CN106139253A - 可形成复合骨水泥的组合物及由其形成的骨水泥 - Google Patents

Abstract

本发明提供可形成复合骨水泥的组合物及由其形成的骨水泥，该组合物包含形成聚甲基丙稀酸甲酯骨水泥的组合物，及金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球；以组合物的总重为100％计，其包括质量分数为8％～60％的金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球；微球是以金枪鱼鱼骨粉与透明质酸为原料制备得到的微球，其中，以金枪鱼鱼骨粉与透明质酸的总重量为100％计，金枪鱼鱼骨粉的质量分数为30％～70％，透明质酸的质量分数为30％～70％。本发明提供的组合物是在可形成PMMA骨水泥组合物的基础上加入了促进骨生长的金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球，所得骨水泥具有优异的生物活性、生物相容性、骨整合性能等优点。

Description

可形成复合骨水泥的组合物及由其形成的骨水泥

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种可形成复合骨水泥的组合物及由其形成的骨水泥。

背景技术

骨水泥是一种广泛用于骨科手术的医用材料，骨水泥通常由粉剂和液相两部分组成，在室温下将其按一定比例混合即可发生固化，将其置于更换关节或填充的部位，待反应结束后即可将关节固定或骨缺损修补。由于骨水泥具有可注射性，可最大限度减少小手术创口的面积，加快康复速度，减轻患者痛苦，故而常用于骨组织的填充材料和支架材料，起到支撑作用，是骨组织应用材料不可缺少的一员。自20世纪60年代初骨水泥问世以来，主要的骨水泥种类有生物陶瓷骨水泥、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥、磷酸钙骨水泥和羟基磷灰石骨水泥等。

目前，临床应用最广泛的是聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)骨水泥。传统的聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)骨水泥尽管有较好的力学性能，可以用于承重部分的骨修复植入，而且与植入材料有较强的结合力，但是它不能直接诱导骨组织生长，与宿主骨之间的界面结合力低，容易松动，在固化时形成过高的热积聚温度易造成周围组织及脊髓损伤等。上述缺陷限制了PMMA骨水泥作为治疗骨质疏松填充材料的应用范围。而且固化之后，PMMA材料基体较为致密，表面没有气孔，从而不利于组织的长入，骨整合性能较差。因此，如何改良PMMA骨水泥，使其既保留其优良的力学性能，又使其能促进骨组织生长，增大与宿主骨细胞之间的结合力；降低其固化过程中的最高固化温度；和/或改善PMMA材料没有气孔，不利于组织长入的缺陷是本领域的重要研究课题。

研究表明，要在人工替代材料与天然骨组织间建立一种强的化学键合，就要在材料与骨间形成类骨过渡层，即与骨组织成分(钙磷)相似。磷灰石材料，如磷酸钙陶，羟基磷灰石、磷酸三钙与含磷溶液接触，可以在骨组织表面生成可以类骨无机成分，从而与骨骼形成牢固的化学键合。磷灰石类骨修复材料具有优异的生物活性和骨传导性能，能够修复受损骨骼，具有优异的骨修复性能。

锶羟基磷灰石(Sr-HA)是在羟基磷灰石的基础上，用锶取代羟基磷灰石结构中钙的位置制备而成。与传统的磷灰石相比，锶羟基磷灰石不仅具有生物活性，骨传导性和骨修复性能，而且具有更优异的成骨能力，能够作为骨质疏松的治疗药物。锶(Sr)在人体内的骨骼代谢过程中有着双重作用，能够刺激新骨生成的同时抑制破骨吸收。锶(Sr)从锶羟基磷灰石基体中缓慢释放进入局部骨缺损部位，促进成骨修复，抑制破骨吸收，可以获得更好的骨修复性能。

海洋生物资源是一个十分巨大，有待深入开发的生物资源。深海金枪鱼就是其中的一类典型代表。金枪鱼鱼骨含有丰富的钙质和磷质资源，其矿物质及微量元素测定结果表明，金枪鱼鱼骨不仅含有大量的钙和磷，还含有其它多种能有效促进成骨的微量元素如锶、硼、锌、硅、钠、镁、铜、铁等，且锶的含量远远高于在陆生动物。钙磷元素是骨骼、牙齿及软骨组织的重要成分，钠、镁、锌和铁亦有助于提高人体免疫、维持正常细胞代谢及参与合成血红蛋白等。而锶则是骨骼代谢的重要微量元素，具有较强的成骨能力，能够治疗骨质疏松。金枪鱼源于深海，受到的污染很少，几乎不含有毒物质如重金属元素As、Pb、Hg和Cd等，具有优异的使用安全性。因此，以深海金枪鱼为研究基础，对深海金枪鱼鱼骨这一类远洋渔业废弃物进行深加工，获得了主要成分为锶羟基磷灰石的天然生物活性海洋无机矿物，深海金枪鱼鱼骨粉。研究发现，通过煅烧深海金枪鱼鱼骨获得的深海金枪鱼鱼骨粉比合成的锶活性物质具有更强的成骨细胞分化及增殖的能力。

CN104841016A公开了一种金枪鱼鱼骨粉材料及其制备方法和应用，该案表明由其方法制备得到的金枪鱼鱼骨粉材料对成骨细胞增殖效果好，是一种优良的生物活性材料，具有较强的促成骨能力。

