一种同时释放锌离子和硅酸根离子的磷酸钙骨水泥的制备方法

摘要

本发明公开了一种同时释放锌离子和硅酸根离子的磷酸钙骨水泥的制备方法，包括以下步骤：(1)将磷酸钙骨水泥粉末、含有锌离子的无机盐、含有硅酸根离子的无机盐混合均匀，得到同时含锌元素和硅元素的磷酸钙骨水泥，即固相；(2)将步骤(1)得到的固相泥与液相进行调和，液相体积与固相粉末质量比为0.3～0.6mL/g。本发明首次同时将锌离子和硅酸根离子添加到磷酸钙骨水泥中，具有较高的力学强度、合适的凝结时间、可以长时间持续释放锌离子和硅酸根离子、释放量可控的特点，同时释放出的两种不同功能性离子可以发挥协同抑制骨吸收、促进骨修复的作用，较之传统磷酸钙骨水泥，具有更优异的骨缺损修复效果和更广阔的临床应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及骨缺损修复医用材料领域，特别涉及一种同时释放锌离子和硅 酸根离子的磷酸钙骨水泥的制备方法。

背景技术

自从Brown和Chow首次报道磷酸钙骨水泥(CalciumPhosphateCement, CPC)以来，CPC受到了研究者的广泛关注。CPC由固相粉末和液相组成，在 临床使用时将两相混合并调和均匀成膏状，之后通过手术或者用注射器械将其 植入填充到骨缺损部位。CPC在体温下自行固化，在体内逐步降解，引导新骨 生成，最终完成对骨缺损的修复。由于CPC具有可注射性、任意塑形性、原位 等温自固化性能等有别于其他骨缺损修复生物材料的性能，因此CPC是一种具 有良好临床应用前景的骨缺损填充修复材料。虽然CPC具有良好的生物相容性 和骨传导性，但由于其在诱导成骨性能方面的欠缺，因此CPC的骨修复效果受 到一定的影响。

CPC成骨性能的提高常通过生长因子复合改性和离子掺杂改性来实现。生 长因子价格昂贵，且复合到CPC中后存在突释现象，只在材料植入早期具有一 定的促成骨作用，并不具有长期的诱导成骨的效果。CPC的水化产物接近于自 然骨的主要无机成分羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)。自然骨HA中存在多种 微量元素，这些微量元素在先天及后天的骨组织的形成和发育过程中起着重要 的作用。研究表明，通过离子掺杂来改性CPC，是一种有效的提高磷酸钙骨水 泥骨修复效果的方法。离子掺杂到CPC中后，材料在骨修复过程中能够长期稳 定释放出功能性离子，改善CPC的成骨性能；且无机离子来源广泛、价格低廉， 临床使用时可以较大的减轻患者的负担。

骨水泥中微量元素的添加，使得材料具有各种促进骨修复的性能，如诱导 成骨的性能、诱导成血管的性能、抑制骨吸收的性能、抗菌性能等。尽管这些 微量元素在骨水泥中含量很低，但其在骨缺损的修复中起着不可替代的作用。 CPC中所添加的微量元素可以从材料中溶解释放出来，被人体吸收利用，参与 新骨的形成，发挥其生物学作用。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于一种同时释放锌 离子和硅酸根离子的磷酸钙骨水泥的制备方法，工艺比较简单，制备得到的磷 酸钙骨水泥机械强度较高、能够长时间缓释功能性离子、离子溶出量可控，且 无细胞毒性，在植入体内后随着材料的降解，可以同时持续释放锌离子和硅酸 根离子，提高磷酸钙骨水泥的骨修复效果。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种同时释放锌离子和硅酸根离子的磷酸钙骨水泥的制备方法，包括以下 步骤：

(1)将磷酸钙骨水泥粉末、含有锌离子的无机盐、含有硅酸根离子的无 机盐混合均匀，得到同时含锌元素和硅元素的磷酸钙骨水泥，即固相；所述含 有锌离子的无机盐在磷酸钙骨水泥中的内掺量为2.5～10wt.％；所述含有硅酸根 离子的无机盐在磷酸钙骨水泥中的内掺量为2.5～10wt.％；

