一种具有光热效应的钙硅基复合骨水泥及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种具有光热效应的钙硅基复合骨水泥及其制备方法和应用。骨水泥材料包括钙硅基材料和负载于所述钙硅基材料上的氧化石墨烯。根据本发明专利技术，将氧化石墨烯负载于钙硅基材料上得到钙硅基/氧化石墨烯复合材料，可以使得氧化石墨烯的含量较高，从而将该复合材料用于骨水泥时，可以使骨水泥具备明显的光热性能。

Calcium silicon based composite bone cement with photothermal effect and preparation method and application thereof

The invention provides a calcium silicon based composite bone cement with photothermal effect and a preparation method and application thereof. Bone cement materials include calcium silicon based materials and graphene oxide supported on the calcium silicon based materials. According to the invention, the calcium silicate-based/graphene oxide composite material is obtained by loading graphene oxide on calcium silicate-based material, and the content of graphene oxide is high. Thus, when the composite material is used in bone cement, the bone cement can have obvious photothermal properties.

【技术实现步骤摘要】
一种具有光热效应的钙硅基复合骨水泥及其制备方法和应用
本专利技术属于医用生物材料领域，涉及一种具有光热效应的钙硅基复合骨水泥材料及其制备方法和应用。该材料作为人体硬组织缺损的填充修复材料，可用于牙科、骨科等用途。
技术介绍
在无机骨修复材料领域，骨水泥因其具有低温固化、可注射、可根据骨缺损部位的形状任意塑形的独特性在骨缺损治疗中得到了广泛的关注和应用(JournaloftheCeramicSocietyofJapan1991；99:954-64)。其中，以硅酸二钙(Ca2SiO4，C2S)(JournalofBiomedicalMaterialsResearchPartB-AppliedBiomaterials2005；73B:244-51)、硅酸三钙(Ca3SiO5，C3S)(JournalofBiomedicalMaterialsResearchPartA2008；85A:336-44)为代表的新型钙硅基骨水泥体系具有良好的生物活性和降解性能，并且其在降解过程中溶出的硅离子能促进成骨细胞增殖及分化。此外，以上述材料为主要成分的MTA类材料已经得到了广泛的应用。目前，骨水泥除了用于常规的骨缺损修复之外，也正被越来越多的用于骨肿瘤切除后所产生的骨缺损的填充。但是，手术切除骨肿瘤后患处通常会有肿瘤细胞残留或复发，后期还需要进行化学治疗或者放射治疗等，而该过程会带来很大的毒副作用(AcsAppliedMaterials&Interfaces2015；7:13866-13875)，因此越来越多的研究人员开始关注骨水泥本身的生物功能化，使其具有一定的抗肿瘤功能，从而在修复骨组织缺损的同时，能够根据实际需要在病灶部位辅助治疗骨肿瘤。目前有学者将抗生素(ChineseJournalofCancerPreventionandTreatment,2010,17(11):823-826)、紫杉醇(Biomaterials,2011,32(23):5411)等药物添加入骨水泥中，制备出具有一定治疗效果的载药骨水泥。但是该骨水泥中的药物缓释难以控制，并且药物释放完后，如果骨肿瘤细胞复发，这种载药的骨水泥将不再具有治疗效果。因此，载药骨水泥用于骨肿瘤的治疗具有一定的局限性。近年来，光热治疗作为较为新型的肿瘤治疗方法得到的广泛的关注。研究表明，石墨烯及其衍生物具有较好的近红外(NIR)光吸收能力，将其置于近红外光照射下，光能转化为热能，这样会导致肿瘤部位局部升温，并且利用肿瘤细胞对热更敏感的原理，从而选择性地杀死肿瘤细胞而不对正常组织造成明显的伤害(AdvancedFunctionalMaterials,2016,26:1197-1208)。因此，光热治疗在骨组织重建方面展现了显著的优势。但是目前在骨水泥领域，并没有相关的具有光热效应的骨水泥的研究工作。石墨烯的衍生产物-氧化石墨烯(GO)，具有优异的力学性能，并且其结构中含有大量的-OH、-COOH、-O-等亲水性基团，使其在水中的分散性较好。此外，GO具有较高的光热转换效率和优异的导热性，同时在一定的浓度范围内可促进新骨的生成(AdvancedFunctionalMaterials,2016,26:1197-1208)。在一些研究中，GO已被作为添加物用于硫酸钙和磷酸钙骨水泥中以提高其力学强度。