发明内容

有鉴于现有PMMA骨水泥的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种可形成复合骨水泥的组合物及由其形成的复合骨水泥，以有效解决上述问题中的至少一方面。

如前所述，金枪鱼鱼骨粉是一种优良的生物活性材料，具有较强的促成骨能力的材料，因而，如果能将金枪鱼鱼骨粉引入PMMA骨水泥中，开发新型复合骨水泥，将会有着传统的PMMA骨水泥所无法比拟的优势，如生物活性，骨传导和诱导成骨的作用、射线不透性以及与骨组织良好的骨整合性能。

发明人在实验中按CN104841016A制备得到金枪鱼鱼骨粉材料，试图将其与PMMA混合制备复合材料，然而实验中发现金枪鱼鱼骨粉材料无法在PMMA中均匀混合。

经过反复的工艺探索和验证，在大量的实验工作后，发明人采用透明质酸，并将其与金枪鱼鱼骨粉形成微球，有效解决了该技术问题，本发明首先利用金枪鱼鱼骨粉和透明质酸做成了微球，其中，金枪鱼鱼骨粉包裹于透明质酸，这一微球包裹工艺能够在金枪鱼鱼骨粉和PMMA之间建立一层透明质酸过渡层，成功使得金枪鱼鱼骨粉与PMMA的均匀混合。

为此，一方面，本发明提供一种可形成复合骨水泥的组合物，其中，所述组合物包含形成聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)骨水泥的组合物，及金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球；以所述可形成复合骨水泥的组合物的总重量为100％计，其包括质量分数为8％～60％的金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球，例如包括10％～50％、15％～45％、20％～40％、25％～35％或25％～30％等的金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球；

所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球是以金枪鱼鱼骨粉与透明质酸为原料制备得到的微球，其中，以金枪鱼鱼骨粉与透明质酸的总重量为100％计，所述金枪鱼鱼骨粉的质量分数为30％～70％，例如40％～60％、50％～60％等；所述透明质酸的质量分数为30％～70％，例如40％～60％、50％～60％等；

优选地，所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球的粒径为30μm～500μm，例如40μm～400μm、60μm～350μm、100μm～250μm、100μm～200μm、160μm～180μm等。

本发明所述金枪鱼鱼骨粉是由金枪鱼的鱼骨制备得到的鱼骨粉，包括但不限于CN104841016A公开的技术方案得到金枪鱼鱼骨粉材料。

本发明所述形成聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)骨水泥的组合物为现有的形成聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的组合物，如前所述，该组合物通常包括固相粉剂及固化液，固相粉剂中通常包括聚甲基丙烯酸甲酯，固化液中通常包括甲基丙烯酸甲酯。

本发明所用透明质酸是一种酸性粘多糖。透明质酸以其独特的分子结构和理化性质在机体内显示出多种重要的生理功能，如润滑关节，调节血管壁的通透性，调节蛋白质，水电解质扩散及运转，促进创伤愈合等。将本发明组合物形成骨水泥，并将其注入体内后，所用透明质酸在体内后被降解和吸收后会原位留下孔隙，有利于细胞和组织的长入，保证材料能够与宿主骨形成更好的绞索嵌顿。

本发明可形成复合骨水泥的组合物是在现有形成聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥组合物的基础上加入了金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球。金枪鱼鱼骨粉的添加，赋予了复合骨水泥良好的生物活性，植入人体后能够增强复合骨水泥与宿主骨的结合，具有较好的骨整合性能；透明质酸的添加，使得复合骨水泥植入体内后能够原位形成孔隙，有利于细胞和组织的长入。金枪鱼鱼骨粉不仅含有钙和磷，还含有其它多种能有效促进成骨的微量元素如锶、锌、硅、钠、镁、铜、铁等，且锶的含量较高，能有效地诱导骨生长。植入体内后，除了能够释放出锶(Sr)、钙(Ca)、磷(P)等骨骼代谢重要元素外，镁、硅等多种有效促进成骨的微量元素也会以离子形式析出，可以刺激骨细胞的生长，具有较好的骨修复效果；金枪鱼鱼骨粉能够有效地吸附蛋白和细胞，并转化为骨组织的一部分。同时本发明实验表明由所述组合物形成的复合骨水泥还具有与骨骼相匹配的力学强度，综合了金枪鱼鱼骨粉、透明质酸和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的性能，从而在促进骨修复方面达到了更为良好的效果。

除特别注明外，本发明所述比例或分数均是指质量比例或质量分数。

优先地，作为本发明的一具体实施方式，以本所述可形成复合骨水泥的组合物的总重量为100％计，前述形成聚甲基丙稀酸甲酯骨水泥的组合物包括质量分数为6.4％～59.625％的聚甲基丙烯酸甲酯粉体，例如10％～55％、15％～50％、20％～45％、25％～40％、30％～40％等；质量分数为0.2％～3％的聚合引发剂，例如0.5％～2.5％、0.8％～2.0％、1.0％～1.5％等；质量分数为24.25％～59.94％甲基丙烯酸甲酯，例如25％～55％、30％～50％、35％～45％、40％～45％等；及质量分数为0.025％～1.8％的聚合物活化剂，例如0.05％～1.5％、0.10％～1.2％、0.5％～1.5％、0.5％～1.0％等；