(2)将步骤(1)得到的固相泥与液相进行调和，液相体积与固相粉末质 量比为0.3～0.6mL/g；所述液相为去离子水、生理盐水、血液、pH为7.0～7.4的 磷酸盐溶液、pH为7.0～7.4的柠檬酸盐溶液中的一种。

所述含有锌离子的无机盐为同时含有锌离子和硅酸根离子的无机盐；所述 含有硅酸根离子的无机盐为同时含有锌离子和硅酸根离子的无机盐。

所述同时含有锌离子和硅酸根离子的无机盐的在磷酸钙骨水泥中的内掺 量为5～20wt.％。

所述含有锌离子的无机盐为碳酸锌、磷酸锌、氧化锌、锌掺杂磷酸钙、锌 掺杂羟基磷灰石中的一种。

所述含有硅酸根离子的无机盐为硅酸镁、硅酸锶、硅酸钾、硅掺杂磷酸钙、 硅掺杂羟基磷灰石中的一种；或者为硅酸一钙、硅酸二钙、硅酸三钙或硅酸钙 与其他离子的硅酸盐的固溶体；所述其他离子为镁离子或锶离子。

所述同时含有锌离子和硅酸根离子的无机盐为硅酸锌、锌掺杂硅酸一钙、 锌掺杂硅酸二钙、锌掺杂硅酸三钙、锌掺杂硅酸镁、锌掺杂硅酸锶、锌黄长石 中的一种。

所述磷酸钙骨水泥粉末为“磷酸四钙+二水磷酸氢钙”体系骨水泥、“磷酸 二氢钙+α-磷酸三钙+碳酸钙”体系骨水泥、“无定型磷酸钙+二水磷酸氢钙”体 系骨水泥、“磷酸四钙+α-磷酸三钙+二水磷酸氢钙”体系骨水泥、“磷酸四钙+β- 磷酸三钙+磷酸二氢钙”体系骨水泥、“部分结晶磷酸钙+无水磷酸氢钙”体系骨 水泥或“α-磷酸三钙+二水磷酸氢钙+碳酸钙”体系骨水泥中的任意一种。

所述磷酸盐溶液为磷酸氢钠溶液或磷酸氢钾溶液。

所述柠檬酸盐溶液为檬酸钠溶液或柠檬酸钾溶液。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、本发明首次将同时含有锌离子和硅酸根离子的无机盐添加到传统磷酸钙 骨水泥中，利用所释放的离子的生物学功能，来提高骨水泥的成骨性能。与生 物活性因子等促进成骨的添加剂相比，含有功能性离子的无机添加剂来源广泛、 价廉易得，且化学稳定性好，能够从材料中持续缓慢释放，具有长期的促进成 骨的效果。

2、本发明所制备的能够同时释放锌离子和硅酸根离子的磷酸钙骨水泥，在 传统的磷酸钙骨水泥中添加含有锌离子和硅酸根离子的无机盐后，不会对骨水 泥的可注射性、凝结时间和水化产物的组成造成显著影响。无机盐的添加量在 一定范围内，可以显著的提高骨水泥的机械强度。

3、本发明所制备的能够同时释放锌离子和硅酸根离子的磷酸钙骨水泥，经 离子溶出实验测试证实，随着材料的不断降解，锌离子和硅酸根离子能够长时 间稳定的缓慢释放。

4、本发明所制备的能够同时释放锌离子和硅酸根离子的磷酸钙骨水泥，通 过改变骨水泥中含有锌离子和硅酸根离子的无机盐的添加量，可以达到控制离 子溶出量的目的，使其溶出量在该离子的生物安全范围之内。本发明所制备的 含锌离子和硅酸根离子的磷酸钙骨水泥，在所限定锌离子和硅酸根离子的溶出 量范围内，不会产生大于1级的细胞毒性。

