本發明涉及骨修復醫用材料，特別涉及一種含魔芋葡甘聚糖的抗潰散磷酸鈣骨水泥及其制備方法和應用。

背景技術：

隨著微創手術的快速發展，在骨科臨床中，對于椎體壓縮性骨折、跟骨骨折、撓骨遠端骨折等常見的骨折，只需將骨材料注射在治療部位，就可得到比較理想的治療效果。與大型開放手術相比，微創手術形成的傷口更小，不破壞移植部位的正常供血，減少術后并發癥的發生，也更容易被病人接受。可注射骨修復材料具有良好的形狀可塑性，能夠充分填隙缺損部位，在體內原位凝結固化。目前，磷酸鈣骨水泥的研究進展較快，已成為可注射骨替代材料的重要發展方向之一。

磷酸鈣骨水泥(calciumphosphatecement，cpc)在1983年由brown和chow成功制備而成，它通常是指一類以兩種或者兩種以上磷酸鈣鹽為主要成分，與一定的比例的液相調和形成均勻的膏體，能夠在室溫條件下自行固化且具有一定強度的磷酸鈣鹽材料，其化學成分與骨組織的無機成分相近。cpc可原位自行凝結固化，無需預制成型和高溫燒結，可任意塑形，適合填充于形狀不規則或者形狀較為復雜的缺損部位，且無毒無刺激，生物相容性良好。

抗潰散性一般是指在cpc在凝結固化過程中，在溶液環境中能夠保持膏體形狀完整、不會被周圍液體沖散的能力，它是評價cpc手術操作性能的重要參數之一。然而，在實際外科手術應用中，cpc調成膏體植入體內時，植入部位往往存在血液。cpc與血液直接接觸，一方面血漿中含有的某些離子以及蛋白質等有機物會阻礙羥基磷灰石的形成，延緩cpc的水化過程；另一方面，尚未完全固化凝結的cpc容易被周圍大量液體侵蝕而發生潰散，無法保持形狀完整。逸散的cpc顆粒有可能通過血液循環從植入部位流向體內其它組織器官，引發炎癥反應，影響手術效果，嚴重時甚至會因產生栓塞而導致患者死亡。因此，解決抗潰散問題，能夠提高cpc臨床應用的安全性，擴寬cpc在骨科、整形外科、口腔以及脊柱外科等領域的應用范圍。

在目前的研究中，為改善cpc的抗潰散性，通常會在cpc中添加高分子抗潰散劑。這些抗潰散劑的加入在一定程度上提高了cpc的抗潰散性，但往往會造成cpc可注射性能下降，凝結固化時間延長和抗壓強度降低等問題，不利于cpc的臨床應用。ishikawak等(ishikawak,miyamotoy,konm,etal.non-decaytypefast-settingcalciumphosphatecement:compositewithsodiumalginate[j].biomaterials.1995；16(7):527-532)在磷酸四鈣-磷酸氫鈣體系骨水泥中，以海藻酸鈉溶液作為固化液，實驗結果表明海藻酸鈉明顯提高了cpc的抗潰散性能，漿體能夠在水中不發生潰散，并能正常固化，但海藻酸鈣凝膠削弱了新生成的羥基磷灰石的相互連接，導致cpc固化后力學強度降低。在chiang等(chiangty,hocc,chendch,etal.physicochemicalpropertiesandbiocompatibilityofchitosanoligosaccharide/gelatin/calciumphosphatehybridcements[j].materialschemistryandphysics.2010；120(2):282-288)的研究中，利用明膠溶液作為cpc的固化液，使cpc的抗潰散性能有明顯提高，但cpc的力學性能下降，且明膠對cpc的水化反應產生抑制作用，導致凝結時間延長。liujq等(liujq,lijy,yejd.propertiesandcytocompatibilityofanti-washoutcalciumphosphatecementbyintroducinglocustbeangum[j].journalofmaterialsscience&technology.2016；32(10):1021-1026)采用刺槐豆膠作為cpc的抗潰散劑，cpc能夠在sbf溶液中保持完整形狀，然而刺槐豆膠含量超過1.0％時，cpc的可注射性和抗壓強度下降，凝結時間延長。chernga等(chernga,takagis,chowlc.effectsofhydroxypropylmethylcelluloseandothergellingagentsonthehandlingpropertiesofcalciumphosphatecement[j].journalofbiomedicalmaterialsresearchparta.1997；35(3):273-277)研究了羥甲基纖維素和羧甲基纖維素對cpc的固化性能、抗沖刷性能、可操作性能和力學性能的影響，發現羥甲基纖維素和羧甲基纖維素的加入使得cpc的抗沖刷性能與可操作性能有所提高，但延緩了cpc固化反應進程。

