本發(fā)明涉及一種用于人體硬組織修復(fù)的可注射型骨水泥及制備方法,主要用于生物醫(yī)用材料等領(lǐng)域；特別涉及氧化石墨烯改性的骨水泥及制備方法。

背景技術(shù)：

由于外傷、交通事故、切除手術(shù)和其他疾病手術(shù)等引起的骨組織缺損缺失很普遍，這不僅給患者帶來(lái)了很大的痛苦，也使他們的生活變得極其的不便，所以需要大量的骨修復(fù)材料。而骨缺損一直以來(lái)都是骨科面臨的難題之一。修復(fù)骨缺損的常用方法一般有自體骨移植、異體骨移植和人工骨修復(fù)三種。作為公認(rèn)的骨移植“金標(biāo)準(zhǔn)”的自體骨移植，無(wú)免疫排斥反應(yīng)，且生物安全性高，但此方法的供骨量非常有限，且給患者帶來(lái)二次傷害；異體骨移植雖然來(lái)源廣泛，但存在免疫排斥問(wèn)題，也可能會(huì)使患者感染病毒，而且由于其來(lái)源不清楚容易造成社會(huì)輿論；人工骨是新的骨移植選擇，但目前可吸收人工骨市場(chǎng)被歐美企業(yè)如強(qiáng)生、史塞克等壟斷，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品幾乎無(wú)市場(chǎng)。

近年來(lái)，隨著微創(chuàng)外科的發(fā)展，可注射性骨替代物引起了各國(guó)科研人員和學(xué)者的關(guān)注，已是當(dāng)下生物研究材料的熱點(diǎn)之一。硫酸鈣和磷酸鈣是最常用的可注射性骨替代物材料，他們的優(yōu)點(diǎn)是：其操作簡(jiǎn)便，生物相容性好，可以原位固化，將其注射入骨缺損處后，可以填充骨缺損部位。他們的不足之處是：可注射性硫酸鈣骨替代物的可注射時(shí)間短，在體內(nèi)的降解速度比自身新骨的形成速度快，因此其并不適用于修復(fù)較大和愈合時(shí)間較長(zhǎng)的骨缺損情況；可注射性磷酸鈣骨替代物的降解速度比新骨的形成緩慢，進(jìn)而會(huì)影響新骨的長(zhǎng)入，使其在臨床上的應(yīng)用受到限制。硫酸鈣作為一種傳統(tǒng)且重要的骨替代材料，為了進(jìn)一步提高其在臨床上應(yīng)用的可能性，許多科研人員都致力于對(duì)其進(jìn)行改性的工作。Stubbs等人在硫酸鈣中加入羥基磷灰石和碳酸鈣,可以有效的增加其加工性能；Mamidwar等人用聚乳酸材料與硫酸鈣復(fù)合后更有利于骨修復(fù)。Liu X等人將納米羥基磷灰石/膠原與硫酸鈣混合，不僅可以延長(zhǎng)其凝結(jié)時(shí)間，而且可以提高其生物活性?，F(xiàn)如今有許多科研工作者致力于對(duì)硫酸鈣骨水泥的改性研究，但通過(guò)氧化石墨烯來(lái)提高硫酸鈣骨水泥的性能的研究很少見(jiàn)到。

半水硫酸鈣具有水硬性,遇到水溶液后可原位自固化為高強(qiáng)度的二水硫酸鈣；二水硫酸鈣能夠促使成骨細(xì)胞附著,促進(jìn)成骨,同時(shí)破骨細(xì)胞能夠吸收硫酸鈣,使其實(shí)現(xiàn)生物降解。但是在臨床應(yīng)用中,因硫酸鈣的降解速率比新骨生成的速率快,容易導(dǎo)致手術(shù)失敗。

羥基磷灰石是人體骨骼中主要的無(wú)機(jī)成分，具有良好的生物特性和吸附特性。但其機(jī)械強(qiáng)度低、降解速度慢等缺點(diǎn)制約著其臨床應(yīng)用。鍶是人體內(nèi)一種必需的微量元素，骨骼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.01％,具有促進(jìn)骨形成和抑制骨吸收的作用。含量低于lO％的摻鍶羥基磷灰石具有很好的生物相容性、骨引導(dǎo)能力和生物降解率，能獲得較滿(mǎn)意的骨缺損修復(fù)效果。

