磷酸鈣骨水泥復合材料

1、磷酸鈣骨水泥復合材料磷酸鈣骨水泥復合材料 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，具有良好的生物相容性、 骨傳導性和骨替代性。 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復合材料， 按照CPPF占CPC/CPPF復合材料重量的0、10、30、50分為四組，將上述四組CPC/CPPF復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線片和組織學觀

3、察，8周時進行力學測試。實驗過程實驗動物x線片觀察。A組：術后4周可見少量低密度骨痂形成(a1)；B組：術后4周可見中等量低密度骨痂影(b1)；c組：術后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：術后4周可見移植物密度較低，少量骨痂(d1)；A組：術后8周骨痂增多，骨缺損端與移植物界限不清，可見部分骨質充填骨缺損處，但骨缺損處仍有大部分缺損凹陷(a2)；B組：術后8周可見大量低密度骨痂影，骨質充填缺損處飽滿，橈側可見小凹陷(b2)；c組：術后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骨(c2)；D組：術后8周可見缺損骨質兩端連通，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).實驗結果當CPPF占CPC/CPPF復合材料的30 時， 最大抗壓負荷及抗彎負荷均優(yōu)于其他組(p0.05)， 組織學顯示人工復合材料與骨組織界面結合最為緊密，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材料的脆性本質也是限制其應用的主要因素。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構的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合，以改善支架的力學性能。 實驗過程經(jīng)過PLGA復合的支架材料保持了復合前的孔隙結構，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。實驗過程支架復合前后抗壓強度變化支架復合前后應力應變曲線結果表明：PLGA與支架材料復合可大大提高復合支架材料的抗壓強度，經(jīng)過PLGA 二次復合后，復合支架抗壓強度可達6.37MPa0.54MPa。實驗結果二次復合PLGA/CPC復合支架材料內(nèi)部顯微結構圖(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的顯微結構。從圖中可以看出，骨水泥基體的孔隙徑向大小約為100-200m，與復合前支架材料保持一致。在骨水泥水化所形成的弱結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。實驗結果3.其他CPC復合材料 聚肽共聚物/ 磷酸鈣骨水泥生