魔芋葡甘聚糖(konjacglucomannan，kgm)是一種由魔芋加工得到的水溶性、中性非離子型天然多糖。通常kgm分子在堿性條件下，經脫乙酰反應，失去乙酰基，分子間形成氫鍵，促使kgm部分結晶，水溶液狀態向凝膠狀態轉化，形成具有三維結構的凝膠。kgm分子量比較大，且不帶電荷，水化能力強，具有優良的增稠性能。

綜上所述，由于魔芋葡甘聚糖具有許多優良的理化特性，其已經在各領域得到廣泛應用，但迄今為止未見利用魔芋葡甘聚糖或其衍生物制備抗潰散磷酸鈣骨水泥的報道。

技術實現要素：

本發明針對現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種磷酸鈣骨水泥，在顯著提高磷酸鈣骨水泥的抗潰散性的同時，提高磷酸鈣骨水泥的可注射性，縮短其固化時間，且不顯著降低其力學性能。本發明的目的之二在于提供上述抗潰散磷酸鈣骨水泥的制備方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種含魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥的制備方法，包括以下步驟：

(1)將魔芋葡甘聚糖或其衍生物加入到去離子水或者電解質溶液中，配制成為含魔芋葡甘聚糖質量百分比為0.2～3.0％的固化液；

(2)將步驟(1)中得到的固化液與磷酸鈣骨水泥固體粉末混合均勻，調和形成膏體，即制得含魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥。

步驟(1)所述魔芋葡甘聚糖衍生物是以魔芋葡甘聚糖為本體進行脫乙酰基、酯化、交聯、氧化、接枝共聚或復合改性得到的魔芋葡甘聚糖衍生物。

步驟(1)所述電解質溶液為生理鹽水、磷酸鹽緩沖溶液、檸檬酸溶液或者檸檬酸鈉溶液。

上一款所述磷酸鹽緩沖溶液為磷酸二氫鈉溶液、磷酸氫二鈉溶液、磷酸二氫鉀溶液或磷酸氫二鉀溶液。

優選的，步驟(1)所述含魔芋葡甘聚糖質量百分比為1.0％的固化液。

步驟(2)所述固化液與磷酸鈣骨水泥固體粉末的液固比為0.3:1～0.6:1ml/g。

優選的，步驟(2)所述固化液與磷酸鈣骨水泥固體粉末的液固比為0.4:1～0.5:1ml/g。

步驟(2)所述磷酸鈣骨水泥固體粉末指的是部分結晶磷酸鈣-磷酸氫鈣、α-磷酸三鈣-磷酸氫鈣-碳酸鈣、α-磷酸三鈣-磷酸鈣氫二鈣-碳酸鈣、α-磷酸三鈣-磷酸四鈣-磷酸氫鈣、磷酸四鈣-磷酸氫鈣、磷酸三鈣-β-磷酸三鈣-磷酸氫二鈣或無定型磷酸鈣-磷酸氫鈣。

上述的方法制備得到的含魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥可在骨損傷修復醫用材料領域的應用。

與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：

(1)本發明首次將魔芋葡甘聚糖或其衍生物成功應用在磷酸鈣骨水泥中，顯著提高磷酸鈣骨水泥的抗潰散性。

(2)本發明中魔芋葡甘聚糖或其衍生物的加入顯著提高磷酸鈣骨水泥的可注射性。

(3)本發明中魔芋葡甘聚糖或其衍生物的加入明顯縮短磷酸鈣骨水泥的凝結固化時間，且不會顯著降低磷酸鈣骨水泥的力學性能。

(4)本發明所取得的含魔芋葡甘聚糖或其衍生物的磷酸鈣骨水泥具有良好的生物相容性。

(5)本發明提供的制備方法簡單、易行、效果顯著，

拓展魔芋葡甘聚糖和磷酸鈣骨水泥的臨床應用前景。

附圖說明

圖1是小鼠骨髓間充質干細胞(mbmscs)在實施例1制備的不含魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥上培養3天后的活死染色熒光照片。