在这些研究中，主要是以浓度极低的GO溶液作为骨水泥的调和液。虽然可以在一定程度上提高水泥的力学强度(Nanoscale,2012,4:2937-2945)，但由于整个体系中的GO含量极低，因此所得到的骨水泥并不具备明显的光热功能。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷，本专利技术的目的在于提供一种具有光热效应的钙硅基复合骨水泥及其制备方法和应用。第一方面，本专利技术提供一种骨水泥材料，其包括钙硅基材料和负载于所述钙硅基材料上的氧化石墨烯。根据本专利技术，将氧化石墨烯(grapheneoxide，GO)负载于钙硅基材料上得到钙硅基/氧化石墨烯复合材料，可以使得氧化石墨烯的含量较高，从而将该复合材料用于骨水泥时，可以使骨水泥具备明显的光热性能。较佳地，氧化石墨烯材料与钙硅基材料的质量比为0.1％～2％，优选为0.5％～2％。较佳地，所述骨水泥材料为粉体，优选地，所述粉体的粒径为500nm～100μm。较佳地，所述钙硅基材料的组成中含有以下至少一种硅酸钙材料：硅酸二钙粉体、硅酸三钙粉体、或硅酸二钙/硅酸三钙混合粉体。较佳地，所述钙硅基材料的组成还包括以下一种或多种添加物：氯化钙、碳酸钙、磷酸钙、硫酸钙。第二方面，本专利技术提供上述骨水泥材料的制备方法，将钙硅基骨水泥粉体与氧化石墨烯水溶液混合均匀，钙硅基骨水泥粉体与氧化石墨烯共沉淀，得到所述骨水泥材料。在水化初期，钙硅基水泥颗粒表面带有正电荷；GO在水溶液中分散后，表面含有大量的-OH、-COOH、-O-等基团，使得其带负电荷。当钙硅基水泥颗粒分布于GO水溶液中时，GO会由于静电吸引而吸附于水泥颗粒的表面，最终与水泥颗粒共同沉淀。通过该方法，可以向钙硅基骨水泥体系中均匀引入较高含量的GO。较佳地，所述氧化石墨烯水溶液由氧化石墨烯粉体加入水中，超声1～3小时配制得到。较佳地，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.1～5mg/mL。较佳地，钙硅基骨水泥粉体与氧化石墨烯水溶液的混合比例为：每1g钙硅基骨水泥粉体使用2～40mL氧化石墨烯水溶液。第三方面，本专利技术提供一种骨水泥组合物，其包括上述任一种骨水泥材料和液体。所述骨水泥材料和所述液体可以为混合状态，也可以为非混合状态。第四方面，本专利技术提供一种骨水泥浆体，其由上述任一种骨水泥材料和液体调和而得。该骨水泥浆体具有以下1)至3)中的一个或多个特征。1)光热效应：置于近红外光下光照5～20分钟后，复合骨水泥的温度可升至40～120℃。2)凝固时间：37℃，100％湿度条件下的终凝时间为40～200分钟。3)抗压强度：养护1天后，抗压强度可达到10～40MPa。该骨水泥浆体具有光热效应，其光热效应可促使骨水泥的固化时间缩短至10～150分钟，可促使骨水泥在一个小时内的强度达到0～3.0MPa。该骨水泥浆体在体内具有一定的抗肿瘤效果。该骨水泥浆体具有良好的光热效应、自行固化及生物活性等性质，可用于牙科、骨科等领域的组织修复及肿瘤的治疗。较佳地，所述骨水泥材料与所述液体的比例为：每1g钙硅基/氧化石墨烯复合材料使用0.3～1.5mL液体。优选地，所述液体为水、盐溶液、海藻酸钠溶液、壳聚糖溶液中的至少一种。第五方面，本专利技术提供一种骨水泥固化体，其由上述任一种骨水泥浆体固化而得。该骨水泥固化体可以是将上述任一种骨水泥浆体注入体内固化而得，在体内具有一定的抗肿瘤效果。第六方面，本专利技术提供上述骨水泥材料、骨水泥组合物、骨水泥浆体、骨水泥固化体在制备用于硬组织修复及肿瘤治疗的材料中的应用。较佳地，上述骨水泥材料、骨水泥组合物、骨水泥浆体、骨水泥固化体可用于微创治疗或复杂骨缺损形状的填充及骨肿瘤的治疗。附图说明图1GO改性钙硅基复合骨水泥在37℃，100％湿度条件下的固化时间(本图中钙硅基材料为硅酸三钙粉体，液固比为0.5mL/g)。图2GO改性钙硅基复合骨水泥在37℃，100％湿度条件下养护1天后的抗压强度(本图中钙硅基材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种骨水泥材料，其特征在于，包括钙硅基材料和负载于所述钙硅基材料上的氧化石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种骨水泥材料，其特征在于，包括钙硅基材料和负载于所述钙硅基材料上的氧化石墨烯。2.根据权利要求1所述的骨水泥材料，其特征在于，氧化石墨烯材料与钙硅基材料的质量比为0.1%～2%，优选为0.5%～2%。3.根据权利要求1或2所述的骨水泥材料，其特征在于，所述骨水泥材料为粉体，优选地，所述粉体的粒径为500nm～100μm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的骨水泥材料，其特征在于，所述钙硅基材料的组成中含有以下至少一种硅酸钙材料：硅酸二钙粉体、硅酸三钙粉体、或硅酸二钙/硅酸三钙混合粉体；优选地，所述钙硅基材料的组成还包括以下一种或多种添加物：氯化钙、碳酸钙、磷酸钙、硫酸钙。5.一种权利要求1至4中任一项所述的骨水泥材料的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：常江，徐晨，郇志广，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31