石墨烯是目前為止力學(xué)強(qiáng)度最高的物質(zhì)。氧化石墨烯是通過(guò)將石墨烯氧化而得到的層狀材料，具有獨(dú)特的2D結(jié)構(gòu)，其六元環(huán)碳骨架由豐富的含氧基團(tuán)(羥基、環(huán)氧基、羧基等)修飾，因此，氧化石墨烯不僅具有良好的機(jī)械性能，而且可以高度分散在水溶液或有機(jī)溶劑中。

由于單一的材料所制備的人工移植骨一般都會(huì)存在強(qiáng)度不足、降解速率與新骨再生速率不相符等缺點(diǎn),因此,將兩種或兩種以上的物質(zhì)按照一定的比例組合制備而成的骨移植材料,可以對(duì)其取長(zhǎng)補(bǔ)短,從而提高材料的理化和生物學(xué)性能,從而獲得一種理想的人工骨修復(fù)材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種新型的可注射型骨水泥的制備方法,通過(guò)該方法制得的骨水泥材料具有抗?jié)⑸⑿詮?qiáng)、可注射性好、強(qiáng)度高的特點(diǎn),同時(shí)還具有良好的生物相容性和生物可降解性。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種氧化石墨烯改性的骨水泥,包括粉劑和固化液；其中粉劑由半水硫酸鈣和摻5％～10％鍶的羥基磷灰石復(fù)合而成；固化液為氧化石墨烯水溶液。

所述粉劑各組分用量占整個(gè)粉劑質(zhì)量的百分比為:半水硫酸鈣:70％～80％,摻5％～10％鍶的羥基磷灰石：20％～30％。固化液為氧化石墨烯水溶液濃度為0.002％～0.006％。

本發(fā)明的氧化石墨烯改性的骨水泥的制備方法；包括如下步驟:

(1)按照比例制備半水硫酸鈣和摻5％～10％鍶的羥基磷灰石的粉劑；

(2)按照0.5ml/g的液固比加入氧化石墨烯水溶液的固化液,攪拌均勻,室溫固化形成可注射型骨水泥。

本發(fā)明中,將半水硫酸鈣與摻鍶的羥基磷灰石均勻混合,按照一定的液固比與氧化石墨烯水溶液混合、固化,制備出一種新型的可注射型骨水泥。石墨烯是目前為止力學(xué)強(qiáng)度最高的物質(zhì)。氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)是通過(guò)將石墨烯氧化而得到的層狀材料，具有獨(dú)特的2D結(jié)構(gòu)，其六元環(huán)碳骨架由豐富的含氧基團(tuán)(羥基，環(huán)氧基，羧基等)修飾，因此，氧化石墨烯不僅具有良好的機(jī)械性能，而且可以高度分散在水溶液或有機(jī)溶劑中，所以氧化石墨烯的添加可以提高骨水泥的力學(xué)性能。同時(shí),本發(fā)明中的骨水泥還具有良好的生物相容性和可降解性,能夠用于各種骨缺損的填充和修復(fù)。應(yīng)用于組織工程和醫(yī)藥領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1:可注射型骨水泥材料的可注射時(shí)間圖。

圖2:可注射型骨水泥材料固化后的SEM圖。

圖3:可注射型骨水泥材料固化后的XRD圖譜。

圖4:可注射型骨水泥材料固化后測(cè)試抗壓強(qiáng)度的結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:

實(shí)施例1:

