一種抗感染磷酸鈣復(fù)合骨水泥材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抗感染磷酸鈣復(fù)合骨水泥材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物材料及其產(chǎn)品在使用過程中，不同程度地遇到與機(jī)體組織不能完全相容、感染、癌變、生物組織材料的鈣化等一系列問題。其中以生物材料相關(guān)的感染(BRI)隨著生物材料應(yīng)用的增多，發(fā)病率明顯增高，防治以生物材料相關(guān)感染是臨床面臨急需解決的問題。很多研究表明植入生物材料增加了細(xì)菌入侵宿主途徑，降低機(jī)體的防御能力，減弱了阻止細(xì)菌粘附和生物膜形成的作用。生物膜一旦形成，為游離細(xì)菌提供了新的粘附位點，同時細(xì)菌不斷的游離或從生物膜釋放出來，成為慢性感染源。因此，研究防治生物材料細(xì)菌粘附的方法成為該領(lǐng)域的研究熱點。磷酸鈣骨水泥(CPC)是一種具有良好生物活性和生物相容性的陶瓷材料，已被廣泛應(yīng)用于骨科、外科、口腔科等領(lǐng)域，因有良好的組織相容性、生物降解性和骨引導(dǎo)活性，具有一定的抗壓強(qiáng)度，是臨床上較好的骨替代材料。但是磷酸鈣骨水泥植入物引起的機(jī)體感染等問題，大大限制了其應(yīng)用范圍和價值。
[0003]目前，國外采用在生物醫(yī)療器械表面涂飾抗感染劑或抗生素的方法解決醫(yī)用生物材料植入相關(guān)型的感染，起到了一定的作用。但在實際使用中發(fā)現(xiàn)通過涂飾抗感染劑或抗生素制備得到的抗感染生物材料醫(yī)療器械有以下缺點:(1)涂覆型涂層在體液的浸泡下，可能從生物材料材料表面脫離從而失去抗感染作用。而且脫落層可能影響人體的健康。(2)涂層有效作用期短，長期使用時無法保證抗感染性。(3)制備涂層的抗感染的醫(yī)療器械在制作時必須經(jīng)過涂覆工序，在生產(chǎn)工藝上需要增加設(shè)備，增加了額外制作成本。(4)在制備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的生物材料醫(yī)療器械時，涂飾抗感染層在工藝上經(jīng)常無法實現(xiàn)，也就是說涂飾工藝受制品結(jié)構(gòu)限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中涂層型醫(yī)用抗感染生物材料有效期短、易損性大、可靠性低、適用范圍窄等缺點，提供一種抗感染性能可靠、有效作用時間長、抗菌譜廣和材料適應(yīng)性強(qiáng)的抗感染磷酸鈣復(fù)合骨水泥材料及其制備方法。
[0005]本發(fā)明方法采用向生物材料中添加抗感染劑的手段制備了整體具有抗感染和抗細(xì)菌黏附功能的醫(yī)用抗感染生物材料一一抗感染磷酸鈣復(fù)合骨水泥材料。
[0006]本發(fā)明的第一個目的是提供抗感染磷酸鈣復(fù)合骨水泥材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]原料:按總重量100份計，包括γ -聚谷氨酸納米銀抗感染劑0.01?10重量份，粘合劑0?20重量份，分散劑0?10重量份，穩(wěn)定劑0?5重量份和余量的醫(yī)用磷酸鈣骨水泥固體粉末；
[0008]按上述原料各組分的重量份稱取各組分，在醫(yī)用磷酸鈣骨水泥固體粉末中摻入γ -聚谷氨酸納米銀抗感染劑、粘合劑、分散劑和穩(wěn)定劑，然后充分混合均勻，以水或濃度0.01?1.0g/L γ -聚谷氨酸水溶液作為調(diào)和液，按L/P = 0.33?0.4ml/g的液固比進(jìn)行調(diào)和，固化后得到抗感染磷酸鈣復(fù)合骨水泥材料；
