大孔徑速降解磷酸鈣骨水泥的制備

1、大孔徑速降解磷酸鈣骨水泥的制備【摘要】研究造孔劑蔗糖對(duì)磷酸鈣骨水泥性能的影響。方法根據(jù)蔗糖的比例(蔗糖(蔗糖+P粉末)0%、10%、20%、30%、40%共分5組，從力學(xué)強(qiáng)度、水化反響、物相晶體組成及微觀構(gòu)造、體內(nèi)降解，分析其性能。結(jié)果隨造孔劑蔗糖比例的增加，材料的力學(xué)性能下降，大孔率和總孔率增加，各組間有顯著差異(P0.01)。30%P總孔率、大孔率為62.9%、22.8%，而40%組各為70.3%和39.7%，但其抗壓強(qiáng)度從5.4Pa降至2.6Pa。XRD提示造孔劑可促進(jìn)樣品羥基磷灰石的轉(zhuǎn)化率。體內(nèi)降解試驗(yàn)說明：在1個(gè)月、3個(gè)月，30%P的降解率與0%P存在明顯差異(P0.01)。提示大孔

2、P可加快其降解和吸收。結(jié)論30%P具有適當(dāng)?shù)拇罂茁?、總孔率和力學(xué)強(qiáng)度，能加快材料的降解，因此，30%P可用于非負(fù)重部位骨缺損的修復(fù)?！娟P(guān)鍵詞】磷酸鈣骨水泥大孔降解Abstrat:bjetiveTinvestigatetheeffetfaneffervesent-sursentheprpertiesfaliuphsphateeent.ethdThesursepartilesereixedithPpderatsurse/(surse+Ppder)assperentagef0%,10%,20%,30%,40%.Thesaplesereharaterizedbypressivestrength,X-r

3、aydiffratin,SEtehniquesanddegradatininviv.ResultThesaplesdereasedntheehanialprpertiesandinreasedntheratefarpreandttalprsity,theyereeffetedsignifiantlyanggrupsbyaddedeffervesent(P0.01).Theratefarpreandttalprsityf30%Phad22.8%,62.9%,respetively;40%Phad39.7%,70.3%,respetively,hever,itspressivestrengthsi

4、gnifiantlydereasedfr5.4Pat2.6Pa.XRDindiatedthetransfratinfapatiteasprtebyinreasingtheeffervesent.Thebidegradatinfsapleshadsignifiantdifferenebeteen0%Pand30%P(P0.01),itdenstratedthePitharpreanprtedegradatinandresrptin.nlusin30%Phasprperpressivestrength,theratefarpreandttalprsity,andaeleratesbidegrada

5、tinandresrptin,therefre,30%Puldbenvelbiaterialsasanendstealiplant.Keyrds：aliuphsphateeent；arpre；degradatin磷酸鈣骨水泥(aliuphsphateeentP)自1986年問世以來，因其具有良好的生物相容性、優(yōu)良的骨傳導(dǎo)性，能被新生骨組織替代，可自行固化和任意塑形等優(yōu)點(diǎn)于1996年被FAD批準(zhǔn)臨床應(yīng)用。隨后在骨組織領(lǐng)域得到廣泛的推廣和應(yīng)用。然而P植入機(jī)體后，降解緩慢，骨替代和再吸收時(shí)間長(zhǎng)，影響了機(jī)體骨組織再生，國(guó)內(nèi)外已在制作有孔P以促進(jìn)其降解方面作了一些嘗試14。本實(shí)驗(yàn)用蔗糖為造孔劑，制作了一

