柠檬酸；所述固化液中，柠檬酸的浓度为1.5mol/L，黄原胶的质量分数为0.5％。
本实施例所述固相粉末和固化液的质量比为：固相粉末:液相成分＝2:1。
本实施例采用的生物活性玻璃的化学组成为：58mol％SiO2，38mol％CaO，4mol％P2O5。
所述生物活性玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)以正硅酸乙酯作为硅源，磷酸三乙酯作为磷源，四水硝酸钙作为钙源，将硅源、磷源和钙源按顺序加入去离子水中，加入0.25M的盐酸，以500rpm的速度搅拌反应2h，获得溶胶；
(2)将溶胶在室温静置陈化24h，使水解-缩聚反应充分进行，得到湿凝胶；
(3)将湿凝胶置于120℃的烘箱中干燥15h，得到干凝胶；
(4)将干凝胶置于马弗炉中，在700℃热处理4h，经研磨过筛，得到粒径为100μm的生物活性玻璃。
实施例4
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的一种实施例，本实施例所述的快速降解的可注射型骨水泥包括固相粉末和固化液；
所述固相粉末包括硫酸钙、生物活性玻璃和磷酸钙骨水泥固相粉末；所述硫酸钙与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.06:1；所述生物活性玻璃与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.05:1；所述磷酸钙骨水泥固相粉末包含α-磷酸三钙、碳酸钙、掺锶磷酸八钙和无定形磷酸钙；所述α-磷酸三钙与碳酸钙的质量比为1:0.1；所述α-磷酸三钙与无定形磷酸钙的质量比为1:0.1；所述磷酸钙骨水泥固相粉末中，锶和钙的摩尔比为：锶:钙＝0.0.15：1；所述钙和锶之和与磷的摩尔比为：钙+锶:磷＝1.3:1，所述掺锶磷酸八钙中的锶的取代度为15％。
本实施例所述固化液包括黄原胶和柠檬酸；所述固化液中，柠檬酸的浓度为1mol/L，黄原胶的质量分数为0.5％。
本实施例所述固相粉末和固化液的质量比为：固相粉末:液相成分＝2.5:1。
本实施例采用的生物活性玻璃的化学组成为：58mol％SiO2，38mol％CaO，4mol％P2O5。
所述生物活性玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)以正硅酸乙酯作为硅源，磷酸三乙酯作为磷源，四水硝酸钙作为钙源，将硅源、磷源和钙源按顺序加入去离子水中，加入0.25M的盐酸，以400rpm的速度搅拌反应4h，获得溶胶；
(2)将溶胶在室温静置陈化18h，使水解-缩聚反应充分进行，得到湿凝胶；
(3)将湿凝胶置于120℃的烘箱中干燥12h，得到干凝胶；
(4)将干凝胶置于马弗炉中，在700℃热处理4h，经研磨过筛，得到粒径为100μm的生物活性玻璃。
实施例5
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的一种实施例，本实施例所述的快速降解的可注射型骨水泥包括固相粉末和固化液；
所述固相粉末包括硫酸钙、生物活性玻璃和磷酸钙骨水泥固相粉末；所述硫酸钙与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.08:1；所述生物活性玻璃与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.05:1；所述磷酸钙骨水泥固相粉末包含α-磷酸三钙、碳酸钙、掺锶磷酸八钙和无定形磷酸钙；所述α-磷酸三钙与碳酸钙的质量比为1:0.12；所述α-磷酸三钙与无定形磷酸钙的质量比为1:0.15；所述磷酸钙骨水泥固相粉末中，锶和钙的摩尔比为：锶:钙＝0.15：1；所述钙和锶之和与磷的摩尔比为：钙+锶:磷＝1.3:1，所述掺锶磷酸八钙中的锶的取代度为15％。
本实施例所述固化液包括黄原胶和柠檬酸；所述固化液中，柠檬酸的浓度为1mol/L，黄原胶的质量分数为0.6％。
本实施例所述固相粉末和固化液的质量比为：固相粉末:液相成分＝2.5:1。
本实施例采用的生物活性玻璃的化学组成为：58mol％SiO2，38mol％CaO，4mol％P2O5。