5、本发明所制备的能够同时持续释放锌离子和硅酸根离子的磷酸钙骨水 泥，由于其具有合适的锌离子和硅酸根离子的溶出量，在体外环境下能够显著 促进骨髓间充质干细胞的增殖和分化，在体内环境下具有显著的促进成骨的效 果。

附图说明

图1是实施例1制备的同时释放锌离子和硅酸根离子的磷酸钙骨水泥的凝 结时间。

图2是实施例1制备的同时释放锌离子和硅酸根离子的磷酸钙骨水泥的抗 压强度。

图3是骨髓间充质干细胞在实施例1制备的同时释放锌离子和硅酸根离子 的磷酸钙骨水泥上的增殖情况。

图4是骨髓间充质干细胞在实施例1制备的同时释放锌离子和硅酸根离子 的磷酸钙骨水泥上的I型胶原的表达情况。

图5是骨髓间充质干细胞在实施例1制备的同时释放锌离子和硅酸根离子 的磷酸钙骨水泥上的碱性磷酸酶的表达情况。

图6是骨髓间充质干细胞在实施例1制备的同时释放锌离子和硅酸根离子 的磷酸钙骨水泥上的Runx-2的表达情况。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不 限于此。

实施例1

选用硅酸锌作为同时含有锌离子和硅酸根离子的无机盐添加剂，将其添加 到“部分结晶磷酸钙+无水磷酸氢钙”体系骨水泥中，实施步骤包括：

(11)采用微波水热方法制备硅酸锌粉体。将乙酸锌和正硅酸乙酯依次溶 于去离子水中，锌和硅的摩尔比为2:1，用氨水调溶液pH值到7。随着化学反 应的进行，溶液逐渐变成均匀的白色乳浊液。将该白色乳浊液在160℃条件下 微波水热1小时，水热完成后用去离子水洗涤白色沉淀并80℃条件下烘干，得 到所需硅酸锌粉体。

(12)称取步骤(11)所制备的硅酸锌粉体0.1g，称取“部分结晶磷酸钙+ 无水磷酸氢钙”体系骨水泥粉体0.9g，将其混合均匀。按照液固比0.35mL/g 的比例，将去离子水加入到本实施例制备的含硅酸锌的骨水泥粉体中，并调和 成膏状。

(13)将步骤(12)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

对比样：

(21)称取“部分结晶磷酸钙+无水磷酸氢钙”体系骨水泥粉体1g，作为 本实施例的对比例。按照液固比0.35mL/g的比例，将去离子水加入到本对比例 中，并调和成膏状。

(22)将步骤(21)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

本实施例所制备的含硅酸锌的“部分结晶磷酸钙+无水磷酸氢钙”骨水泥， 经理化性能测试证实具有合适的固化时间(28min)和较高的抗压强度(67MPa) (图1～图2)。将该骨水泥按照5mL/g的比例浸泡于pH＝7.4(37℃)的Tris-HCl 缓冲溶液中，每天换液，浸泡8周后取出样品并干燥，经X射线荧光光谱分析， 样品中剩余Zn元素含量为初始Zn元素含量的54.6％，剩余Si元素含量为初始 Si元素含量的36.2％，说明8周后在材料中仍然有锌元素和硅元素存在，锌离子 和硅酸根离子的持续释放时间可以达到8周以上。检测了浸泡一周内每天溶出 的Zn和Si的浓度，结果表明浸泡第一天的溶出量最大，Zn第一天的溶出量为 4.62μM、Si第一天的溶出量为0.97mM，均未超过最高限定值。经体外细胞实 验证实，与对比样相比，本实施例骨水泥能够显著促进骨髓间充质干细胞的增 殖(图3)和成骨分化(图4～6)。

实施例2

选用锌掺杂硅酸一钙作为含有锌离子和硅酸根离子的无机盐添加剂，将其 添加到“磷酸二氢钙+α-磷酸三钙+碳酸钙”体系骨水泥中，实施步骤包括：

(11)采用高温固相反应法制备锌掺杂硅酸一钙。称取一定质量的氧化锌 和硅酸钙，其中锌与钙的摩尔比为1:19。混合均匀后，在1000℃下煅烧，保温 4小时，最终得到实验所需锌掺杂硅酸一钙。

