[发明专利]一种具有生物活性和抗菌功能的骨水泥及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有生物活性和抗菌功能的骨水泥及其制备方法，属于材料科学及医学领域。通过对生物玻璃改性处理，将其与丙烯酸酯骨水泥基体材料混合，从而赋予骨水泥生物活性和抗菌功能。生物玻璃通过化学处理使其表面富含氨基，进而络合银、铜等离子，形成表面带有抗菌金属离子的生物玻璃。此法制备的生物玻璃不仅有抗菌功能，还能避免金属离子在人体内循环、累积的风险。抗菌生物玻璃加入丙烯酸酯骨水泥中，可于植入位置实现长期的抗菌效果。此法制备的骨水泥能降低病人在骨水泥植入后发生感染而进行翻修的风险，避免目前临床应用抗生素骨水泥造成的人体耐药性问题，可用于关节及脊柱修复等骨科领域，具有广阔的临床应用前景。

技术领域

本发明属于材料科学及医学领域，更具体地，本发明涉及一种具有生物活性和抗菌功能的丙烯酸酯骨水泥的制备方法和应用。

背景技术

疾病、创伤、人口老龄化及自然灾害等均会导致人体骨组织损伤，临床上对骨修复材料需求巨大。人工制备骨修复材料在临床上受到了越来越多的关注。以聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)材料为代表的传统丙烯酸酯骨水泥是一种由粉剂和液剂组成的室温自固化粘结剂。该类产品具有流动性好，可注射植入操作性强，植入后力学性能良好，固化时间可控等优点，在临床上的应用发展迅速。目前国内市场上丙烯酸酯骨水泥至少有40多种，被广泛应用于人工关节置换术以及实现骨缺损部位的填充及固定。

但丙烯酸酯聚合物属于生物惰性材料，不能与宿主骨组织形成有机的化学界面结合，长期使用会使植入体发生松动、炎症。另外凝固聚合过程中产生热量、单体的细胞毒性作用等不足也限制了其临床应用。有文献报道将生物玻璃加入丙烯酸酯骨水泥后,其压缩强度、弯曲强度和弯曲模量等力学性能有显著提高,放热减少等。同时生物玻璃可加强软、硬组织之间的有效键合,促进在其表面能形成致密的羟基磷灰石层,并与骨组织快速结合,诱导骨的生长,加快骨生长进程。

临床上对于一些复杂且伴有感染的骨创伤缺损，通常使用添加抗生素的丙烯酸酯骨水泥修复，临床数据显示该类产品可有效控制植入部位感染情况，大幅降低患者翻修的风险。但该类产品存在抗生素毒性、细菌耐药性等问题，同时不同抗生素及其不同剂量不仅影响抗生素释放速度，同时也影响到骨水泥的机械性能。以银、铜为代表的金属离子具有较好的抗菌作用，避免了细菌耐药性的问题，但体内游离状态的金属离子积累到一定程度会产生一系列的毒性副作用。使用硅烷偶联剂，借助其端基氨基可将具有抗菌功能的银、铜等金属离子锚定在生物玻璃表面，用于避免金属离子进入循环系统的毒性风险，同时可实现骨水泥植入部位的抗菌效果。

因此，通过对生物玻璃化学改性表面用以锚定抗菌金属离子，再添加至丙烯酸酯骨水泥的方法，赋予骨水泥基体材料生物活性和抗菌功能具有巨大的临床应用价值。

发明内容

本发明通过对生物玻璃化学改性表面锚定具有抗菌功能的金属离子，再添加至丙烯酸酯骨水泥的方法赋予骨水泥基体材料生物活性和抗菌功能。

本发明的第一方面，提供一种具有生物活性的骨水泥，其特征包括以下多个特征：a)丙烯酸酯为基体的骨水泥；

b)骨水泥包含粉剂和液剂两组分，其中粉剂包含丙烯酸酯聚合物、抗菌生物玻璃、显影剂、引发剂。液剂包含丙烯酸酯单体、阻聚剂、活化剂；

c)骨水泥粉剂中添加的生物玻璃经硅烷偶联剂处理与金属离子络合反应后添加至骨水泥粉体中；

d)具有促进细胞增殖和抗菌效果，同时生物相容性良好；

同时该新型骨水泥制备方法包括以下步骤：

(1)抗菌生物玻璃粉末的制备

a)将生物玻璃研磨分散至有机溶剂中，添加硅烷偶联剂反应后抽滤并真空干燥；b)将干燥后的生物玻璃研磨分散至含有金属离子的溶液中进行络合反应，随后抽滤并干燥；

c)将一定量的上述步骤中得到的改性后的生物玻璃添加至丙烯酸酯骨水泥粉剂中并混合均匀；