圖2是mbmscs在實施例1制備的含魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥上培養3天后的活死染色熒光照片。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。

實施例中，魔芋葡甘聚糖購自北京百奧萊博科技有限公司；

乙酰基化的魔芋葡甘聚糖為實驗室制備(林曉艷等，魔芋葡甘聚糖去乙酰基改性制膜特性研究[j].食品科學2002，,23(2):21～24)；

酯化魔芋葡甘聚糖為實驗室制備(胡敏等:魔芋葡甘聚糖磷酸酯化反應的研究[j].武漢大學學報(自科版)，1994(3):101～103)；

羧甲基魔芋葡甘聚糖為實驗室制備(李斌等，魔芋葡甘聚糖的羥甲基化改性及其應用研究[j].西部糧油科技，2002(1):9～11)；

交聯改性魔芋葡甘聚糖為實驗室制備(張升暉等，魔芋精粉的交聯化學改性研究[j].食品工業科技，1999,20(6)21～24)；

氧化魔芋葡甘聚糖為實驗室制備(李斌等，魔芋葡甘聚糖的h2o2氧化改性及其流變性能研究[j].湖北化工，2002(1):9～11.)；

k-卡拉膠購自上海阿拉丁試劑有限公司；

黃原膠購自上海阿拉丁試劑有限公司。

抗潰散時間：磷酸鈣骨水泥固化過程中從液固混合到磷酸鈣骨水泥出現潰散現象的時間。

抗潰散能力系數：磷酸鈣骨水泥漿體在模擬體液環境中固化后所剩的質量占固化前磷酸鈣骨水泥總質量的百分比。

可注射性：擠出注射后磷酸鈣骨水泥質量占注射前骨水泥總質量的百分比。測量方法：將磷酸鈣骨水泥漿體灌入10ml的一次性注射器，垂直置于力學試驗機平板上，以速率15mm/min推進將骨水泥漿體推出，直至最大推進力為100n時停止。

實施例1

將0.1g魔芋葡甘聚糖加入到50ml去離子水中，在50℃的水浴中加熱攪拌5min，即配成含0.2％魔芋葡甘聚糖的固化液。將配好的固化液按液固比0.3:1ml/g的比例與部分結晶磷酸鈣-磷酸氫鈣骨水泥粉末均勻混合，調和成膏體注入模具成型后置于37℃的模擬體液中。本實施例制備的含魔芋葡甘聚糖的抗潰散磷酸鈣骨水泥與不含魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥理化性能對照比如表1所示：

表1

注：“-”表示以去離子水為固化液；“+”表示以含0.2％魔芋葡甘聚糖的溶液為固化液，下表同。凝結時間參照astmc191-13標準測定。抗壓強度參照iso9917-1-2007標準測定。

本實施例制備的含魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥與不含魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥相比，抗潰散系數達到81％，抗潰散時間也增加到大于150min，抗潰散性能得到了顯著性提高；固化時間稍有縮短，抗壓強度略有下降，但影響不大；可注射性由36％提高到75％。

本實施例通過活死染色實驗表征細胞相容性。在不同的熒光激發下，活細胞發出綠色熒光，死細胞則發出紅色熒光。小鼠骨髓間充質干細胞(mbmscs)在實施例1制備的不含魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥上培養3天后的活死染色熒光照片如圖1所示。mbmscs在實施例1制備的含魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥上培養3天后的活死染色熒光照片如圖2所示。由圖1和2可知，在不含魔芋葡甘聚糖的抗潰散磷酸鈣骨水泥和含魔芋葡甘聚糖的抗潰散磷酸鈣骨水泥上，細胞基本上均呈長梭形，伸展去出大量的絲狀偽足，細胞間通過偽足互相連接形成網狀鋪展，具有良好的細胞活性。圖2中，活細胞占大部分，死細胞零星存在，表明魔芋葡甘聚糖的加入對活細胞的數量沒有明顯影響，各組試樣的差別不明顯，即含魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥具有良好的細胞相容性。