(12)称取步骤(11)所制备的锌掺杂硅酸一钙粉体0.2g，称取“磷酸二 氢钙+α-磷酸三钙+碳酸钙”体系骨水泥粉体0.8g，将其混合均匀。选取0.25mol/L 磷酸氢二钠溶液为调和液，按照液固比0.6mL/g的比例加入到本实施例制备的 含锌掺杂硅酸一钙的骨水泥粉体中，并调和成膏状。

(13)将步骤(12)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

对比样：

(21)称取“磷酸二氢钙+α-磷酸三钙+碳酸钙”体系骨水泥粉体1g，作为 本实施例的对比例。按照液固比0.6mL/g的比例，将0.25mol/L磷酸氢二钠溶 液加入到本对比例中，并调和成膏状。

(22)将步骤(21)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

本实施例所制备的含锌掺杂硅酸一钙的“磷酸二氢钙+α-磷酸三钙+碳酸钙” 体系骨水泥，可注射性、凝结时间和机械强度满足临床应用的需求。将该骨水 泥按照5mL/g的比例浸泡于pH＝7.4(37℃)的Tris-HCl缓冲溶液中，每天换液， 浸泡8周后取出样品并干燥，经X射线荧光光谱分析，样品中剩余Zn元素含量 为初始Zn元素含量的34.8％，剩余Si元素含量为初始Si元素含量的18.5％， 说明8周后在材料中仍然有锌元素和硅元素存在，锌离子和硅酸根离子的持续 释放时间可以达到8周以上。检测了浸泡一周内每天溶出的Zn和Si的浓度， 结果表明浸泡第一天的溶出量最大，Zn第一天的溶出量为0.58μM、Si第一天 的溶出量为1.36mM，均未超过最高限定值。与对比样相比，本实施例骨水泥中 锌离子和硅酸根离子的溶出显著提高了骨水泥的成骨性能。

实施例3

选用磷酸锌和硅酸二钙作为含有锌离子和硅酸根离子的无机盐添加剂，将 其添加到“无定型磷酸钙+二水磷酸氢钙”体系骨水泥中，实施步骤包括：

(11)称取硅酸二钙0.05g，称取磷酸锌0.05g，称取“无定型磷酸钙+二 水磷酸氢钙”体系骨水泥粉体0.9g，将其混合均匀。选取0.1mol/L柠檬酸钾溶 液为调和液，按照液固比0.4mL/g的比例将液相加入到本实施例制备的含磷酸 锌和硅酸二钙的骨水泥粉体中，并调和成膏状。

(12)将步骤(11)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

对比样：

(21)称取“无定型磷酸钙+二水磷酸氢钙”体系骨水泥粉体1g，作为本 实施例的对比例。按照液固比0.4mL/g的比例，将0.1mol/L柠檬酸钾溶液加入 到本对比例中，并调和成膏状。

(22)将步骤(21)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

本实施例所制备的含磷酸锌和硅酸二钙的“无定型磷酸钙+二水磷酸氢钙” 体系骨水泥，可注射性、凝结时间和机械强度满足临床应用的需求。将该骨水 泥按照5mL/g的比例浸泡于pH＝7.4(37℃)的Tris-HCl缓冲溶液中，每天换液， 浸泡8周后取出样品并干燥，经X射线荧光光谱分析，样品中剩余Zn元素含量 为初始Zn元素含量的67.7％，剩余Si元素含量为初始Si元素含量的20.8％， 说明8周后在材料中仍然有锌元素和硅元素存在，锌离子和硅酸根离子的持续 释放时间可以达到8周以上。检测了浸泡一周内每天溶出的Zn和Si的浓度， 结果表明浸泡第一天的溶出量最大，Zn第一天的溶出量为0.26μM、Si第一天 的溶出量为0.89mM，均未超过最高限定值。与对比例相比，本实施例骨水泥中 锌离子和硅酸根离子的溶出显著提高了骨水泥的骨修复效果。

