一种具有抑菌、高强、快速凝固的骨修复粘合剂及其制备方法

1.本发明属于材料与生物医学交叉的技术领域，具体涉及一种具有抑菌、高强、快速凝固的骨修复粘合剂及其制备方法。


背景技术：

2.临床治疗骨折通常有外固定和手术治疗两种方法。外固定属于间接固定，存在持力有限的缺点，长时间固定容易造成肢体肌肉萎缩、骨质疏松；金属内固定容易引起骨质疏松或金属吸收，导致内固定松动，一旦发生感染，金属异物会严重阻碍伤口骨折愈合。医用骨胶是一种新型的骨折固定材料，具有操作简单、使用少、性能稳定等优点。用粘合剂取代一些骨折固定架进行骨折的固定和修复，将会给骨科手术带来里程碑的进步。能够促进骨的生长以及瞬时凝固在骨折的治疗中十分重要。
3.然而，现有的商用医用胶粘剂大多还面临粘接强度不足、功能单一、生物相容性差以及存在安全隐患等挑战，临床上迫切需要开发新型高效多功能骨粘接剂。一种成熟的骨粘合剂不仅能带来很大的社会效益和经济效益，而且对推动生物材料的发展具有重要的学术价值。


技术实现要素：

4.本发明针对现有医用胶粘剂存在的粘接强度不足、功能单一、生物相容性差以及存在安全隐患等问题，提供一种具有抑菌、高强、快速凝固的骨修复粘合剂及其制备方法。
5.本发明采用如下技术方案：一种具有抑菌、高强、快速凝固的骨修复粘合剂，以氰基丙烯酸乙酯为基底，引入了壳聚糖、石墨烯/纳米银以及纳米级羟基磷灰石，将氰基丙烯酸快速自聚合与壳聚糖和纳米羟基磷灰石之间的交联网络相结合。
6.一种具有抑菌、高强、快速凝固的骨修复粘合剂的制备方法，包括如下步骤：第一步，氧化石墨烯/纳米银的制备将氧化石墨粉通过超声作用在水中分散，形成稳定的氧化石墨烯水性分散液，而后将明胶在机械搅拌作用下于60℃条件下溶解于上述氧化石墨烯水性分散液中，冷却到室温下再加入硝酸银，继续在室温下机械搅拌12小时形成氧化石墨烯/纳米银复合水性分散液，最后加入pvp继续在室温下机械搅拌4小时形成pvp修饰的氧化石墨烯/纳米银复合水性分散液，然后将上述溶液直接在80℃条件下干燥得到石墨烯/纳米银复合粉体，待用；第二步，粘合剂的a组分制备将聚乙二醇在80℃下加热成液体，而后加入壳聚糖机械搅拌1小时后冷却到室温，形成聚乙二醇/壳聚糖复合材料，经过机械粉碎并经过150目纱网过滤，形成聚乙二醇/壳聚糖复合粉体；将聚乙二醇/壳聚糖复合粉体、纳米羟基磷灰石和石墨烯/纳米银复合粉体共同加入到助溶剂中，在室温下机械搅拌30min，而后继续超声10分钟，使得其混合均匀，得到聚乙
二醇/壳聚糖/纳米羟基磷灰石和石墨烯/纳米银复合的a组份；第三步，粘合剂的制备氰基丙烯酸乙酯（eca）作为b组份，加入到a组份中，机械搅拌共混后，即可涂敷到骨骼伤口处，20min内完全固化。
7.进一步地，第一步中所述氧化石墨烯水性分散液的浓度为2~5wt%，氧化石墨烯、明胶和pvp的质量比为1:1~2:2~3，硝酸银与氧化石墨烯的质量比为1:1~4。
8.进一步地，第二步中所述聚乙二醇和壳聚糖的质量比为4:1，聚乙二醇的分子量为1000~6000，壳聚糖为医用级。
9.进一步地，第二步中所述助溶剂为浓度1.0~3.0mol/l的对钾苯磺酸水溶液。
10.进一步地，第二步中所述纳米级羟基磷灰石和石墨烯/纳米银复合粒子在粘合剂中的质量占比分别为1~5.0%和0.5~3%。
11.进一步地，第三步中所述a组分和b组分的质量比为1:1~4。
12.骨修复粘合剂的良好综合性能归因于氰基丙烯酸盐、壳聚糖、聚乙二醇、石墨烯/纳米银和羟基磷灰石之间的协同作用，以及一种新的固化工艺，即将氰基丙烯酸快速自聚合与壳聚糖和纳羟基磷灰石之间的交联网络相结合。该粘结剂因具有优异综合性可望应用在骨修复中。
13.本发明的有益效果如下：本发明提供了一种具有抑菌、高强、快速凝固的骨修复粘合剂及其制备方法，该粘合剂的制备以氰基丙烯酸乙酯为基底，引入了壳聚糖以及纳米级羟基磷灰石，使得其粘合时间迅速，并还拥有较强的机械强度、较好的生物相容性，同时引入石墨烯/纳米银复合粒子，进一步增强粘合剂强度同时赋予其抑菌功能。
14.本发明制备得到的骨粘合剂中含有纳米级羟基磷灰石和壳聚糖，可诱导骨的生成，其生物相容性可以与商业骨粘合剂相媲美，本发明的合成工艺简单、所需成本低、可重复性较好。对开发新型骨粘合剂以及对于粉碎性骨折和骨缺损的治疗，具有一定的临床意义及研究价值。
具体实施方式