所述生物活性玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)以正硅酸乙酯作为硅源，磷酸三乙酯作为磷源，四水硝酸钙作为钙源，将硅源、磷源和钙源按顺序加入去离子水中，加入0.25M的盐酸，以400rpm的速度搅拌反应4h，获得溶胶；
(2)将溶胶在室温静置陈化18h，使水解-缩聚反应充分进行，得到湿凝胶；
(3)将湿凝胶置于120℃的烘箱中干燥12h，得到干凝胶；
(4)将干凝胶置于马弗炉中，在700℃热处理4h，经研磨过筛，得到粒径为100μm的生物活性玻璃。
实施例6
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的一种实施例，本实施例所述的快速降解的可注射型骨水泥包括固相粉末和固化液；
所述固相粉末包括硫酸钙、生物活性玻璃和磷酸钙骨水泥固相粉末；所述硫酸钙与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.08:1；所述生物活性玻璃与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.1:1；所述磷酸钙骨水泥固相粉末包含α-磷酸三钙、碳酸钙、掺锶磷酸八钙和无定形磷酸钙；所述α-磷酸三钙与碳酸钙的质量比为1:0.12；所述α-磷酸三钙与无定形磷酸钙的质量比为1:0.15；所述磷酸钙骨水泥固相粉末中，锶和钙的摩尔比为：锶:钙＝0.2：1；所述钙和锶之和与磷的摩尔比为：钙+锶:磷＝1.3:1，所述掺锶磷酸八钙中的锶的取代度为15％。
本实施例所述固化液包括黄原胶和柠檬酸；所述固化液中，柠檬酸的浓度为1mol/L，黄原胶的质量分数为0.8％。
本实施例所述固相粉末和固化液的质量比为：固相粉末:液相成分＝2.5:1。
本实施例采用的生物活性玻璃的化学组成为：58mol％SiO2，38mol％CaO，4mol％P2O5。
所述生物活性玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)以正硅酸乙酯作为硅源，磷酸三乙酯作为磷源，四水硝酸钙作为钙源，将硅源、磷源和钙源按顺序加入去离子水中，加入0.25M的盐酸，以400rpm的速度搅拌反应4h，获得溶胶；
(2)将溶胶在室温静置陈化18h，使水解-缩聚反应充分进行，得到湿凝胶；
(3)将湿凝胶置于120℃的烘箱中干燥12h，得到干凝胶；
(4)将干凝胶置于马弗炉中，在700℃热处理4h，经研磨过筛，得到粒径为100μm的生物活性玻璃。
实施例7
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的一种实施例，本实施例所述的快速降解的可注射型骨水泥包括固相粉末和固化液；
所述固相粉末包括硫酸钙、生物活性玻璃和磷酸钙骨水泥固相粉末；所述硫酸钙与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.12:1；所述生物活性玻璃与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.2:1；所述磷酸钙骨水泥固相粉末包含α-磷酸三钙、碳酸钙、掺锶磷酸八钙和无定形磷酸钙；所述α-磷酸三钙与碳酸钙的质量比为1:0.15；所述α-磷酸三钙与无定形磷酸钙的质量比为1:0.1；所述磷酸钙骨水泥固相粉末中，锶和钙的摩尔比为：锶:钙＝0.2：1；所述钙和锶之和与磷的摩尔比为：钙+锶:磷＝1.3:1，所述掺锶磷酸八钙中的锶的取代度为18％。
本实施例所述固化液包括黄原胶和柠檬酸；所述固化液中，柠檬酸的浓度为1mol/L，黄原胶的质量分数为0.8％。
本实施例所述固相粉末和固化液的质量比为：固相粉末:液相成分＝2.5:1。
本实施例采用的生物活性玻璃的化学组成为：58mol％SiO2，38mol％CaO，4mol％P2O5。
所述生物活性玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)以正硅酸乙酯作为硅源，磷酸三乙酯作为磷源，四水硝酸钙作为钙源，将硅源、磷源和钙源按顺序加入去离子水中，加入0.25M的盐酸，以400rpm的速度搅拌反应4h，获得溶胶；
(2)将溶胶在室温静置陈化18h，使水解-缩聚反应充分进行，得到湿凝胶；
(3)将湿凝胶置于120℃的烘箱中干燥12h，得到干凝胶；
(4)将干凝胶置于马弗炉中，在700℃热处理4h，经研磨过筛，得到粒径为100μm的生物活性玻璃。