实施例4

选用硅酸锌和硅酸镁作为含有锌离子和硅酸根离子的无机盐添加剂，将其 添加到“部分结晶磷酸钙+无水磷酸氢钙”体系骨水泥中，实施步骤包括：

(11)称取硅酸镁0.05g，称取碳酸锌0.1g，称取“部分结晶磷酸钙+无水 磷酸氢钙”体系骨水泥粉体0.85g，将其混合均匀。选取0.05mol/L磷酸氢二钾 溶液为调和液，按照液固比0.3mL/g的比例将液相加入到本实施例制备的含硅 酸镁的骨水泥粉体中，并调和成膏状。

(12)将步骤(11)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

对比样：

(21)称取“部分结晶磷酸钙+无水磷酸氢钙”体系骨水泥粉体1g，作为 本实施例的对比例。按照液固比0.3mL/g的比例，将0.05mol/L磷酸氢二钾溶 液加入到本对比例中，并调和成膏状。

(22)将步骤(21)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

本实施例所制备的含硅酸锌和硅酸镁的“部分结晶磷酸钙+无水磷酸氢钙” 体系骨水泥，可注射性、凝结时间和机械强度满足临床应用的需求。将该骨水 泥按照5mL/g的比例浸泡于pH＝7.4(37℃)的Tris-HCl缓冲溶液中，每天换液， 浸泡8周后取出样品并干燥，经X射线荧光光谱分析，样品中剩余Zn元素含量 为初始Zn元素含量的55.9％，剩余Si元素含量为初始Si元素含量的40.6％， 说明8周后在材料中仍然有锌元素和硅元素存在，锌离子和硅酸根离子的持续 释放时间可以达到8周以上。检测了浸泡一周内每天溶出的Zn和Si的浓度， 结果表明浸泡第一天的溶出量最大，Zn第一天的溶出量为4.37μM、Si第一天 的溶出量为1.28mM，均未超过最高限定值。与对比样相比，本实施例骨水泥中 锌离子和硅酸根离子的溶出显著提高了骨水泥的成骨性能。

实施例5

选用碳酸锌和硅酸锶作为含有锌离子和硅酸根离子的无机盐添加剂，将其 添加到“磷酸四钙+α-磷酸三钙+二水磷酸氢钙”体系骨水泥中，实施步骤包括：

(11)采用高温固相反应法制备硅酸锶粉体。以乙醇为介质，将摩尔比为 2:1的二氧化硅和碳酸锶粉体球磨混合2h，60℃烘干后，将干燥的粉体放入高 温炉中，在1400℃下高温煅烧4h，从而得到高纯的硅酸锶粉体。

(12)称取硅酸锶0.05g，称取碳酸锌0.05g，称取“磷酸四钙+α-磷酸三 钙+二水磷酸氢钙”体系骨水泥粉体0.9g，将其混合均匀。选取0.25mol/L磷酸 氢二钠/磷酸二氢钠缓冲液为调和液，按照液固比0.5mL/g的比例加入到本实施 例制备的含碳酸锌和硅酸锶的骨水泥粉体中，并调和成膏状。

(13)将步骤(12)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

对比样：

(21)称取“磷酸四钙+α-磷酸三钙+二水磷酸氢钙”体系骨水泥粉体1g， 作为本实施例的对比例。按照液固比0.5mL/g的比例，将0.25mol/L磷酸氢二 钠/磷酸二氢钠缓冲液加入到本对比例中，并调和成膏状。

(22)将步骤(21)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

本实施例所制备的含碳酸锌和硅酸锶的“磷酸四钙+α-磷酸三钙+二水磷酸 氢钙”体系骨水泥，可注射性、凝结时间和机械强度满足临床应用的需求。将 该骨水泥按照5mL/g的比例浸泡于pH＝7.4(37℃)的Tris-HCl缓冲溶液中，每 天换液，浸泡8周后取出样品并干燥，经X射线荧光光谱分析，样品中剩余Zn 元素含量为初始Zn元素含量的37.1％，剩余Si元素含量为初始Si元素含量的 12.7％，说明8周后在材料中仍然有锌元素和硅元素存在，锌离子和硅酸根离子 的持续释放时间可以达到8周以上。检测了浸泡一周内每天溶出的Zn和Si的 浓度，结果表明浸泡第一天的溶出量最大，Zn第一天的溶出量为0.78μM、Si 第一天的溶出量为1.04mM，均未超过最高限定值。与对比样相比，本实施例中 锌离子和硅酸根离子的溶出显著提高了骨水泥的成骨性能。