优选地，所述聚甲基丙烯酸甲酯粉体的粒径为40μm～80μm，例如40μm～60μm、50μm～70μm、60μm～80μm等；

优先地，所述聚合引发剂包括过氧化二苯甲酰；所述聚合活化剂包括N,N-二甲基对甲苯胺；

选择性地，所述组合物还包括药物，优选地，所述药物包括抗生素药粉，例如硫酸庆大霉素或利福平药粉；优选地，每1g所述固相粉剂装载2～300mg的药物。

将上述组合物配制形成复合骨水泥或浆体可使其生物力学强度、生物活性、生物相容性、可注射性及凝固时间达到优良的平衡。此外，本发明意外发现，由上述组合物形成的复合骨水泥浆体的最高固化温度明显降低，大大减轻了骨水泥应用过程中对周围组织及脊髓的损伤。

本发明组合物各组分的量优先控制在前述范围内，可使得由所述组合物形成的骨水泥浆体及由其形成的骨水泥的多种性能达到优良的平衡。例如金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球优先控制在前述范围内，当其加入量过多会影响复合骨水泥的力学性能反而不能应用于骨修复领域。PMMA的加入量同样优先控制在前述范围内，虽然单纯的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥具有一定的生物相容性和较高的力学性能，但PMMA加入量过高会影响复合骨水泥的生物活性。又例如单体MMA、聚合引发剂及聚合活化剂的加入量优选控制在前述范围内。单体MMA和PMMA共聚实现自固化过程中，需要聚合引发剂和聚合活化剂的参与。当组分中的聚合引发剂和聚合活化剂含量不恰当时，发明的可注射的复合骨水泥浆体或者固化速度过快或者固化速度过慢。固化速度过快，在操作过程中，使用者不能及时的将骨水泥植入体内；固化速度过慢时，未完全固化的骨水泥浆体容易被血流或者体液冲散，引发栓塞，对患者造成生命危险，因此恰当的组成设计使得可注射的复合骨水泥浆体有着最优的临床使用理化性能也是本发明的技术难点。通过各组分加入量的调节，使得由本发明所述组合物形成的复合水泥不仅具有良好的生物力学强度，还具有良好的生物活性与生物相容性，所得复合骨水泥基体中的金枪鱼鱼骨粉在体内能释放出骨骼生长促进元素如锶、钙、磷等，且可放射造影，无需加入额外显影剂(如硫酸钡、氧化锆等)，有着更安全的使用性能。

根据本发明的具体实施方式，在本发明所述组合物中，所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球是按如下方法制备得到：

(a)形成含所述金枪鱼鱼骨粉与所述透明质酸的水溶液，优选在30℃～50℃下形成该水溶液；

(b)对步骤(a)所得水溶液在100～150℃温度范围内进行喷雾干燥，以制得所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球；

优选地，通过调节溶液的浓度和喷嘴的尺寸控制微球的尺寸。

基于上文叙述，本发明亦可提供一种可形成复合骨水泥的组合物，其中，该组合物包括固相粉剂及固化液；以固相粉剂及固化液重量之和为100％计，所述固相粉剂的质量分数为40％～75％，例如45％～70％、50％～65％、55％～60％等；所述固化液的质量分数为25％～60％，例如30％～60％、35％～55％、40％～50％、45％～50％等；

以所述固相粉剂的重量为100％计，其包括质量分数为20％～80％的金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球，例如30％～70％、40％～60％、50％～60％的金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球；

所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球是以金枪鱼鱼骨粉与透明质酸为原料制备得到的微球，其中，以金枪鱼鱼骨粉与透明质酸的总重量为100％计，所述金枪鱼鱼骨粉的质量分数为30％～70％，例如40％～60％、50％～60％等；所述透明质酸的质量分数为30％～70％，例如40％～60％、50％～60％等；

优选地，所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球的粒径为30μm～500μm，例如40μm～400μm、60μm～350μm、100μm～250μm、100μm～200μm、160μm～180μm等；

选择性地，所述固相粉剂还包括药物，优选地，所述药物包括抗生素药粉，例如硫酸庆大霉素或利福平药粉；优选地，每1g所述固相粉剂装载2～300mg的药物；

优选地，所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球是按如下方法制备得到：

(a)形成含所述金枪鱼鱼骨粉与所述透明质酸的水溶液；

(b)对步骤(a)所得水溶液在100～150℃温度范围内进行喷雾干燥，以制得所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球；

优选的，通过调节溶液的浓度和喷嘴的尺寸控制微球的尺寸。

作为本发明的一具体实施方式，以所述固相粉剂的重量为100％计，其还包括质量分数为16％～79.5％的聚甲基丙烯酸甲酯粉体，例如20％～75％、25％～70％、30％～65％等的聚甲基丙烯酸甲酯粉体；及质量分数为0.5％～4％的聚合引发剂，例如0.5％～3.5％、1.0％～3.0％、1.5％～2.5％等的聚合引发剂；

优选地，所述聚甲基丙烯酸甲酯粉体的粒径为40μm～80μm，例如40μm～60μm、50μm～70μm、60μm～80μm等；

优选地，所述聚合引发剂包括过氧化二苯甲酰。

当控制所述固相粉剂在所述组合物中的质量百分数为40％～75％，所述固化液的质量分数为25％～60％；所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球在固相粉剂中的质量百分数为20％～80％，所述聚甲基丙烯酸甲酯在固相粉剂中的质量百分数为16％～79.5％，所述的聚合引发剂在固相粉剂中的质量百分数为0.5％～4％时，可实现前述各性能的优良平衡。