6、種大孔徑骨水泥。這種大孔能促進(jìn)骨水泥在體內(nèi)的降解和吸收，促進(jìn)骨組織向骨水泥內(nèi)部生長(zhǎng)，加快新骨的替代過程?，F(xiàn)報(bào)道如下。1材料與方法1.1材料及儀器設(shè)備磷酸鈣骨水泥(P)和固化液(上海瑞邦生物材料饋贈(zèng))蔗糖(上海健倍思基因技術(shù)公司)，掃描電鏡JS-5600LVX線衍射儀(PhilipsXPert)，AG-IS型萬能材料試驗(yàn)機(jī)(SHIADZU公司、日本)AE200分析天平(ETTLE公司)1.2P泥漿的制備將蔗糖晶體過篩，取粒徑300500顆粒，與磷酸鈣骨水泥(P)固體粉末分別按0%、10%、20%、30%、40%質(zhì)量比蔗糖%二蔗糖(蔗糖+P)混合，固化液與固體粉末按液固比0.25lg在室溫下混合，

7、充分?jǐn)嚢韬螅压撬嗄酀{置入直徑0.44,高1.0的圓柱體模具內(nèi)，兩端抹平密封。放入37相對(duì)濕度100的恒溫箱內(nèi)孵化4h后，脫模，樣品浸入模擬體液模擬體液的配制見表1以溶出蔗糖。表1成分NaINa3aI6H2KI去離子水含量g9.00.20.250.41000l1.3性能測(cè)試1.3.1密度總孔隙率大孔率測(cè)定取浸入模擬體液1d的各組樣品各5個(gè)，在60枯燥箱內(nèi)24h烘干，測(cè)得每個(gè)樣品的質(zhì)量和體積(V=r2h)根據(jù)計(jì)算公式測(cè)=測(cè)V測(cè)計(jì)算出每個(gè)樣品的密度，總孔隙率%=(1-測(cè)/HA)100%(HA為羥基磷灰石的密度3.14g3,測(cè)為樣品的密度)；大孔率%=(1-測(cè)0)100%(0為沒混合蔗糖P樣品的密

8、度)。1.3.2抗壓強(qiáng)度取浸入模擬體液1d的各組樣品各4個(gè)，用濾紙吸干水分后，樣品兩端打磨平，制成直徑0.44、高0.8試樣，在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試樣品的抗壓強(qiáng)度，加壓速率為1in，抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式P=Fr2(F為破壞負(fù)荷)1.3.3樣品物相分析分別取浸入模擬體液1d和5d的各組樣品各一個(gè)，烘干壓成粉末，在PhilipsXPertX線衍射儀上采用u靶Ka射線、電壓40V、電流300A對(duì)粉末樣品進(jìn)展物相分析。1.3.4顯微構(gòu)造把樣品脫模后，浸入模擬體液中1d，使蔗糖從P中溶出，取出樣品，烘干，取新穎斷面，噴金，采用日本JS-5600LV掃描電鏡(SE)觀察分析樣品的微觀構(gòu)造。1.3.5降解率的測(cè)

9、定試驗(yàn)分二組：對(duì)照組，0%P；試驗(yàn)組，30%P。把浸入模擬體液1d、融出蔗糖形成大孔的含蔗糖30%樣品取出，制成直徑0.44、高0.4的圓柱體，烘干稱重記為，高壓蒸氣消毒備用。取12只安康、體重3.03.5kg新西蘭大白兔，速眠新麻醉后，大腿內(nèi)側(cè)去毛，消毒、鋪巾，做長(zhǎng)約1.5切口，別離組織及肌肉，樣品植入肌肉后依次縫合組織及皮膚；0%P按同樣的方法操作和植入試驗(yàn)動(dòng)物的對(duì)側(cè)大腿，單籠飼養(yǎng)。1個(gè)月、3個(gè)月后各處死半數(shù)動(dòng)物，取出樣品，小心剝離干凈周圍組織，烘干后稱重分別記為1、3。1個(gè)月、3個(gè)月P降解率%=(1-1或30)100%。1.3.6數(shù)據(jù)用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件處理。力學(xué)及大孔率采用多個(gè)均

