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磷酸钙骨水泥复合材料

2020-07-07 01:53 作者:1980彩平台 点击:

  磷酸钙骨水泥复合材料 1.磷酸钙骨水泥简介 磷酸钙骨水泥(Calcium Phosphate Cement,CPC) 又称羟基磷灰石骨水泥(Hydroxyapatite cement), 是指一类以各种磷酸钙盐为主要成分,在生理 条件下具有自固化能力及降解活性、成骨活性 的无机材料。是一种新型的人工骨材料,可用 于人体骨缺损的修复,具有良好的生物相容性、 骨传导性和骨替代性。 2.磷酸钙骨水泥的改性要素 ? 力学强度 ? 生物相容性 ? 孔隙率 … 2.1 CPC力学强度改性 磷酸钙骨水泥的抗压强度较低,脆性较 大,限制了其应用。普遍采用添加纤维 的方法来提高CPC 材料的抗压强度和韧 性。 大多数的纤维是非降解性的,与人体生 物相容性较差,且具有一定毒性,长期 存在于人体内,影响骨组织的再生。 2.2 CPC生物相容性改性 实验方法 CPC与一定比例的聚磷酸钙纤维(calcium polyphosphate fiber, CPPF)混合来增加复合 材料强度;为使其具备良好的生物相容性, 加入直径300-500μm的自体颗粒骨。 实验过程 将CPC/颗粒骨与CPPF均匀混合成CPC/CPPF 复合材料, 按照CPPF占CPC/CPPF复合材料 重量的0、10%、30%、50%分为四组,将上 述四组CPC/CPPF复合材料与微小颗粒骨以 6:4固定比例混合均匀,分别植入A、B、C、 D四组兔桡骨缺损处,在4,8周分别行大体、 X线周时进行力学测试。 实验结果 实验动物x线周可见少量低密度骨痂形成(a1);B组:术后4周可 见中等量低密度骨痂影(b1);c组:术后4周可见中等量云状骨痂影,骨缺损端与移 植物界限不规则(c1);D组:术后4周可见移植物密度较低,少量骨痂(d1);A组:术 后8周骨痂增多,骨缺损端与移植物界限不清,可见部分骨质充填骨缺损处,但骨缺 损处仍有大部分缺损凹陷(a2);B组:术后8周可见大量低密度骨痂影,骨质充填缺 损处饱满,桡侧可见小凹陷(b2);c组:术后8周可见大量骨痂影,骨缺损端与移植 物之间界限不清,骨缺损边缘密度同密质骨(c2);D组:术后8周可见缺损骨质两端 连通,髓腔尚未通畅,缺损边缘光滑,桡骨中心仍可见部分高密度影(d2). 实验结果 组别 前臂数 最大抗压载荷(N) 最大抗弯载荷(N) A B 6 6 292.417±17.455 344.145 ±32.562 83.576 ±15.356 174.071 ±28.570 C D 6 6 387.540 ±38.863 301.745 ±28.330 216.407 ±40.321 135.644 ±22.414 当CPPF占CPC/CPPF复合材料的30% 时, 最大抗压 负荷及抗弯负荷均优于其他组(p<0.05), 组织学显 示人工复合材料与骨组织界面结合最为紧密,材料 降解速率与组织成骨速率最接近,成骨性最佳,比 例最优。 2.3 CPC孔隙率改性 孔隙率和强度之间的矛盾:随着材料孔隙率特别 是大孔率的上升,材料的强度会迅速下降。 另外,CPC材料的脆性本质也是限制其应用的主 要因素。 CPC 大孔率% 抗压强度/MPa 0 37 29 2.9 40 0.4 实验过程 利用定向冰晶冷冻干燥法制备了具有定向孔 隙结构的CPC支架材料,将两种具有不同降 解速率的聚乳酸羟基乙酸共聚物(PLGA)与 CPC多孔支架进行多次浸润复合,以改善支 架的力学性能。 实验过程 经过PLGA复合的支架材料保持了复合前的 孔隙结构,在孔的轴向方向上具有定向排列 的开口孔隙,这些开口孔隙的存在有利于植 入初期新生组织的长入。覆盖在骨水泥基体 表面的PLGA膜可以增强基体的强度并弥补 基体表面的缺陷,充填在孔隙内部的PLGA 泡沫体可以很好地承受外加载荷,使复合支 架材料具有较好的强度和韧性。 在材料植入体内后,PLGA 将会降解,原位 产生有利于新骨长入的大孔隙。 实验结果 支架复合前后抗压强度变化 支架复合前后应力应变曲线 结果表明: PLGA与支架材料复合可大大提高复合支架材料的 抗压强度,经过PLGA 二次复合后,复合支架抗压 强度可达6.37MPa±0.54MPa。 实验结果 二次复合PLGA/CPC复合支架材料内部显微结构图 (a)为支架材料内部断面图,(b)为填充在骨水泥基体间泡沫状PLGA的显微结构。 从图中可以看出,骨水泥基体的孔隙径向大小约为100-200μ m,与复合前支架 材料保持一致。在骨水泥水化所形成的弱结晶羟基磷灰石定向管状孔隙有大量 的泡沫状填充体,这些泡沫状填充体是由浓度为20%的PLGA溶液进入到材料 的孔隙中,经过冷冻和冷冻干燥形成的。这些泡沫状PLGA 填充物在CPC定向 孔道中形成间隔较均匀的隔膜。由PLGA隔膜所形成的孔隙之间有大小不一的 孔相连,从而保证了良好的孔隙连通性。 3.其他CPC复合材料 ? 聚肽共聚物/ 磷酸钙骨水泥生物复合材料 ? 壳聚糖微球/磷酸钙骨水泥复合材料 ? 壳聚糖纤维/磷酸钙骨水泥复合材料 ? α-磷酸三钙/碳纤维复合增强骨水泥 ? 载辛伐他汀PLGA/磷酸钙骨水泥复合材料 ? 丝素/半水硫酸钙/磷酸钙骨水泥复合材料 … 谢谢!

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