作为本发明的一具体实施方式，以所述固化液的重量为100％计，其包括质量分数为97％～99.9％的甲基丙烯酸甲酯，及质量分数为0.1％～3％的聚合活化剂；

优选地，所述聚合活化剂包括N,N-二甲基对甲苯胺。

另一方面，本发明提供一种复合骨水泥浆体，其是将本发明前述组合物中所述形成聚甲基丙稀酸甲酯骨水泥的组合物，及相应技术方案中所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球混合可形成复合骨水泥的组合物制成可注射的复合骨水泥浆体；或

其是将本发明所述的可形成复合骨水泥的组合物制成可注射的复合骨水泥浆体；其中，在相应技术方案中，所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球、所述聚甲基丙烯酸甲酯粉体及所述聚合引发剂以粉剂的形式加入，所述甲基丙烯酸甲酯及所述聚合物活化剂以液剂的形式加入；或

其是将本发明所述可形成复合骨水泥的组合物中的所述固相粉剂与所述的固化液混合，形成可注射的复合骨水泥浆体。

优选地，上述混合的时间均为1～2min。

再一方面，本发明提供一种复合骨水泥，其是本发明所述的复合骨水泥浆体固化5～25min得到的。浆体中各组分发生聚合反应生成所述复合骨水泥。

由上可知，本发明提供了一种可注射的复合骨水泥浆体以及由其形成的复合骨水泥，形成所述可注射的复合骨水泥浆体的原料可包括固相粉剂和固化液，固相粉剂和固化液通过聚合反应得到复合骨水泥。

作为本发明的一具体实施方式，复合骨水泥浆体及复合骨水泥的制备方法包括如下步骤：

(1)固相粉剂的制备

金枪鱼鱼骨粉的制备：

将金枪鱼鱼骨洗净，粉碎后，经逐步升温法，高温煅烧鱼骨，将温度调控到850℃，逐步快速将有机相挥发，残留无机成分；

此步骤的关键点在于通过温度的调控，控制鱼骨无机相的结晶度，以防止无机晶体相随温度升高而导致的晶粒长大，进而影响降解速率。烧结后的鱼骨粉利用振动粉碎机、气流粉碎机、振动分筛机等设备进一步粉碎和分级，获得金枪鱼鱼骨粉粉末；

金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球的制备

将透明质酸溶于水，40℃恒温磁力搅拌1～3小时混合均匀，然后将制备的金枪鱼鱼骨粉逐渐加入透明质酸溶液中，再次40℃恒温磁力搅拌2～5小时，待混合均匀后，利用喷雾干燥器干燥造粒，制备金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球，其中微球的尺寸通过调节溶液的浓度和喷嘴的尺寸控制；

将金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球、聚甲基丙烯酸甲酯粉体、聚合引发剂混合，得到固相粉剂；其中，所述聚合引发剂包括过氧化二苯甲酰；所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球在固相粉剂中的质量百分含量为20％～80％，所述聚甲基丙烯酸甲酯粉体在固相粉剂中的重量百分含量为16％～79.5％，所述的聚合引发剂在固相粉剂中的重量百分含量为0.5％～4％；

(2)固化液的制备：

将聚合活化剂加入液态甲基丙烯酸甲酯中，混合均匀，得到固化液，其中，所述聚合活化剂包括N,N-二甲基对甲苯胺；

(3)可注射的复合骨水泥浆体的配制：

按照所述固相粉剂占所述固相粉剂及所述固化液重量总重的质量百分数为40％～75％，所述固化液占所述固相粉剂及所述固化液重量总重的质量百分数为20％～60％，将上述制得的固相粉剂和固化液进行混合，形成可注射的复合骨水泥浆体。

所述复合骨水泥是通过步骤(3)得到所述的可注射的复合骨水泥浆体后，使其固化5min～25min得到的。

优选地，步骤(1)中，所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球的粒径为30μm～500μm。

优选地，步骤(1)中，所述聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉体的粒径为40μm～80μm。

优选地，所述固相粉剂还包括药物粉体。当将药物粉体添加到固相粉剂中，得到混合固相。所述药物粉体包括但不限于硫酸庆大霉素、利福平等抗生素药物。优选地，所述药物粉体的装载量为1g固相粉剂装载2mg～300mg的药物粉体，此处固相粉剂是指未包含药物粉体。

优选地，步骤(2)中，所述甲基丙烯酸甲酯(MMA)在所述固化液中的重量百分含量为97％～99.9％。

优选地，步骤(2)中，所述聚合活化剂在所述固化液中的重量百分含量为0.1％～3％。

优选地，步骤(3)中，所述混合的时间为1min～2min。

本发明提供的可注射的复合骨水泥浆体的制备方法，所述固相粉末与所述固化液在混合初期，得到的为糊状浆体，这种糊状浆体具有可塑性和可注射性，并且由于甲基丙烯酸甲酯单体在聚合活化剂、聚合引发剂的作用下进行自由基聚合反应，得到聚甲基丙烯酸甲酯的聚合体，所述糊状浆体可自行固化，形成具有一定机械强度和骨修复能力的固态物，所述固态物是以聚合反应形成的聚甲基丙烯酸甲酯作为基体，所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球均匀地分散于所述基体的内部和表面，即得到复合骨水泥。