10、數(shù)比擬，行方差分析，降解率行獨(dú)立t檢驗(yàn)，可信區(qū)間95%。2結(jié)果2.1力學(xué)試驗(yàn)各組樣品的抗壓強(qiáng)度見表2：抗壓強(qiáng)度隨造孔劑比例的增加而減小，各組間有顯著差異(P0.01)。30%P與40%P的抗壓強(qiáng)度下降最明顯，從5.4Pa降至2.6Pa。表2不同比例造孔劑樣品浸入模擬體液1d的力學(xué)強(qiáng)度、總孔率和大孔率蔗糖含量2.2電鏡掃描0%、20%、30%、40%樣品的微觀構(gòu)造見圖1。大孔在未添加蔗糖的P沒有被觀察到，只有小孔，小孔孔徑大小在220之間；20%、30%P可見大孔，大孔數(shù)隨蔗糖比例的增加而增多，大孔長(zhǎng)約350，寬約200；各組P大孔在孔徑大小和形狀方面沒有顯著的區(qū)別，均為蔗糖晶體溶出后形成的孔隙

11、；各組樣品的羥基磷灰石均為針柱狀晶體構(gòu)造(圖1d。2.3XRD分析XRD對(duì)浸入模擬體液1d、5d的各組P晶體構(gòu)造分析見圖2。在圖2a中，各組樣品的XRD的圖形都相類似；但是樣品浸入模擬體液5d后圖2b，原材料向磷灰石晶體發(fā)生了顯著的轉(zhuǎn)化，磷灰石晶體成為樣品的主要成分。也就是說，制孔劑蔗糖參加P后，加快了原材料的水化反響。2.4大孔率及總孔率如表2所示：各組P的大孔率及總孔率隨造孔劑蔗糖比例的增加而增加，大孔率和總孔率在各組間有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(ne-ayANVAP0.01)。結(jié)果說明添加30%的蔗糖可以在P內(nèi)形成22.8%的大孔率和62.9%的總孔率。2.5降解率測(cè)定二組P在體內(nèi)1個(gè)月、3個(gè)月的降解

12、率見表3；各組P隨著在體內(nèi)時(shí)間的增加，各自的降解率顯著的增加；在0%和30%P組間，1個(gè)月和3個(gè)月，30%組的降解率與0%組的降解率有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t檢驗(yàn)P0.01)，30%P降解率在3個(gè)月內(nèi)為38.42%，0%P為14.35%，二者有顯著差異；30%P能促進(jìn)P在體內(nèi)的降解。表30%P和30%P體內(nèi)1個(gè)月、3個(gè)月降解率P的降解率%植入體內(nèi)1個(gè)月植入體內(nèi)3個(gè)月0%P組3.0700.7414.352.4030%P組8.931.9138.423.01圖1不同蔗糖比例P的電鏡掃描圖像SE圖1a0%P電鏡掃描圖像圖1b20%P電鏡掃描圖像圖130%P電鏡掃描圖像圖1d樣品羥基磷灰石高倍圖像圖2a浸入

13、模擬體液1d各組P的XRD圖像圖2b浸入模擬體液5d各組P的XRD圖像3討論磷酸鈣骨水泥(P)降解慢限制了其在臨床的使用。國(guó)內(nèi)外許多實(shí)驗(yàn)已在促進(jìn)磷酸鈣骨水泥生物降解方面作了許多嘗試5、6，大孔徑骨水泥就是其一。大孔徑骨水泥被期望用來增加骨水泥的骨傳導(dǎo)性和生物降解性?，F(xiàn)有的試驗(yàn)證明：直徑大于150的大孔骨水泥有利于組織細(xì)胞的粘附，血管、神經(jīng)、骨組織向骨水泥內(nèi)部生長(zhǎng)，促進(jìn)骨水泥的重吸收，從而加快了骨組織對(duì)骨水泥的替代過程79。本試驗(yàn)用蔗糖晶體為造孔劑。蔗糖無毒，具有立體晶體構(gòu)造，在體內(nèi)吸收入血后，以原料形式隨尿液排除體外。蔗糖具有很好的水溶性，與骨水泥混合固化后，在液體環(huán)境中，蔗糖晶體可溶出，在骨