骨水泥復(fù)合粉體包括α-半水硫酸鈣、摻鍶的羥基磷灰石粉末。在室溫下,稱(chēng)取4g(80％)半水硫酸鈣和1g(20％)摻鍶的羥基磷灰石,混合均勻；量取2.5mL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.002％氧化石墨烯水溶液,與固相粉末(液固比為0.5mL/g)混合攪拌2min,可注射時(shí)間為9.4min左右，如附圖1所示。將固化后的骨水泥研磨成粉末進(jìn)行SEM表征,如附圖2所示,固化后的骨水泥成柱狀分布，且羥基磷灰石分布于其上，羥基磷灰石的附著并未影響骨水泥的基本形貌，而且還能提高骨水泥的生物活性。

實(shí)施例2:

骨水泥復(fù)合粉體的制備:在室溫下,稱(chēng)取4g(80％)半水硫酸鈣和1g(20％)摻鍶的羥基磷灰石,混合均勻；量取2.5mL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.004％氧化石墨烯水溶液,與固相粉末(液固比為0.5mL/g)混合攪拌2min,可注射時(shí)間為8.6min左右。按照實(shí)施例1對(duì)固化產(chǎn)物進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀察,并對(duì)固化后的樣品進(jìn)行物相分析(即XRD表征),如附圖3所示,固化后的骨水泥成分為二水硫酸鈣、羥基磷灰石和碳，其中主要成分為二水硫酸鈣,說(shuō)明固化過(guò)程中半水硫酸鈣很快變成二水硫酸鈣。研究表明，二水硫酸鈣能夠促使成骨細(xì)胞附著,促進(jìn)成骨,同時(shí)破骨細(xì)胞能夠吸收硫酸鈣,使其實(shí)現(xiàn)生物降解。

實(shí)施例3:

在室溫下,稱(chēng)取4g(80％)半水硫酸鈣和1g(20％)摻鍶的羥基磷灰石,混合均勻；量取2.5mL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.006％氧化石墨烯水溶液,與固相粉末(液固比為0.5mL/g)混合攪拌2min,可注射時(shí)間為9.6min左右。按照實(shí)施例2對(duì)固化產(chǎn)物進(jìn)行物相分析和掃描電子顯微鏡觀察,并對(duì)骨水泥試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試,抗壓強(qiáng)度測(cè)試試樣為圓柱狀(Φ6mm×12mm),抗壓強(qiáng)度平均值為6.42Mpa，符合人體松質(zhì)骨抗壓強(qiáng)度(5～10Mpa)的要求，如附圖4所示，說(shuō)明氧化石墨烯的添加確實(shí)可以提高骨水泥的抗壓強(qiáng)度。固化后將骨水泥放到SBF溶液中浸泡,抗?jié)⑸⑿粤己?。?shí)施例4:

在室溫下,稱(chēng)取4g(80％)半水硫酸鈣和1g(20％)摻鍶的羥基磷灰石,混合均勻；量取2.5mL的去離子水,與固相粉末(液固比為0.5mL/g)攪拌混合2min,可注射時(shí)間為9.7min左右，抗壓強(qiáng)度平均值為5.45Mpa。將固化后的骨水泥研磨成粉末，通過(guò)XRD和SEM表征進(jìn)行成分和形貌分析。固化后將骨水泥放到SBF溶液中浸泡,抗?jié)⑸⑿粤己?。骨水泥用于局部填充時(shí)，需直接接觸骨缺損部位的流動(dòng)血液，良好的抗?jié)⑸⑿允蛊洳灰妆粵_散，從而提高手術(shù)的成功幾率。實(shí)施例5:

在室溫下,稱(chēng)取3.75g(75％)半水硫酸鈣和1.25g(25％)摻鍶的羥基磷灰石,混合均勻；量取2.5mL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.002％氧化石墨烯水溶液,與固相粉末(液固比為0.5mL/g)混合攪拌2min,可注射時(shí)間為9.5min左右，其抗壓強(qiáng)度符合人體松質(zhì)骨抗壓強(qiáng)度(5～10Mpa)的要求。然后將固化后的骨水泥研磨成粉末，通過(guò)XRD和SEM表征進(jìn)行成分和形貌分析，固化后的骨水泥成分為二水硫酸鈣、羥基磷灰石和碳，其中主要成分為二水硫酸鈣，且羥基磷灰石附著在柱狀的硫酸鈣上。