实施例8
作为本发明所述的快速降解的可注射型骨水泥的一种实施例，本实施例所述的快速降解的可注射型骨水泥包括固相粉末和固化液；
所述固相粉末包括硫酸钙、生物活性玻璃和磷酸钙骨水泥固相粉末；所述硫酸钙与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.15:1；所述生物活性玻璃与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.08:1；所述磷酸钙骨水泥固相粉末包含α-磷酸三钙、碳酸钙、掺锶磷酸八钙和无定形磷酸钙；所述α-磷酸三钙与碳酸钙的质量比为1:0.15；所述α-磷酸三钙与无定形磷酸钙的质量比为1:0.2；所述磷酸钙骨水泥固相粉末中，锶和钙的摩尔比为：锶:钙＝0.25：1；所述钙和锶之和与磷的摩尔比为：钙+锶:磷＝1.4:1，所述掺锶磷酸八钙中的锶的取代度为20％。
本实施例所述固化液包括黄原胶和柠檬酸；所述固化液中，柠檬酸的浓度为1mol/L，黄原胶的质量分数为1.0％。
本实施例所述固相粉末和固化液的质量比为：固相粉末:液相成分＝2.5:1。
本实施例采用的生物活性玻璃的化学组成为：58mol％SiO2，38mol％CaO，4mol％P2O5。
所述生物活性玻璃的制备方法包括以下步骤：
(1)以正硅酸乙酯作为硅源，磷酸三乙酯作为磷源，四水硝酸钙作为钙源，将硅源、磷源和钙源按顺序加入去离子水中，加入0.25M的盐酸，以400rpm的速度搅拌反应4h，获得溶胶；
(2)将溶胶在室温静置陈化18h，使水解-缩聚反应充分进行，得到湿凝胶；
(3)将湿凝胶置于120℃的烘箱中干燥12h，得到干凝胶；
(4)将干凝胶置于马弗炉中，在700℃热处理4h，经研磨过筛，得到粒径为100μm的生物活性玻璃。
对比例1
本对比例所述的快速降解的可注射型骨水泥与实施例8基本一致，不同之处在于本对比例不添加硫酸钙和生物活性玻璃。
对比例2
本对比例所述的快速降解的可注射型骨水泥与实施例8基本一致，不同之处在于本对比例不添加掺锶磷酸八钙。
对比例3
本对比例所述的快速降解的可注射型骨水泥与实施例8基本一致，不同之处在于本对比例不添加黄原胶。
对实施例1～9和对比例1～3的快速降解的可注射型骨水泥进行以下性能检测。
1、可注射性
将固相粉末和固化液按比例调和后，将骨水泥浆料灌入10mL的一次性注射器，垂直置于力学试验机平板上，以速率15mm/min推进将骨水泥浆体推出，直至最大推进力为100N时停止。可注射性为挤出注射后磷酸钙骨水泥质量占注射前骨水泥总质量的百分比，结果如表1所示。
2、抗压强度
将固相粉末和固化液按比例混合，用药匙调和30s以形成均匀一致的骨水泥浆料，填入直径为6mm、高为12mm的不锈钢圆柱体模具中并施加0.7MPa的压力压实，将制成的圆柱体试样塞进直径6.5mm、高13mm的玻璃管中，然后置入温度为37℃、相对湿度为100％的环境中固化3d后，通过万能材料试验机测试试样的抗压强度，加载速率为1mm/min，结果如表1所示。
3、凝结时间
按标准ASTM C191-13，采用吉尔摩仪测定所述快速降解的可注射型骨水泥的凝结时间，结果如表1所示。
4、孔隙率
将固相粉末和固化液按比例混合，用药匙调和30s以形成均匀一致的骨水泥浆料，填入直径为6mm、高为12mm的不锈钢圆柱体模具中并施加0.7MPa的压力压实，将制成的圆柱体试样塞进直径6.5mm、高13mm的玻璃管中，然后置入温度为37℃、相对湿度为100％的环境中固化3d后，干燥，以无水乙醇作为液相介质，通过比重天平，根据阿基米德排水法测定样品的孔隙率，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0001808522690000111
Figure BDA0001808522690000121
由表1结果可知，硫酸钙和生物活性玻璃的加入能够缩短骨水泥凝结时间；掺锶磷酸八钙有利于增强骨水泥的抗压强度，促进骨水泥水化进程，缩短凝结时间；黄原胶的加入有利于改善骨水泥浆料的流动性，提高可注射性。
5、细胞增殖