實施例2

將0.25g乙酰基化的魔芋葡甘聚糖加入到50ml磷酸氫二鈉溶液中，在50℃的水浴中加熱攪拌5min，即配成含0.5％乙酰基化的魔芋葡甘聚糖的固化液。將配好的固化液按液固比0.4:1ml/g的比例與α-磷酸三鈣-磷酸氫鈣-碳酸鈣骨水泥粉末均勻混合，調和成膏體注入模具成型后置于37℃的模擬體液中。本實施例制備的含乙酰基化的魔芋葡甘聚糖的抗潰散磷酸鈣骨水泥與不含乙酰基化的魔芋葡甘聚糖磷酸鈣骨水泥理化性能對照比如表2所示:

表2

本實施例制備的含乙酰基化的魔芋葡甘聚糖的抗潰散磷酸鈣骨水泥與不含乙酰基化的魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥相比，抗潰散系數達到88％，抗潰散時間也增加到大于150min，抗潰散性能得到了顯著性提高；固化時間稍有縮短；可注射性由64％提高到94％；抗壓強度略有下降，但影響不大。

實施例3

將0.5g酯化魔芋葡甘聚糖加入到50ml磷酸二氫鈉溶液中，在50℃的水浴中加熱攪拌5min，即配成含1.0％酯化魔芋葡甘聚糖的固化液。將配好的固化液按液固比0.5:1ml/g的比例與α-磷酸三鈣-磷酸氫鈣-碳酸鈣骨水泥粉末均勻混合，調和成膏體注入模具成型后置于37℃的模擬體液中。本實施例制備的含酯化魔芋葡甘聚糖的抗潰散磷酸鈣骨水泥與不含酯化魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥理化性能對照比如表3所示:

表3

本實施例制備的含酯化魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥與不含酯化魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥相比，抗潰散系數達到87％，抗潰散時間也增加到大于150min，抗潰散性能得到了顯著性提高；固化時間由17min縮短至14min；可注射性由68％提高到96％；抗壓強度略有降低。

實施例4

將1.0g羧甲基魔芋葡甘聚糖加入到50ml檸檬酸鈉溶液中，在50℃的水浴中加熱攪拌5min，即配成含2.0％羧甲基化魔芋葡甘聚糖的固化液。將配好的固化液按液固比0.6:1ml/g的比例與磷酸四鈣-磷酸氫鈣骨水泥粉末均勻混合，調和成膏體注入模具成型后置于37℃的模擬體液中。本實施例制備的含羧甲基魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥與不含羧甲基魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥理化性能對照比如表4所示:

表4

本實施例制備的含羧甲基魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥與不含羧甲基魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥相比，抗潰散系數達到84％，抗潰散時間也增加到大于150min，抗潰散性能得到了顯著性提高；固化時間由21min縮短至18min；可注射性由84％提高到92％；抗壓強度略有降低。

實施例5

將1.5g交聯改性魔芋葡甘聚糖加入到50ml磷酸二氫鈉-磷酸氫二鈉緩沖溶液中，在50℃的水浴中加熱攪拌5min，即配成含3.0％交聯改性魔芋葡甘聚糖的固化液。將配好的固化液按液固比0.6:1ml/g的比例與α-磷酸三鈣-磷酸氫鈣-碳酸鈣骨水泥粉末均勻混合，調和成膏體注入模具成型后置于37℃的模擬體液中。本實施例制備的含交聯改性魔芋葡甘聚糖的抗潰散磷酸鈣骨水泥與不含交聯改性魔芋葡甘聚糖磷酸鈣骨水泥理化性能對照比如表5所示:

表5

本實施例制備的含交聯改性魔芋葡甘聚糖的抗潰散磷酸鈣骨水泥與不含交聯改性魔芋葡甘聚糖磷酸鈣骨水泥相比，抗潰散系數達到87％，抗潰散時間也增加到大于150min，抗潰散性能得到了顯著性提高；可注射性由78％提高到87％；固化時間由16min縮短至11min，抗壓強度影響不大。