15.实施例1一种具有抑菌、高强、快速凝固的骨修复粘合剂的制备方法，包括如下步骤：（1）氧化石墨烯/纳米银的制备将20 mg氧化石墨粉通过超声作用在30 ml水中分散2 h，形成稳定的氧化石墨烯水性分散液。而后将10mg的明胶在机械搅拌作用下于60℃条件下溶解于上述石墨烯水性分散液中，冷却到室温下再加入0.03m硝酸银，继续在室温下机械搅拌12小时形成氧化石墨烯/纳米银复合水溶液分散液，最后加入30mgpvp继续在室温下机械搅拌4小时形成pvp修饰改性的氧化石墨烯/纳米银复合水溶液分散液，然后将上述溶液直接在80℃条件下干燥得到石墨烯/纳米银复合粉体，待用。
16.（2）粘合剂的a组份制备将20g聚乙二醇在80℃下加热成液体，而后加入5g壳聚糖机械搅拌1小时后冷却到室温，形成聚乙二醇/壳聚糖复合材料，经过机械粉碎并经过150目纱网过滤，形成聚乙二
醇/壳聚糖复合粉体。
17.将2.5g聚乙二醇/壳聚糖复合粉体、0.15g纳米羟基磷灰石和0.1g石墨烯/纳米银复合无水乙醇分散液共同加入到5.0ml对甲苯磺酸水溶液中，在室温下机械搅拌30min，而后继续超声10分钟，使得其混合均匀，得到聚乙二醇/壳聚糖/纳米羟基磷灰石和石墨烯/纳米银复合的a组份。
18.（3）粘合剂的制备将7.5g氰基丙烯酸乙酯加入到上述a组份中，机械搅拌共混后，即可涂敷到骨骼伤口处，在8min时完全固化。
19.通过该配方得到的粘结强度是2.2mpa，细胞毒性0级，试样和琼脂接触的区域无菌落生长。
20.实施例2一种具有抑菌、高强、快速凝固的骨修复粘合剂及其制备方法，包括如下步骤：（1）氧化石墨烯/纳米银的制备将20 mg氧化石墨粉通过超声作用在30 ml水中分散2 h，形成稳定的氧化石墨烯水性分散液。而后将10mg的明胶在机械搅拌作用下于60℃条件下溶解于上述石墨烯水性分散液中，冷却到室温下再加入0.03m硝酸银，继续在室温下机械搅拌12小时形成氧化石墨烯/纳米银复合水溶液分散液，最后加入30mgpvp继续在室温下机械搅拌4小时形成pvp修饰改性的氧化石墨烯/纳米银复合水溶液分散液，然后将上述溶液直接在80℃条件下干燥得到石墨烯/纳米银复合粉体，待用。
21.（2）粘合剂的a组份制备将20g聚乙二醇在80℃下加热成液体，而后加入5g壳聚糖机械搅拌1小时后冷却到室温，形成聚乙二醇/壳聚糖复合材料，经过机械粉碎并经过150目纱网过滤，形成聚乙二醇/壳聚糖复合粉体。
22.将2.5g聚乙二醇/壳聚糖复合粉体、0.15g纳米羟基磷灰石和0.1g石墨烯/纳米银复合无水乙醇分散液共同加入到5.0ml对甲苯磺酸水溶液中，在室温下机械搅拌30min，而后继续超声10分钟，使得其混合均匀，得到聚乙二醇/壳聚糖/纳米羟基磷灰石和石墨烯/纳米银复合的a组份。
23.（3）粘合剂的制备将15g氰基丙烯酸乙酯加入到上述a组份中，机械搅拌共混后，即可涂敷到骨骼伤口处，在12min时完全固化。
24.通过该配方得到的粘结强度是2.4mpa，细胞毒性0级，试样和琼脂接触的区域无菌落生长。
25.实施例3一种具有抑菌、高强、快速凝固的骨修复粘合剂及其制备方法，包括如下步骤：（1）氧化石墨烯/纳米银的制备将20 mg氧化石墨粉通过超声作用在30 ml水中分散2 h，形成稳定的氧化石墨烯水性分散液。而后将10mg的明胶在机械搅拌作用下于60℃条件下溶解于上述石墨烯水性分散液中，冷却到室温下再加入0.03m硝酸银，继续在室温下机械搅拌12小时形成氧化石墨烯/纳米银复合水溶液分散液，最后加入30mgpvp继续在室温下机械搅拌4小时形成pvp修饰
改性的氧化石墨烯/纳米银复合水溶液分散液，然后将上述溶液直接在80℃条件下干燥得到石墨烯/纳米银复合粉体，待用。
26.（2）粘合剂的a组份制备将20g聚乙二醇在80℃下加热成液体，而后加入5g壳聚糖机械搅拌1小时后冷却到室温，形成聚乙二醇/壳聚糖复合材料，经过机械粉碎并经过150目纱网过滤，形成聚乙二醇/壳聚糖复合粉体。
27.将2.5g聚乙二醇/壳聚糖复合粉体、0.3g纳米羟基磷灰石和0.2g石墨烯/纳米银复合无水乙醇分散液共同加入到5.0ml对甲苯磺酸水溶液中，在室温下机械搅拌30min，而后继续超声10分钟，使得其混合均匀，得到聚乙二醇/壳聚糖/纳米羟基磷灰石和石墨烯/纳米银复合的a组份。
28.（3）粘合剂的制备将15g氰基丙烯酸乙酯加入到上述a组份中，机械搅拌共混后，即可涂敷到骨骼伤口处，在14min时完全固化。
29.通过该配方得到的粘结强度是2.6mpa，细胞毒性0级，试样和琼脂接触的区域无菌落生长。
30.本发明三个实施例的性能参数，如下表所示。