实施例6

选用锌掺杂β-磷酸三钙和硅掺杂β-磷酸三钙作为含有锌离子和硅酸根离子 的无机盐添加剂，将其应用于“磷酸四钙+β-磷酸三钙+磷酸二氢钙”体系骨水 泥中，实施步骤包括：

(11)采用化学沉淀法制备锌掺杂β-磷酸三钙和硅掺杂β-磷酸三钙。称取 一定质量的硝酸钙、磷酸氢二铵和乙酸锌，其中锌与钙的摩尔比为1:9，锌+钙 与磷的摩尔比为1.5:1。将0.2M磷酸氢二铵的溶液缓慢加入到0.3M硝酸钙与 乙酸锌的混合溶液中，之后用氨水调pH值到8。搅拌8h，陈化12h后，洗涤 所得白色沉淀，烘干后在1000℃下热处理，保温2小时，得到实验所需锌掺杂 β-磷酸三钙。

称取一定质量的硝酸钙、磷酸氢二铵，量取一定体积的正硅酸乙酯，其中 硅与磷的摩尔比为1:9，钙与磷+硅的摩尔比为1.5:1。将0.2M磷酸氢二铵和正 硅酸乙酯的混合溶液缓慢加入到0.3M硝酸钙溶液中，之后用氨水调pH值到8。 搅拌8h，陈化12h后，洗涤所得白色沉淀，烘干后在1000℃下热处理，保温 2小时，得到实验所需锌掺杂β-磷酸三钙。

(12)采用步骤(11)中所制备的锌掺杂β-磷酸三钙和硅掺杂β-磷酸三钙 代替“磷酸四钙+β-磷酸三钙+磷酸二氢钙”体系骨水泥中的β-磷酸三钙，其中 锌掺杂β-磷酸三钙和硅掺杂β-磷酸三钙的质量比为1:1，两者总和占骨水泥总量 的40％。选取0.1mol/L柠檬酸钠溶液为调和液，按照液固比0.6mL/g的比例加 入到本实施例制备的含锌和硅的骨水泥粉体中，并调和成膏状。

(13)将步骤(12)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

对比样：

(21)称取“磷酸四钙+β-磷酸三钙+磷酸二氢钙”体系骨水泥粉体1g，作 为本实施例的对比例。按照液固比0.6mL/g的比例，将0.1mol/L柠檬酸钠溶液 加入到本对比例中，并调和成膏状。

(22)将步骤(21)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

本实施例所制备的“磷酸四钙+锌掺杂β-磷酸三钙+硅掺杂β-磷酸三钙+磷酸 二氢钙”骨水泥，可注射性、凝结时间和机械强度满足临床应用的需求。将该 骨水泥按照5mL/g的比例浸泡于pH＝7.4(37℃)的Tris-HCl缓冲溶液中，每天 换液，浸泡8周后取出样品并干燥，经X射线荧光光谱分析，样品中剩余Zn 元素含量为初始Zn元素含量的78.4％，剩余Si元素含量为初始Si元素含量的 69.2％，说明8周后在材料中仍然有锌元素和硅元素存在，锌离子和硅酸根离子 的持续释放时间可以达到8周以上。检测了浸泡一周内每天溶出的Zn和Si的 浓度，结果表明浸泡第一天的溶出量最大，Zn第一天的溶出量为0.015μM、Si 第一天的溶出量为0.04mM，均未超过最高限定值。尽管本实施例骨水泥中锌离 子和硅酸根离子的溶出量较低，但与对比样相比，该骨水泥的骨诱导性能仍有 所提高。