14、水泥內(nèi)形成孔洞。由于蔗糖有很好的水溶性，在液固混合時(shí)，蔗糖晶體會(huì)局部溶解改變晶體的大小而影響骨水泥內(nèi)孔徑的大校因此，適當(dāng)減小液固比和增加蔗糖晶體粒徑大小對(duì)最終形成大孔的孔徑有重要作用。實(shí)驗(yàn)說明蔗糖能在骨水泥內(nèi)形成約300直徑的大孔?？讖酱笮⑿螤钤诟鹘M間無差異。孔徑小于蔗糖晶體的粒徑，孔邊緣呈弧行，均說明蔗糖在液固混合時(shí)發(fā)生了局部溶解。骨水泥內(nèi)的大孔均是蔗糖在P凝固后溶出留下的空隙。表2所示：含30%蔗糖的P可形成適宜的孔隙率；62.9%的總孔率和22.8%的大孔率，力學(xué)強(qiáng)度到達(dá)了5.4Pa。雖然含40%蔗糖的P在大孔率和總孔率上有明顯的增加(配對(duì)t檢驗(yàn)、P0.01)，但其力學(xué)性能那么從5.4P

15、a降至2.6Pa。這種隨孔隙率的增加其力學(xué)強(qiáng)度下降的現(xiàn)象與國(guó)內(nèi)外許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的1012。磷酸鈣骨水泥最終轉(zhuǎn)化為羥基磷灰石。磷酸鈣骨水泥的降解開場(chǎng)于材料的化學(xué)溶解和侵蝕分解，降解產(chǎn)物為HA顆粒。磷酸鈣骨水泥在體內(nèi)的降解有二種途徑：(1)在體液中的溶解；(2)巨噬細(xì)胞和破骨細(xì)胞對(duì)材料的吞噬和消化作用。表3說明：材料植入兔體肌肉后，含30%蔗糖P的生物降解率在1個(gè)月、3個(gè)月各為14.2%和36.3%，分別與無蔗糖P(對(duì)照組)在1個(gè)月、3個(gè)月的降解率有顯著的差異(配對(duì)t檢驗(yàn)P0.000)，提示P內(nèi)大孔可促進(jìn)材料降解過程。大孔P的快降解率可能有以下幾個(gè)因素：(1)由于孔洞的存在，有孔P外表積增大，

16、與體液的接觸面增大，加速了P在體液中的溶解；(2)外表積增大的有孔P可為更多的巨噬細(xì)胞粘附提供一個(gè)立體空間；(3)孔洞使P呈多方位、立體式降解，隨著降解的進(jìn)展，P在立體構(gòu)造上暴露的外表積進(jìn)一步增大，從而促進(jìn)(1)、(2)過程。本實(shí)驗(yàn)降解率與DelReal實(shí)驗(yàn)有很大的差異，其3個(gè)月的降解率為81%，提示破骨細(xì)胞可能對(duì)P的降解起主導(dǎo)作用。但大孔P在降解過程中孔洞的塌陷會(huì)降低骨細(xì)胞的活性13，結(jié)論正確與否有待于進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明。因此，大孔徑內(nèi)部具有網(wǎng)狀可吸收纖維加固，大孔互相連通的磷酸鈣骨水泥可能是新的開展方向?？傊?，蔗糖能在P內(nèi)創(chuàng)造大孔徑，30%P有恰當(dāng)?shù)目偪茁屎痛罂茁?，具有一定的?qiáng)度，能促進(jìn)材料在

17、體內(nèi)的降解，在骨缺損的治療上有廣闊的前景。【參考文獻(xiàn)】1HkinHK,ihaelD,ElenaFB,etal.InjetableandarprusaliuphsphateeentsaffldJ.JBiaterials，2022，27：4279-8546.2唐佩福，毛克亞，盧世璧，等.多孔構(gòu)造對(duì)碳酸化羥基磷灰石骨水泥溶解度的影響J.北京生物醫(yī)學(xué)工程，2022：03-04.3SardaN.BalellsEF.Influenefsurfatantleulesasair-entrainingagentfrbneeentarprsityJ.JBiedaterRes，2022，65:215-221.4郭樹

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