分别将实施例8和对比例1～2的骨水泥的固相粉末和固化液按比例混合，用药匙调和30s以形成均匀一致的水泥浆料，填入直径为6mm、高为1mm的不锈钢圆片模具中，然后置入温度为37℃、相对湿度为100％的环境中固化7d后，灭菌。采用CCK-8试剂盒检测细胞(小鼠骨髓间充质干细胞，ATCC CRL-12424)的增殖情况，将样品置入48孔板中，接种细胞数量为1×104cell/孔，隔天换液，在37℃，5％CO2的培养箱中分别培养1、3、7d后，通过酶标仪在450nm处的吸光度值，结果如图1所示。
细胞增殖结果表明，硫酸钙和生物活性玻璃的加入能够显著促进细胞增殖，具有良好的生物相容性；且掺锶磷酸八钙能够稳定释放锶离子，促进细胞增殖。
6、体内降解
样品制备：分别将实施例5、7、8和对比例1的固相粉末和固化液按比例混合，用药匙调和30s以形成均匀一致的骨水泥浆料，填入直径为5mm、高为10mm的不锈钢圆柱体模具中并施加0.7MPa的压力压实，将制成的圆柱体试样塞进直径5mm、高10mm的玻璃管中，然后置入温度为37℃、相对湿度为100％的环境中固化3d后，烘干称重记为M0，包装，辐照灭菌。
取16只成年为体重2.8-3.5kg的新西兰白兔用作实验动物。为了在股骨的内髁中植入水泥浆糊，在股骨的前表面上形成纵向切口。将兔子膝关节的内侧切开，以暴露股骨。将股骨暴露之后，制备直径为5mm，深度为10mm缺损。
将样品植入准备好的骨缺损中，将皮下组织和皮肤用丝线逐层封闭。为了降低手术期间感染的风险，以35mg/kg的剂量对兔子进行皮下注射抗生素的处理。在手术后3个月后处死动物。在动物死后，立即切除股骨部分，取出样品，剥离干净周围组织，烘干称重，记为M1。通过以下公式计算CPC降解率：CPC降解率＝(M0-M1)×100％/M0。CPC样品的体内降解率如表2所示。
表2
Figure BDA0001808522690000131
硫酸钙和生物活性玻璃能够有效提高磷酸钙骨水泥的降解速率，且通过控制硫酸钙和生物活性玻璃的添加量，可以调节磷酸钙骨水泥的降解速率；同时，骨水泥的中的硫酸钙和生物活性玻璃的降解后在骨水泥中形成多孔结构，有利于促进骨水泥降解和的骨细胞的长入。此外，体内降解实验中，本发明的CPC样品具有良好的生物相容性，材料植入动物体内后，未发现毒性和异物反应，伤口愈合正常，未出现伤口感染、材料脱出和组织坏死，组织学观察未发现大量的炎症细胞浸润现象和大量多核细胞存在，这些均表明材料具有良好的生物相容性。
综上所述，本发明中通过在磷酸钙骨水泥中添加生物相容性良好且降解速率比较快的硫酸钙和生物活性玻璃，并通过控制硫酸钙和生物活性玻璃的添加量，调节磷酸钙骨水泥的降解速率，同时，骨水泥的中的硫酸钙和生物活性玻璃的降解后在骨水泥中形成多孔结构，有利于促进骨水泥降解和的骨细胞的长入，解决目前磷酸钙骨水泥在体内降解比较缓慢，阻碍了新骨组织的生成和重建的问题。本发明以掺锶磷酸八钙(Sr-OCP)作为Sr2+源的改性α-TCP骨水泥，能够缩短凝结时间，并有利于提高骨水泥的抗压强度；且用Sr-OCP改性α-TCP骨水泥表现出更稳定、合适的离子释放速率，促进细胞增殖。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种快速降解的可注射型骨水泥，其特征在于，包括固相粉末和固化液，所述固相粉末由硫酸钙、生物活性玻璃和磷酸钙骨水泥固相粉末组成；所述硫酸钙与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.06～0.15:1，所述生物活性玻璃与磷酸钙骨水泥固相粉末的质量比为0.05～0.2:1；所述磷酸钙骨水泥固相粉末由α-磷酸三钙、碳酸钙、掺锶磷酸八钙和无定形磷酸钙组成；所述磷酸钙骨水泥固相粉末中，锶和钙的摩尔比为：锶:钙=0.15～0.25：1；所述钙和锶之和与磷的摩尔比为：钙+锶:磷=1.3～1.4:1；
所述固化液由黄原胶和柠檬酸组成；固化液中柠檬酸的浓度为1 mol/L，黄原胶的质量分数为0.5%～1%；
所述固相粉末和固化液的质量比为2.5:1。
2.根据权利要求1所述的快速降解的可注射型骨水泥，其特征在于，所述α-磷酸三钙与碳酸钙的质量比为1:0.05～0.15；所述α-磷酸三钙与无定形磷酸钙的质量比为1:0.1～0.2。
3.根据权利要求1所述的快速降解的可注射型骨水泥，其特征在于，所述掺锶磷酸八钙中的锶的取代度为10%～20%。
4.根据权利要求1～3任一项所述的快速降解的可注射型骨水泥在骨修复材料中的应用。
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