[0009]所述的γ -聚谷氨酸納米銀抗感染劑是通過以下方法制備的:
[0010]利用磷酸膽堿修飾γ -聚谷氨酸，然后將磷酸膽堿修飾過的γ -聚谷氨酸吸附納米銀，再向其中加入水溶性多糖與γ-聚谷氨酸進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，制備得到γ-聚谷氨酸納米銀抗感染劑。
[0011]優(yōu)選，所述的γ-聚谷氨酸納米銀抗感染劑是通過以下方法制備的:
[0012](1)將質(zhì)量比為1:1?10的γ-聚谷氨酸和磷酸膽堿置于無水乙醇中，并始終在無水乙醇環(huán)境下攪拌反應(yīng)12?18h，離心，棄上清，冷凍干燥得γ -聚谷氨酸-磷酸膽堿；將所得γ-聚谷氨酸-磷酸膽堿溶解于無水二甲基亞砜中，制備成5?50g/L的γ-聚谷氨酸-磷酸膽堿溶液；
[0013](2)按γ -聚谷氨酸-磷酸膽堿溶液:納米銀溶液體積比為2?0.5:1的比例將0.1?5.0mmol/L納米銀溶液加入γ -聚谷氨酸-磷酸膽堿溶液中，在避光情況下進(jìn)行攪拌5?12h，由此得到γ -聚谷氨酸納米銀溶液；
[0014](3)向γ -聚谷氨酸納米銀溶液中加入催化物，使其終濃度為0.002?0.0lmmol/L，然后在攪拌情況下逐漸加入濃度為0.01?0.5g/L、pH值為5?7的水溶性多糖溶液，水溶性多糖溶液與γ -聚谷氨酸納米銀溶液的體積比為1?5:1，20?60°C攪拌3?24h進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)形成沉淀產(chǎn)物，停止反應(yīng)，加入丙酮攪拌沉淀產(chǎn)物，取沉淀，用蒸餾水洗滌沉淀，冷凍干燥即得γ-聚谷氨酸納米銀抗感染劑。
[0015]所述的催化物為1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽(EDC -HC1)、二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)、1-羥基苯并三唑(Η0ΒΤ)、1-羥基-7-偶氮苯并三氮唑(Η0ΑΤ)、3_羥基-1，2，3-苯并三嗪-4 (3H)-酮(HOOBt)、N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)和4- 二甲氨基吡啶(DMAP)中的一種或二種以上的組合物。
[0016]所述的水溶性多糖包括植物水溶性多糖、動物水溶性多糖、微生物水溶性多糖或海洋生物多糖:植物水溶性多糖包括有茶多糖、枸杞多糖、魔芋甘露聚糖、銀杏葉多糖、銀杏胞外多糖、香菇多糖、銀耳多糖、靈芝多糖、黑木耳多糖、茯苓多糖、蒲公英多糖、可溶性淀粉、水溶性纖維；動物水溶性多糖包括粘多糖、肝素、硫酸軟骨素、透明質(zhì)酸等；微生物水溶性多糖包括香菇多糖、茯苓多糖、銀耳多糖、云芝多糖等；海洋生物多糖包括可溶性甲殼素、螺旋藻多糖；所述的水溶性多糖溶液為以上述的一種或二種以上水溶性多糖為溶質(zhì)的水溶液。
[0017]所述的粘合劑為γ-聚谷氨酸/殼聚糖。其中γ-聚谷氨酸/殼聚糖采用文獻(xiàn)(疏秀林，施慶珊，林小平，歐陽友生，陳儀本.γ -聚谷氨酸/殼聚糖多孔復(fù)合支架材料的制備、表征及性能的研究，天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，2013，25 =514-518)所述制備方法制得，其具體方法示例如下:稱取0.5g γ -聚谷氨酸氫鹽(γ -PGA)和0.05g 4- 二甲氨基吡啶超聲溶解于18毫升無水二甲基亞砜中，將羧基殼聚糖溶液緩慢滴加到γ-PGA溶液中，并伴隨磁力攪拌，滴加完畢添加一定量的1-乙基-(3- 二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽，室溫下攪拌3h后終止實驗。