實(shí)施例6:

在室溫下,稱(chēng)取3.75g(75％)半水硫酸鈣和1.25g(25％)摻鍶的羥基磷灰石,混合均勻；量取2.5mL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.004％氧化石墨烯水溶液,與固相粉末(液固比為0.5mL/g)混合攪拌2min,可注射時(shí)間為8.7min左右，其抗壓強(qiáng)度符合人體松質(zhì)骨抗壓強(qiáng)度(5～10Mpa)的要求。然后將固化后的骨水泥研磨成粉末，通過(guò)XRD和SEM表征進(jìn)行成分和形貌分析，固化后的骨水泥成分為二水硫酸鈣、羥基磷灰石和碳，其中主要成分為二水硫酸鈣，且羥基磷灰石附著在柱狀的硫酸鈣上。

實(shí)施例7:

在室溫下,稱(chēng)取3.75g(75％)半水硫酸鈣和1.25g(25％)摻鍶的羥基磷灰石,混合均勻；量取2.5mL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.006％氧化石墨烯水溶液,與固相粉末(液固比為0.5mL/g)混合攪拌2min,可注射時(shí)間為9.4min左右，其抗壓強(qiáng)度符合人體松質(zhì)骨抗壓強(qiáng)度(5～10Mpa)的要求。然后將固化后的骨水泥研磨成粉末，通過(guò)XRD和SEM表征進(jìn)行成分和形貌分析，固化后的骨水泥成分為二水硫酸鈣、羥基磷灰石和碳，其中主要成分為二水硫酸鈣，且羥基磷灰石附著在柱狀的硫酸鈣上。

實(shí)施例8:

在室溫下,稱(chēng)取3.5g(70％)半水硫酸鈣和1.5g(30％)摻鍶的羥基磷灰石,混合均勻；量取2.5mL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.002％氧化石墨烯水溶液,與固相粉末(液固比為0.5mL/g)混合攪拌2min,可注射時(shí)間為9.6min左右，其抗壓強(qiáng)度符合人體松質(zhì)骨抗壓強(qiáng)度(5～10Mpa)的要求。然后將固化后的骨水泥研磨成粉末，通過(guò)XRD和SEM表征進(jìn)行成分和形貌分析，固化后的骨水泥成分為二水硫酸鈣、羥基磷灰石和碳，其中主要成分為二水硫酸鈣，且羥基磷灰石附著在柱狀的硫酸鈣上。

實(shí)施例9:

在室溫下,稱(chēng)取3.5g(70％)半水硫酸鈣和1.5g(30％)摻鍶的羥基磷灰石,混合均勻；量取2.5mL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.004％氧化石墨烯水溶液,與固相粉末(液固比為0.5mL/g)混合攪拌2min,可注射時(shí)間為8.9min左右，其抗壓強(qiáng)度符合人體松質(zhì)骨抗壓強(qiáng)度(5～10Mpa)的要求。然后將固化后的骨水泥研磨成粉末，通過(guò)XRD和SEM表征進(jìn)行成分和形貌分析，固化后的骨水泥成分為二水硫酸鈣、羥基磷灰石和碳，其中主要成分為二水硫酸鈣，且羥基磷灰石附著在柱狀的硫酸鈣上。

實(shí)施例10:

在室溫下,稱(chēng)取3.5g(70％)半水硫酸鈣和1.5g(30％)摻鍶的羥基磷灰石,混合均勻；量取2.5mL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.006％氧化石墨烯水溶液,與固相粉末(液固比為0.5mL/g)混合攪拌2min,可注射時(shí)間為9.8min左右，其抗壓強(qiáng)度符合人體松質(zhì)骨抗壓強(qiáng)度(5～10Mpa)的要求。然后將固化后的骨水泥研磨成粉末，通過(guò)XRD和SEM表征進(jìn)行成分和形貌分析，固化后的骨水泥成分為二水硫酸鈣、羥基磷灰石和碳，其中主要成分為二水硫酸鈣，且羥基磷灰石附著在柱狀的硫酸鈣上。