通过调节所述固相粉末与所述固化液的组成，可制备出良好力学性能且同时具有良好的生物活性、骨传导和修复能力的所述复合骨水泥或其浆体。所述复合骨水泥的制备方法简单易操作，塑形方便、聚合温度低，便于应用，该复合骨水泥同时具备了金枪鱼鱼骨粉、透明质酸和PMMA的优异性能。

再一方面，本发明提供本发明所述的组合物，或所述复合骨水泥浆体，或所述复合骨水泥在制备骨修复材料中的应用；优选地，所述骨修复材料包括骨组织的填充材料和/或支架材料。

优选地，所述应用包括如下步骤：

按前述步骤(1)～(3)制备得到可注射的复合骨水泥浆体，然后将所得可注射的复合骨水泥浆体立即灌入医用注射器，注射到待修复骨组织部位。本发明复合骨水泥的应用方式简单，简化了骨手术操作，便于减少患者的痛苦。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(a)本发明是对远洋金枪鱼捕捞工业的废弃物，金枪鱼鱼骨进行深加工，附加值高，不仅可以促进水产加工废弃物的综合利用、提高产值，而且还可以减少对环境的污染，具有较好的生态环境价值。

(b)本发明提供的复合骨水泥组合物是在聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥基础上加入了促进骨生长的金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球，综合了金枪鱼鱼骨粉、透明质酸和PMMA的性能，制得的复合骨水泥具有优异的生物活性、生物相容性、骨整合性能，可作为骨修复和治疗一体化的复合组织工程支架。

(c)与传统的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥相比，本发明的复合骨水泥具有明显降低的最高固化温度，从而避免了传统的PMMA固化过程中的热释放对宿主组织造成的热损伤。

(d)与传统的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥相比，本发明的复合骨水泥的抗压强度明显的低于传统的PMMA骨水泥，但却能够更加匹配骨骼的力学强度，能够有效地降低传统的PMMA骨水泥对骨组织的力学屏蔽效应。

(e)与传统的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥相比，本发明的复合骨水泥植入体内后，材料基体中的透明质酸被降解和吸收后，能够原位形成孔隙，从而有利于细胞和组织长入材料基体，从而保证材料能够与宿主骨形成更好的绞索嵌顿。

(f)本发明提供的复合骨水泥的制备方法简单易操作，塑形方便、聚合温度低，便于应用。

(g)本发明所述复合骨水泥还能负载药物，可以进一步提高其在骨修复材料中的应用效果，其应用方式简单，简化了骨手术操作，便于减少患者的痛苦。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a、图1b分别为本发明实施例中制备出的金枪鱼鱼骨粉的微观形貌和XRD图谱；

图2为本发明实施例1中所用的PMMA粉末微观形貌和颗粒大小；

图3为本发明实施例1中所制备得到的金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球的微观形貌和大小；

图4为本发明实施例1中复合骨水泥与对照组骨水泥的抗压强度测试结果图；

图5为本发明实施例1中复合骨水泥与对照组骨水泥的固化过程中最高固化温度结果图；

图6为本发明实施例1中复合骨水泥与空白组、对照组的骨水泥的细胞毒性实验结果图；

图7为本发明实施例2中可注射的复合骨水泥浆体的可注射性测试结果图，其中横坐标为固相粉剂与固化液的质量比；

图8为本发明实施例3中可注射的复合骨水泥浆体的凝固时间测试结果图，其中横坐标为固相粉剂与固化液的质量比；

图9为本发明实施例1制得的复合骨水泥负载硫酸庆大霉素后的体外药物释放曲线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明以下实施例中，所述聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉体是采用悬浮聚合法制备，但不限于此。具体地，包括以下步骤：

在高速搅拌下，将0.5克PVA加入蒸馏水中，一段时间后加入0.5克过氧化二苯甲酰(BPO)，然后加入50毫升甲基丙烯酸甲酯(MMA)和10毫升丙烯酸甲酯(MA)单体，升温至70℃，保温20～30min；继续升温至80℃，保温60～70min，再升温至98℃，保温30min。将所得悬浮液体倒入烧杯中静置，除去上层母液，用蒸馏水反复洗涤过滤。然后将洗涤过滤后的产物置于40℃的烘箱中干燥，干燥后研磨过筛，得到颗粒范围为40～80μm的白色PMMA粉体。

本发明以下实施例中，所述金枪鱼鱼骨粉材料是高温煅烧法制备，但不限于此。具体地，包括以下步骤：

将金枪鱼鱼骨洗净，粉碎后，经逐步升温法，高温煅烧鱼骨。将温度调控到850℃，逐步快速将有机相挥发，残留无机成分。此步骤的关键点在于通过温度的调控，控制鱼骨无机相的结晶度，以防止无机晶体相随温度升高而导致的晶粒长大，进而影响降解速率。烧结后的鱼骨粉利用振动粉碎机、气流粉碎机、振动分筛机等设备进一步粉碎和分级，选取颗粒直径位于10～20μm的金枪鱼鱼骨粉粉末，所得金枪鱼鱼骨粉粉末的微观形貌和XRD图谱分别如图1a及图1b所示。

本发明以下实施例中，所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球是喷雾干燥法制备，但不限于此。具体地，包括以下步骤：

将4g透明质酸溶于40g水，40℃恒温磁力搅拌2小时混合均匀。然后将6g按上述方法制备的金枪鱼鱼骨粉逐渐加入透明质酸溶液中，再次40℃恒温磁力搅拌3小时，待混合均匀后，在120℃条件下，利用喷雾干燥器干燥造粒，制备粒径为30～500μm的金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球，其中金枪鱼鱼骨粉的质量百分比为60％，透明质酸的质量百分数为40％。