实施例7

选用锌黄长石作为含有锌离子和硅酸根离子的无机盐添加剂，将其添加到 “磷酸四钙+二水磷酸氢钙”体系骨水泥中，实施步骤包括：

(11)采用高温固相反应法制备锌黄长石粉体。以乙醇为介质，将碳酸钙、 氧化锌、二氧化硅粉体以摩尔比为2:1:2的比例球磨混合均匀，60℃烘干乙醇后， 将干燥的混合均匀的粉体放入高温炉中，1200℃下高温煅烧2h，从而得到所需 锌黄长石粉体。

(12)称取步骤(11)所制备的锌黄长石粉体0.15g，称取“磷酸四钙+二 水磷酸氢钙”体系骨水泥粉体0.85g，将其混合均匀。按照液固比0.5mL/g的比 例，将生理盐水加入到本实施例制备的含锌黄长石的骨水泥粉体中，并调和成 膏状。

(13)将步骤(12)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

对比样：

(21)称取“磷酸四钙+二水磷酸氢钙”体系骨水泥粉体1g，作为本实施 例的对比例。按照液固比0.5mL/g的比例，将生理盐水加入到本对比例中，并 调和成膏状。

(22)将步骤(21)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

本实施例所制备的含锌黄长石的“磷酸四钙+二水磷酸氢钙”体系骨水泥， 可注射性、凝结时间和机械强度满足临床应用的需求。将该骨水泥按照5mL/g 的比例浸泡于pH＝7.4(37℃)的Tris-HCl缓冲溶液中，每天换液，浸泡8周后 取出样品并干燥，经X射线荧光光谱分析，样品中剩余Zn元素含量为初始Zn 元素含量的35.5％，剩余Si元素含量为初始Si元素含量的14.8％，说明8周后 在材料中仍然有锌元素和硅元素存在，锌离子和硅酸根离子的持续释放时间可 以达到8周以上。检测了浸泡一周内每天溶出的Zn和Si的浓度，结果表明浸 泡第一天的溶出量最大，Zn第一天的溶出量为15.4μM、Si第一天的溶出量为 1.74mM，均未超过最高限定值。与对比例相比，本实施例中锌离子和硅酸根离 子的溶出显著提高了骨水泥的成骨性能。

实施例8

选用锌掺杂硅酸镁和氧化锌作为含有锌离子和硅酸根离子的无机盐添加 剂，将其添加到“α-磷酸三钙+二水磷酸氢钙+碳酸钙”体系骨水泥中，实施步 骤包括：

(11)采用高温固相反应法制备锌掺杂硅酸镁粉体。以乙醇为介质，将碱 式碳酸镁、氧化锌、二氧化硅粉体以摩尔比为0.39:0.05:1的比例球磨混合均匀， 60℃烘干乙醇后，将干燥的混合均匀的粉体放入高温炉中，1200℃下高温处理 3h，从而得到所需锌掺杂硅酸镁粉体。

(12)称取步骤(11)所制备的锌掺杂硅酸镁粉体0.05g，称取“α-磷酸三 钙+二水磷酸氢钙+碳酸钙”体系骨水泥粉体0.95g，将其混合均匀。按照液固比 0.55mL/g的比例，将0.25mol/L磷酸氢二钠溶液加入到本实施例制备的含锌掺 杂硅酸镁和氧化锌的骨水泥粉体中，并调和成膏状。

(13)将步骤(12)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

对比样：

(21)称取“α-磷酸三钙+二水磷酸氢钙+碳酸钙”体系骨水泥粉体1g，作 为本实施例的对比例。按照液固比0.55mL/g的比例，将0.25mol/L磷酸氢二钠 溶液加入到本对比例中，并调和成膏状。