將混合溶液中添加三倍體積的丙酮，以形成沉淀，真空抽濾收集沉淀，將沉淀物進(jìn)行冷凍干燥，去除多余的丙酮，再將沉淀物用PBS溶劑(pH值7.2)溶解，運用超濾透析法去掉多余的殼聚糖(透析袋截留分子量100，000)和多余的1，6-乙二胺(透析袋截留分子量3500)。梯度冷凍:以4°C、-20°C各2h，-40°C 4h，-70°C 24h，之后進(jìn)行真空冷凍干燥48h，真空度達(dá)0.0lPa，即得γ -聚谷氨酸/殼聚糖，將其粉碎成粉末得到γ -聚谷氨酸/殼聚糖凍干粉末進(jìn)行使用。
[0018]所述的分散劑為γ-聚谷氨酸、聚乙二醇、硬脂酸酰胺類分散劑或硬脂酸類分散劑或聚乙烯中的一種或二種以上的組合物。
[0019]所述的穩(wěn)定劑為抗氧化劑168、聚乙烯醇或稀土穩(wěn)定劑(XT - 1、XT — 2,XT 一 3)。
[0020]所述的丙酮的用量為反應(yīng)液體積的2?4倍。
[0021]本發(fā)明的第二個目的是提供一種抗感染磷酸鈣復(fù)合骨水泥材料，其特征在于，其原料為:按總重量100份計，包括γ -聚谷氨酸納米銀抗感染劑0.01?10重量份，粘合劑0?20重量份，分散劑0?10重量份，穩(wěn)定劑0?5重量份和余量的醫(yī)用磷酸|丐骨水泥固體粉末；
[0022]所述的γ -聚谷氨酸納米銀抗感染劑是通過以下方法制備的:
[0023]利用磷酸膽堿修飾γ -聚谷氨酸，然后將磷酸膽堿修飾過的γ -聚谷氨酸吸附納米銀，再向其中加入水溶性多糖與γ-聚谷氨酸進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，制備得到γ-聚谷氨酸納米銀抗感染劑。
[0024]本發(fā)明選擇了不破壞磷酸鈣骨水泥原有特性，將適宜的高分子抗感染劑和其它助劑與醫(yī)用磷酸鈣骨水泥材料復(fù)配、共混后自固化制備成具有抗感染功能的磷酸鈣骨水泥材料，在保持目前醫(yī)用抗感染磷酸鈣骨水泥基本特性的前提下，解決了磷酸鈣骨水泥引發(fā)基體感染等問題。因此本發(fā)明中的醫(yī)用抗感染磷酸鈣復(fù)合骨水泥材料具有抗感染性能可靠，有效作用時間長，抗菌譜廣，材料適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0025]以下實施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是對本發(fā)明的限制。
[0026]以下實施例中使用的粘合劑為γ -聚谷氨酸/殼聚糖。其中γ -聚谷氨酸/殼聚糖采用文獻(xiàn)(疏秀林，施慶珊，林小平，歐陽友生，陳儀本.γ-聚谷氨酸/殼聚糖多孔復(fù)合支架材料的制備、表征及性能的研究，天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，2013，25 =514-518)所述制備方法制得，其具體方法示例如下:稱取0.5g γ -聚谷氨酸氫鹽(γ -PGA)和0.05g 4- 二甲氨基吡啶超聲溶解于18毫升無水二甲基亞砜中，將羧基殼聚糖溶液緩慢滴加到γ-PGA溶液中，并伴隨磁力攪拌，滴加完畢添加一定量的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽，室溫下攪拌3h后終止實驗。將混合溶液中添加三倍體積的丙酮，以形成沉淀，真空抽濾收集沉淀，將沉淀物進(jìn)行冷凍干燥，去除多余的丙酮，再將沉淀物用PBS溶劑(pH值7.2)溶解，運用超濾透析法去掉多余的殼聚糖(透析袋截留分子量100，000)和多余的1，6-乙二胺(透析袋截留分子量3500)。梯度冷凍:以4°C、_20°C各2h，-40°C 4h，_70°C 24h，之后進(jìn)行真空冷凍干燥48h，真空度達(dá)0.0lPa，即得γ -聚谷氨酸/殼聚糖，將其粉碎