实施例1

本实施例提供可形成复合骨水泥的组合物及由其形成的骨水泥，具体地，可体现在下述复合骨水泥或其浆体的制备方法中，该方法包括如下步骤：

选取按前述方法制备得到的粒径为40～60μm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉体，PMMA粉体的微观形貌和颗粒大小见图2。选取按前述方法制备得到的天然金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球，其中金枪鱼鱼骨粉的质量百分比为60％，粒径为约150μm，其微观形貌见图3所示。将上述制得的天然金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球与PMMA粉体、聚合引发剂过氧化二苯甲酰(BPO)按照30％：68％：2％的质量比混合，经消毒后得到复合骨水泥的固相粉剂；

(2)固化液的制备：

按照0.1％：99.9％的质量百分比将N,N-二甲基对甲苯胺(DMPT)和液态甲基丙烯酸甲酯(MMA)混合均匀，制备复合骨水泥的固化液；

(3)复合骨水泥的配制：

取上述制得的固相粉剂和固化液，将固相粉剂和固化液按照质量百分比为66.7％：33.3％的比例进行混合2分钟，混合均匀后，形成可注射的复合骨水泥浆体，得到可注射的复合骨水泥浆体。

效果实施例1复合骨水泥的抗压强度测试：

取实施例1制得的可注射的复合骨水泥浆体，将其填充于模具中固化10min，并置于37℃、湿度为99％的恒温恒湿箱中养护一天，将得到的复合骨水泥制品作为实验组样品；对照组是将实施例1中所用PMMA粉体和所用固化液按照质量百分数为66.7％：33.3％的比例混合，制备得到的PMMA骨水泥(不含金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球的PMMA骨水泥)。

抗压强度测试中所用到的实验组、对照组样品为高12毫米、直径6毫米的圆柱体。利用通过电子万能实验机分别对样品的抗压强度进行检测，压头速率为0.5mm/min。压缩强度(抗压强度)结果如图4，实验组骨水泥的压缩强度为82.3±3.2MPa，对照组骨水泥的抗压强度为94±4.5MPa。实验组骨水泥的强度小于对照组骨水泥，更接近于骨骼的抗压强度，另外(实验组骨水泥的压缩性能达到标准YY 0459-2003/ISO 5833:2002规定的该类骨水泥的最低标准(>70MPa)。

效果实施例2可注射的复合骨水泥浆体在固化过程中的最高固化温度

取实施例1制得的可注射的复合骨水泥浆体作为实验组样品；对照组是将实施例1中所用PMMA粉体和所用固化液按照质量百分数为66.7％：33.3％的比例混合，制备得到PMMA骨水泥浆体(不含金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球的PMMA骨水泥浆体)。

骨水泥浆体置于聚乙烯模具中，测试环境为20℃，利用微量热仪(VoltcraftData-Logger K202,Conrad Electronics,Germany)测量实验组和对照组的骨水泥浆体在固化过程中的最高固化温度。固化过程的最高固化温度结果如图5，实验组的最高固化温度为74.38±4.13℃，而对照组PMMA骨水泥浆体(不含金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球的PMMA骨水泥浆体)的最高固化温度为89.56±6.86℃，实验组的最高固化温度明显低于对照组。

效果实施例3复合骨水泥的细胞毒性测试：

取实施例1制得的可注射的复合骨水泥浆体，将其填充于模具中固化10min，并置于37℃、湿度为99％的恒温恒湿箱中养护一天，将得到的复合骨水泥制品作为实验组样品；对照组则是PMMA骨水泥(不含金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球的PMMA骨水泥)其是将实施例1所用的PMMA粉体和所用的固化液按照质量百分数为66.7％：33.3％的比例混合，制备得到的PMMA骨水泥(不含金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球的PMMA骨水泥)。

细胞毒性测试中所用到的实验组、对照组样品为直径10毫米，高2毫米的圆片。所有细胞毒性测试都根据GB/T16886.5-2003选择浸提液试验方法，按照GB/T14233.2-2005《细胞毒性试验》中推荐的MTT法进行试验。具体过程如下：

(1)首先进行细胞培养：取冻存的L929成纤维细胞进行复苏—培养—传代—培养的过程，当细胞传至第三代时(正常状态下需5-6天)，对细胞消化待用。

(2)其次是浸提液准备：采用浸提液试验方法，计算实验组、对照组骨水泥样品重量与表面积的转换关系，采用DMEM细胞培养液(含15％胎牛血清)，以浸提比例6cm²/ml，37℃，24h制备实验组、对照组的浸提液。

将配制好的密度为1×10⁴/ml的细胞悬液接种于96孔板中，每孔100μl，设置空白组(只有细胞培养液，不加浸提液)、实验组、对照组，每组至少接种3个孔，在含5％二氧化碳条件下，37℃培养24h后，弃去培养液，空白组用细胞培养液交换，实验组和对照组分别用各自浸提液交换。置于5％二氧化碳培养箱中37℃培养72h后，加MTT继续培养4h，在酶标仪570nm和630nm处测定吸光度。以空白组的吸光度为标准，计算相对增殖率(RGR)，根据RGR判断实验组和对照组样品的细胞毒性反应级别。细胞毒性的测试结果如图6，与空白组相比，实验组和对照组的细胞存活率均高于80％，这说明复合骨水泥具有较低的细胞毒性，即良好的生物相容性。

