磷酸鈣骨水泥復(fù)合材料

1、磷酸鈣骨水泥復(fù)合材料磷酸鈣骨水泥復(fù)合材料 磷酸鈣骨水泥(Calcium Phosphate Cement,CPC）又稱羥基磷灰石骨水泥(Hydroxyapatite cement),是指一類以各種磷酸鈣鹽為主要成分，在生理條件下具有自固化能力及降解活性、成骨活性的無機材料。是一種新型的人工骨材料，可用于人體骨缺損的修復(fù)，具有良好的生物相容性、 骨傳導(dǎo)性和骨替代性。 1.磷酸鈣骨水泥簡介2.磷酸鈣骨水泥的改性要素 力學(xué)強度 生物相容性 孔隙率 磷酸鈣骨水泥的抗壓強度較低，脆性較大，限制了其應(yīng)用。普遍采用添加纖維的方法來提高CPC 材料的抗壓強度和韌性。大多數(shù)的纖維是非降解性的，與人體生物相容性較

2、差，且具有一定毒性，長期存在于人體內(nèi)，影響骨組織的再生。2.1 CPC力學(xué)強度改性 CPC與一定比例的聚磷酸鈣纖維(calcium polyphosphate fiber, CPPF)混合來增加復(fù)合材料強度；為使其具備良好的生物相容性，加入直徑300-500m的自體顆粒骨。2.2 CPC生物相容性改性實驗方法 將CPC/顆粒骨與CPPF均勻混合成CPC/CPPF復(fù)合材料， 按照CPPF占CPC/CPPF復(fù)合材料重量的0、10、30、50分為四組，將上述四組CPC/CPPF復(fù)合材料與微小顆粒骨以6:4固定比例混合均勻，分別植入A、B、C、D四組兔橈骨缺損處，在4，8周分別行大體、X線片和組織學(xué)觀

3、察，8周時進行力學(xué)測試。實驗過程實驗動物x線片觀察。A組：術(shù)后4周可見少量低密度骨痂形成(a1)；B組：術(shù)后4周可見中等量低密度骨痂影(b1)；c組：術(shù)后4周可見中等量云狀骨痂影，骨缺損端與移植物界限不規(guī)則(c1)；D組：術(shù)后4周可見移植物密度較低，少量骨痂(d1)；A組：術(shù)后8周骨痂增多，骨缺損端與移植物界限不清，可見部分骨質(zhì)充填骨缺損處，但骨缺損處仍有大部分缺損凹陷(a2)；B組：術(shù)后8周可見大量低密度骨痂影，骨質(zhì)充填缺損處飽滿，橈側(cè)可見小凹陷(b2)；c組：術(shù)后8周可見大量骨痂影，骨缺損端與移植物之間界限不清，骨缺損邊緣密度同密質(zhì)骨(c2)；D組：術(shù)后8周可見缺損骨質(zhì)兩端連通，髓腔尚未通

4、暢，缺損邊緣光滑，橈骨中心仍可見部分高密度影(d2).實驗結(jié)果當(dāng)CPPF占CPC/CPPF復(fù)合材料的30 時， 最大抗壓負(fù)荷及抗彎負(fù)荷均優(yōu)于其他組(p0.05)， 組織學(xué)顯示人工復(fù)合材料與骨組織界面結(jié)合最為緊密，材料降解速率與組織成骨速率最接近，成骨性最佳，比例最優(yōu)。實驗結(jié)果組別前臂數(shù)最大抗壓載荷(N)最大抗彎載荷(N)A6292.41717.45583.576 15.356B6344.145 32.562174.071 28.570C6387.540 38.863216.407 40.321D6301.745 28.330135.644 22.414 孔隙率和強度之間的矛盾：隨著材料孔隙率特

5、別是大孔率的上升，材料的強度會迅速下降。 另外，CPC材料的脆性本質(zhì)也是限制其應(yīng)用的主要因素。2.3 CPC孔隙率改性CPC 大孔率%02940抗壓強度/MPa372.90.4 利用定向冰晶冷凍干燥法制備了具有定向孔隙結(jié)構(gòu)的CPC支架材料，將兩種具有不同降解速率的聚乳酸羥基乙酸共聚物(PLGA)與CPC多孔支架進行多次浸潤復(fù)合，以改善支架的力學(xué)性能。 實驗過程經(jīng)過PLGA復(fù)合的支架材料保持了復(fù)合前的孔隙結(jié)構(gòu)，在孔的軸向方向上具有定向排列的開口孔隙，這些開口孔隙的存在有利于植入初期新生組織的長入。覆蓋在骨水泥基體表面的PLGA膜可以增強基體的強度并彌補基體表面的缺陷，充填在孔隙內(nèi)部的PLGA泡沫

6、體可以很好地承受外加載荷，使復(fù)合支架材料具有較好的強度和韌性。在材料植入體內(nèi)后，PLGA 將會降解，原位產(chǎn)生有利于新骨長入的大孔隙。實驗過程支架復(fù)合前后抗壓強度變化支架復(fù)合前后應(yīng)力應(yīng)變曲線結(jié)果表明：PLGA與支架材料復(fù)合可大大提高復(fù)合支架材料的抗壓強度，經(jīng)過PLGA 二次復(fù)合后，復(fù)合支架抗壓強度可達(dá)6.37MPa0.54MPa。實驗結(jié)果二次復(fù)合PLGA/CPC復(fù)合支架材料內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)圖(a)為支架材料內(nèi)部斷面圖，(b)為填充在骨水泥基體間泡沫狀PLGA的顯微結(jié)構(gòu)。從圖中可以看出，骨水泥基體的孔隙徑向大小約為100-200m，與復(fù)合前支架材料保持一致。在骨水泥水化所形成的弱結(jié)晶羥基磷灰石定向管狀孔隙有大量的泡沫狀填充體，這些泡沫狀填充體是由濃度為20%的PLGA溶液進入到材料的孔隙中，經(jīng)過冷凍和冷凍干燥形成的。這些泡沫狀PLGA 填充物在CPC定向孔道中形成間隔較均勻的隔膜。由PLGA隔膜所形成的孔隙之間有大小不一的孔相連，從而保證了良好的孔隙連通性。實驗結(jié)果3.其他CPC復(fù)合材料 聚肽共聚物/ 磷酸鈣骨水泥生