(22)将步骤(21)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

本实施例所制备的含锌掺杂硅酸镁和氧化锌的“α-磷酸三钙+二水磷酸氢钙 +碳酸钙”体系骨水泥，可注射性、凝结时间和机械强度满足临床应用的需求。 将该骨水泥按照5mL/g的比例浸泡于pH＝7.4(37℃)的Tris-HCl缓冲溶液中， 每天换液，浸泡8周后取出样品并干燥，经X射线荧光光谱分析，样品中剩余 Zn元素含量为初始Zn元素含量的60.8％，剩余Si元素含量为初始Si元素含量 的24.5％，说明8周后在材料中仍然有锌元素和硅元素存在，锌离子和硅酸根离 子的持续释放时间可以达到8周以上。检测了浸泡一周内每天溶出的Zn和Si 的浓度，结果表明浸泡第一天的溶出量最大，Zn第一天的溶出量为0.15μM、 Si第一天的溶出量为0.76mM，均未超过最高限定值。与对比样相比，本实施 例中锌离子和硅酸根离子的溶出显著提高了骨水泥的成骨性能。

实施例9

选用锌掺杂羟基磷灰石和硅掺杂羟基磷灰石作为含有锌离子和硅酸根离子 的无机盐添加剂，将其添加到“磷酸四钙+β-磷酸三钙+磷酸二氢钙”体系骨水 泥中，实施步骤包括：

(11)采用水热法制备锌掺杂羟基磷灰石和硅掺杂羟基磷灰石。

称取一定质量的硝酸钙、磷酸铵和乙酸锌，其中锌:钙:磷的摩尔比为 0.5:9.5:6。将0.025M的硝酸钙和乙酸锌混合溶液缓慢加入到0.015M的磷酸铵 溶液中，边加边用氨水调pH值到10。将白色沉淀在180℃下水热处理6h，然 后将白色沉淀洗涤、烘干，得到实验所需锌掺杂羟基磷灰石。

称取一定质量的硝酸钙、磷酸铵，量取一定体积的正硅酸乙酯，其中钙:磷: 硅的摩尔比为10:5.5:0.5。将0.025M的硝酸钙溶液缓慢加入到0.015M的磷酸 铵和正硅酸乙酯混合溶液中，之后用氨水调pH值到10。将白色沉淀在180℃ 下水热处理6h，然后将白色沉淀洗涤、烘干，得到实验所需硅掺杂羟基磷灰石。

(12)称取步骤(1)中所制备的锌掺杂羟基磷灰石和硅羟基磷灰石各0.15 g，称取“磷酸四钙+β-磷酸三钙+磷酸二氢钙”体系骨水泥0.7g，并将三种粉体 混合均匀。选取0.1mol/L柠檬酸钠溶液为调和液，按照液固比0.6mL/g的比例 加入到本实施例制备的含锌和硅的骨水泥粉体中，并调和成膏状。

(13)将步骤(12)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

对比样：

(21)称取“磷酸四钙+β-磷酸三钙+磷酸二氢钙”体系骨水泥粉体1g，作 为本实施例的对比例。按照液固比0.6mL/g的比例，将0.1mol/L柠檬酸钠溶液 加入到本对比例中，并调和成膏状。

(22)将步骤(21)所制备的膏状物分别装入可注射器械中，骨水泥注射 出后成型并固化。

本实施例所制备的含锌掺杂羟基磷灰石和硅掺杂羟基磷灰石的“磷酸四钙 +β-磷酸三钙+磷酸二氢钙”骨水泥，可注射性、凝结时间和机械强度满足临床 应用的需求。将该骨水泥按照5mL/g的比例浸泡于pH＝7.4(37℃)的Tris-HCl 缓冲溶液中，每天换液，浸泡8周后取出样品并干燥，经X射线荧光光谱分析， 样品中剩余Zn元素含量为初始Zn元素含量的83.4％，剩余Si元素含量为初始 Si元素含量的79.2％，说明8周后在材料中仍然有锌元素和硅元素存在，锌离子 和硅酸根离子的持续释放时间可以达到8周以上。检测了浸泡一周内每天溶出 的Zn和Si的浓度，结果表明浸泡第一天的溶出量最大，Zn第一天的溶出量为 0.009μM、Si第一天的溶出量为0.016mM，均未超过最高限定值。尽管本实施 例骨水泥中锌离子和硅酸根离子的溶出量较低，但与对比样相比，该骨水泥的 骨诱导性能仍有所提高。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。