实施例2

本实施例提供可形成组合物及由其形成的骨水泥，具体地，可体现在下述复合骨水泥或其浆体的制备方法中，该方法包括如下步骤：

(1)固相粉剂的制备：

选取按前述方法制备得到的粒径为60-80μm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉体和粒径为40～80μm金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球。将PMMA、金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球与聚合引发剂过氧化二苯甲酰(BPO)，按照60％：39％：1％的质量比混合，经消毒后得到复合骨水泥的固相粉剂；

(2)固化液的制备：

按照1.5％：98.5％的质量百分比将N,N-二甲基对甲苯胺(DMPT)和液态甲基丙烯酸甲酯(MMA)混合均匀，制备复合骨水泥的固化液；

(3)复合骨水泥的配制：

取上述制得的固相粉剂和固化液，将固相粉剂和固化液分别按照质量百分比为40％：60％、50％：50％、60％：40％、63％：33.3％、75％：25％的比例(即质量比分别为2:3、1:1、3:2、2:1、3:1)进行混合1分钟，混合均匀后，得到5组可注射的复合骨水泥浆体。

效果实施例4可注射的复合骨水泥浆体的可注射性测试：

取实施例2中制得的5组可注射的复合骨水泥浆体，利用医用注射器表征可注射的复合骨水泥的可注射性能：准确称量测试前注射器的重量M0，复合骨水泥浆体置于注射器中的重量M1，以及骨水泥浆体挤出医用注射器后的重量M2，利用公式J％＝[(M1-M2)÷(M1-M0)]×100％来计算可注射的复合骨水泥浆体的可注射性能J％，结果见图7。

从图7可以看出，所有组分的复合骨水泥浆体都有良好的可注射性能。随着复合骨水泥中固相粉剂的含量增加，复合骨水泥浆体的可注射性先逐渐增加，从80.22±3.76％(质量比2:3)增加为98.98±5.88％(质量比2:1)，随着复合骨水泥中固相粉剂质量比的进一步增加，复合骨水泥浆体的可注射性降低，为84.16±6.97(质量比3:1)。图7表明，可以通过调节复合骨水泥中固相粉剂和固化液的质量比，制得适合于临床应用的可注射的复合骨水泥浆体。

实施例3

本实施例提供可形成复合骨水泥的组合物及由其形成的骨水泥，具体地，可体现在下述复合骨水泥或其浆体的制备方法中，该方法包括如下步骤：

(1)固相粉剂的制备：

选取按前述方法制备得到的粒径为60-80μm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉体，粒径为100～200μm的金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球和聚合引发剂过氧化二苯甲酰(BPO)，按照5％：93.5％：1.5％的质量比混合，经消毒后得到复合骨水泥的固相粉剂；

(2)固化液的制备：

按照3％：97％的质量百分比将N,N-二甲基对甲苯胺(DMPT)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)混合均匀，制备复合骨水泥的固化液；

(3)复合骨水泥的配制：

取上述制得的固相粉剂和固化液，将固相粉剂和固化液分别按照质量百分比为40％：60％、50％：50％、60％：40％、66.7％：33.3％、75％：25％的比例(即质量比分别为2:3、1:1、3:2、2:1、3:1)进行混合1分钟，混合均匀后，混合均匀后，得到5组可注射的复合骨水泥浆体。

效果实施例6可注射的复合骨水泥浆体的凝固时间测试：

取实施例3制得的5组可注射的复合骨水泥浆体，将其填充于模具中，并置于37℃、湿度为99％的恒温恒湿箱中养护，利用水泥稠度仪测定可注射的复合骨水泥浆体的凝固时间，结果如图8。

从图8可以看出，随着固相粉剂在复合骨水泥中质量含量的增加，复合骨水泥浆体的凝固时间逐渐增加，从7.45±0.76分钟增加至9.76±0.97分钟。以上5组可注射的复合骨水泥都满足标准YY 0459-2003/ISO 5833:2002规定的该类骨水泥凝固时间的最低标准。

应用实施例1

可注射的复合骨水泥用于药物载体，承载抗菌素药物：

(1)按照实施例1的方法制备复合骨水泥的固相粉剂和固化液；

(2)将上述制得的固相粉剂与抗生素药物-硫酸庆大霉素混合均匀，作为混合固相，药物的装载量为：1g固相粉剂装载100mg药物。称量4g固相粉剂与400mg抗生素药物-硫酸庆大霉素的混合粉体，并量取2g制得的固化液，按照含有硫酸庆大霉素的固相粉剂(即混合固相)与固化液质量百分比为66.7％和33.3％进行混合，制备载药复合骨水泥浆体，将制得的载药复合骨水泥浆体填充到模具中，制得直径10毫米，高2毫米的复合骨水泥圆片形试样。

将4粒复合骨水泥圆片形试样(平行实验)浸泡于10ml的磷酸盐缓冲溶液(PBS)，并置于37℃、湿度为99％的恒温恒湿箱。随着浸泡时间的延长，载药复合骨水泥中的抗生素药物-硫酸庆大霉素会逐渐释放到PBS中，利用高性能液相色谱(HPLC)测定PBS中的药物的累计释放含量，药物释放的结果如图9所示。