實施例6

將0.5g魔芋葡甘聚糖加入到50ml去離子水中，在50℃的水浴中加熱攪拌5min，即配成含1.0％魔芋葡甘聚糖的溶液；將0.5gκ-卡拉膠加入到50ml去離子水中，在50℃的水浴中加熱攪拌5min，即配成含1.0％κ-卡拉膠的溶液；將配好的魔芋葡甘聚糖溶液和κ-卡拉膠溶液按質量比8:2的比例共混，在50℃的水浴中加熱攪拌5min，即配制成含1.0％魔芋葡甘聚糖/κ-卡拉膠復合溶液的固化液。將配好的固化液按液固比0.4:1ml/g的比例部分結晶磷酸鈣-磷酸氫鈣骨水泥粉末均勻混合，調和成膏體注入模具成型后置于37℃的模擬體液中。本實施例制備的含魔芋葡甘聚糖/κ-卡拉膠的復合改性抗潰散磷酸鈣骨水泥與不含魔芋葡甘聚糖/κ-卡拉膠磷酸鈣骨水泥理化性能對照比如表6所示:

表6

本實施例制備的含魔芋葡甘聚糖/κ-卡拉膠的復合改性磷酸鈣骨水泥與不含魔芋葡甘聚糖/κ-卡拉膠的磷酸鈣骨水泥相比，抗潰散系數達到93％，抗潰散時間也增加到大于150min，抗潰散性能得到了顯著性提高；固化時間由16min縮短至10min；可注射性由54％提高到88％；抗壓強度略有降低。

實施例7

將0.5g魔芋葡甘聚糖加入到50ml磷酸氫二鈉溶液中，在50℃的水浴中加熱攪拌5min，即配成含1.0％魔芋葡甘聚糖的溶液；將0.5g黃原膠加入到50ml磷酸氫二鈉溶液中，在50℃的水浴中加熱攪拌5min，即配成含1.0％黃原膠的溶液；將配好的魔芋葡甘聚糖溶液和黃原膠溶液按質量比5:5的比例共混，在50℃的水浴中加熱攪拌5min，即配制成含1.0％魔芋葡甘聚糖/黃原膠復合溶液的固化液。將配好的固化液按液固比0.5:1ml/g的比例磷酸三鈣-β-磷酸三鈣-磷酸氫二鈣骨水泥粉末均勻混合，調和成膏體注入模具成型后置于37℃的模擬體液中。本實施例制備的含魔芋葡甘聚糖/黃原膠的復合改性磷酸鈣骨水泥與不含魔芋葡甘聚糖/黃原膠的復合改性磷酸鈣骨水泥理化性能對照比如表7所示:

表7

本實施例制備的含魔芋葡甘聚糖/黃原膠的抗潰散磷酸鈣骨水泥與不含魔芋葡甘聚糖/黃原膠的磷酸鈣骨水泥相比，抗潰散系數達到90％，抗潰散時間也增加到大于150min，抗潰散性能得到了顯著性提高；固化時間由17min縮短至12min；可注射性由66％提高到89％；抗壓強度略有下降但影響不大。

實施例8

將0.5g氧化的魔芋葡甘聚糖加入到50ml磷酸氫二鈉溶液中，在50℃的水浴中加熱攪拌5min，即配成含1.0％氧化魔芋葡甘聚糖的固化液。將配好的固化液按液固比0.5:1ml/g的比例與α-磷酸三鈣-磷酸氫鈣-碳酸鈣骨水泥粉末均勻混合，調和成膏體注入模具成型后置于37℃的模擬體液中。本實施例制備的含氧化魔芋葡甘聚糖的抗潰散磷酸鈣骨水泥與不含氧化魔芋葡甘聚糖磷酸鈣骨水泥理化性能對照比如表8所示:

表8

本實施例制備的含氧化魔芋葡甘聚糖的抗潰散磷酸鈣骨水泥與不含氧化魔芋葡甘聚糖的磷酸鈣骨水泥相比，抗潰散系數達到86％，抗潰散時間也增加到大于150min，抗潰散性能得到了顯著性提高；固化時間稍有縮短；可注射性由59％提高到94％；抗壓強度略有下降，但影響不大。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。