从图9可以看出，在浸泡初期，药物的释放较快，浸泡5小时后，药物释放了初始载药总量的23％，10小时后释放总量为37％。随后，药物释放速率逐渐减小。药物释放时间持续达400小时，浸泡400小时后，药物的释放总量为85％。因此，复合骨水泥还能作为药物载体，药物释放速率适中，满足临床要求，从而在促进其在骨修复方面达到了更为良好的效果。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可形成复合骨水泥的组合物，其中，所述组合物包含形成聚甲基丙稀酸甲酯骨水泥的组合物，及金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球；以所述可形成复合骨水泥的组合物的总重量为100％计，其包括质量分数为8％～60％的金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球；

所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球是以金枪鱼鱼骨粉与透明质酸为原料制备得到的微球，其中，以金枪鱼鱼骨粉与透明质酸的总重量为100％计，所述金枪鱼鱼骨粉的质量分数为30％～70％，所述透明质酸的质量分数为30％～70％；

优选地，所述骨粉金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球的粒径为30μm～500μm。

2.根据权利要求1所述的组合物，其中，以所述复合骨水泥的组合物的总重量为100％计，所述形成聚甲基丙稀酸甲酯骨水泥的组合物包括质量分数为6.4％～59.625％的聚甲基丙烯酸甲酯粉体；质量分数为0.2％～3％的聚合引发剂；质量分数为24.25％～59.94％甲基丙烯酸甲酯及质量分数为0.025％～1.8％的聚合物活化剂；

优选地，所述聚甲基丙烯酸甲酯粉体的粒径为40μm～80μm；

优先地，所述聚合引发剂包括过氧化二苯甲酰；所述聚合活化剂包括N,N-二甲基对甲苯胺。

3.根据权利要求1或2所述的可形成复合骨水泥的组合物，其中，所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球是按如下方法制备得到：

(a)形成含所述金枪鱼鱼骨粉与所述透明质酸的水溶液；

(b)对步骤(a)所得水溶液在100～150℃温度范围内进行喷雾干燥，以制得所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球；

优选地，通过调节溶液的浓度和/或喷嘴的尺寸控制所述微球的尺寸。

4.一种可形成复合骨水泥的组合物，其中，该组合物包括固相粉剂及固化液；以固相粉剂及固化液重量之和为100％计，所述固相粉剂的质量分数为40％～75％，所述固化液的质量分数为25％～60％；

以所述固相粉剂的重量为100％计，其包括质量分数为20％～80％的金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球；

所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球是以金枪鱼鱼骨粉与透明质酸为原料制备得到的微球，其中，以金枪鱼鱼骨粉与透明质酸的总重量为100％计，所述金枪鱼鱼骨粉的质量分数为30％～70％，所述透明质酸的质量分数为30％～70％；

优选地，所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球的粒径为30μm～500μm；

选择性地，所述固相粉剂还包括药物，优选地，所述药物包括抗生素药粉，例如硫酸庆大霉素或利福平药粉；优选地，每1g所述固相粉剂装载2～300mg的药物。

5.根据权利要求4所述的可形成复合骨水泥的组合物，其中，以所述固相粉剂的重量为100％计，其还包括质量分数为16％～79.5％的聚甲基丙烯酸甲酯粉体，及质量分数为0.5％～4％的聚合引发剂；

优选地，所述聚甲基丙烯酸甲酯粉体的粒径为40μm～80μm；

优选地，所述聚合引发剂包括过氧化二苯甲酰。

6.根据权利要求4或5所述的可形成复合骨水泥的组合物，其中，以所述固化液的重量为100％计，其包括质量分数为97％～99.9％的甲基丙烯酸甲酯，及质量分数为0.1％～3％的聚合活化剂；优选地，所述聚合活化剂包括N,N-二甲基对甲苯胺。

7.根据权利要求4或5所述的可形成复合骨水泥的组合物，其中，所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球是按如下方法制备得到：

(a)形成含所述金枪鱼鱼骨粉与所述透明质酸的水溶液；

(b)对步骤(a)所得水溶液在100～150℃温度范围内进行喷雾干燥，以制得所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球；

优选地，通过调节溶液的浓度和/或喷嘴的尺寸控制所述微球的尺寸。

8.一种复合骨水泥浆体，其是将权利要求1所述的可形成复合骨水泥的组合物中所述形成聚甲基丙稀酸甲酯骨水泥的组合物，及所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球混合制成可注射的复合骨水泥浆体；或

其是将权利要求2或3所述的可形成复合骨水泥的组合物制成可注射的复合骨水泥浆体；其中，所述金枪鱼鱼骨粉/透明质酸微球、所述聚甲基丙烯酸甲酯粉体及所述聚合引发剂以粉剂的形式加入，所述甲基丙烯酸甲酯及所述聚合物活化剂以液剂的形式加入；或

其是将权利要求4～7中任一项所述组合物中的所述固相粉剂与所述的固化液混合，形成可注射的复合骨水泥浆体。

9.一种复合骨水泥，其是将权利要求8中所述的复合骨水泥浆体固化5～25min得到的。

10.权利要求1～3中任一项所述的可形成复合骨水泥的组合物，或权利要求4～7中任一项所述的可形成复合骨水泥的组合物，或权利要求8中所述复合骨水泥浆体，或权利要求9中所述的复合骨水泥在制备骨修复材料中的应用；优选地，所述骨修复材料包括骨组织的填充材料和/或支架材料。