医用无机材料

第三章医用无机材料 18世纪初开始应用 无毒 与生物体组织有良好的生物相容性 耐腐蚀 包括生物陶瓷 生物玻璃和碳素材料三大类 主要用于齿科 骨科修复和植入材料 基本都是脆性材料 容易破裂 发展方向应向开发复合 多相 生物材料以及在金属基体上加涂无机生物陶瓷涂层 薄膜 材料的方面引导 第一节概述 第一节概述 一生物医用无机材料的基本条件 1 良好的生物相容性2 杂质元素及溶出物含量低3 有效性4 成型加工性能5 良好的耐消毒灭菌性 二生物医用无机材料分类 按照无机材料的成分和性质分类1 生物陶瓷材料2 生物玻璃材料3 生物玻璃陶瓷4 生物医用无机骨水泥5 生物复合无机材料 生物陶瓷 主要是用于人体硬组织修复和重建的生物医学陶瓷材料 生物陶瓷的类型和特点惰性生物陶瓷材料可吸收生物材料生物活性陶瓷可治疗癌症的生物陶瓷 第二节生物陶瓷 一生物陶瓷的发展概况及结构特点生物陶瓷材料是指与人体工程有关的可用于人体组织修复的一类陶瓷材料具有以下特点 在人体内理化性能稳定 具有良好的生物相容性 材料的性能可通过成分设计进行控制 容易成形 可按需要制成各种形状和尺寸 容易着色 是较理想的口腔材料 经过近20年的研究和发展 医用生物陶瓷材料经历了三个发展阶段 生物隋性材料 生物活性及可吸收材料可再生组织的生物活性材料 结构 图1陶瓷显微结构示意图 由许多不规则晶粒所组成 中间有晶界隔开 图2 PTC BaTiO3半导体陶瓷 鸡蛋壳就是活的生物陶瓷 蛋壳是由活细胞所构成 其中就有类似陶瓷的晶粒及晶界结构黑色或灰色为无机晶粒 长约1 0 m 宽0 3 m 属方解石晶体 CaCO3 有时为磷酸钙 它们构成骨架 在晶粒之间为晶界 是有机生命物质 图3鸡蛋壳中的晶粒及晶界 二生物陶瓷材料的分类 按其生物性能 生物陶瓷可分为3类如表1所示 结构稳定 具有较高的强度 耐磨性及化学稳定性 可与生物体组织形成化学键结合 可被逐步降解和吸收 并随之为新生组织替代 有各种不同的化学成分 根据其在生理环境中的化学活性和性质可分为四类 近似于惰性 三氧化二铝 氧化锆等氧化物生物陶瓷 Si3N4 钛酸钡等非氧化物生物陶瓷以及医用碳素等 这类材料长期暴露于生理环境下能保持稳定 表面活性 羟基磷灰石生物活性陶瓷和生物活性玻璃陶瓷 在生理环境中可通过其表面发生的生物化学反应与组织形成化学键性结合 起到了适合新生骨沉积的生理支架作用 也就是所谓的 骨引导 和 骨传导 作用 可吸收性 如石膏 磷酸三钙陶瓷 在生理环境中可逐渐被降解吸收 诱导骨质生长 并随之被新组织所替代 从而达到修复或替换病损组织的目的 复合型 生物陶瓷与生物陶瓷或与其他无机材料 有机材料复合而成的复合型材料 根据临床的不同要求可以制成不同类型的复合材料 在临床上生物陶瓷主要用于肌肉一骨骼系统的修复和替换 也可用于心血管系统的修复 制作药物释放和传递的载体 复合型的生物陶瓷还可以用于制造人工腱和韧带等 生物陶瓷血管 生物陶瓷骨体 三典型的生物陶瓷材料 一 惰性生物陶瓷材料生物惰性陶瓷是一类暴露于生物环境中 与组织几乎不发生化学变化的材料 所引起的组织反应主要表现为材料周围会形成厚度不同的包裹性纤维膜 主要用于人体骨骼 关节及齿根的修复和替换 以及心脏瓣膜等 1 氧化铝陶瓷 生物医用氧化铝陶瓷由高纯Al2O3组成 主要晶相为刚玉 Al2O3 的陶瓷材料 有稳定的刚玉型结构 属于六方晶系 氧原子形成六方最紧密堆积 六个氧离子 离子半径为0 132nm 围成一个八面体 半径较小的铝离子 离子半径为0 057nm 则处于八面体中心的空隙 单位晶胞是面心的菱面体 1 2 氧化铝陶瓷的性能 A化学组成和物理性能 B医用氧化铝陶瓷的几个重要性能及要求 致密的氧化铝生物陶瓷与机体之间会形成一种形态性结合 即依靠组织长入材料表面的凹凸不平而实现机械锁合 多孔的氧化铝陶瓷 新生组织可长入空隙内 会提高生物陶瓷与机体组织之间的结合强度 用于关节修复 牙根种植 制作骨折夹板与内固定器件 最适用于人工关节头和臼等承受摩擦力作用的部位 优点 生物相容性良好 在人体内稳定性高 机械强度较大 缺点 与骨不发生化学结合 长时间后与骨的固定会发生松弛 机械强度不高 杨氏模量过高 380GPa 摩擦系数 磨耗速度较大 措施 采用多孔氧化铝把氧化铝陶瓷制成多孔质形态 使骨组织长入其孔隙而使植入体固定 保证植入物与骨头的良好结合 改善 将金属与氧化铝复合在金属表面形成多孔性氧化铝薄层 缺点 降低陶瓷的机械强度 多孔氧化铝陶瓷的强度随空隙率的增加而急剧降低 只能用于不负重或负重轻的部位 Al2O3 金属组合全髋关节 指作为生物医学使用的各种碳素及其复合材料具有极好的抗血栓性 作为生物医学材料使用的主要有三种 玻璃碳 低温各向同性碳和超低温各向同性碳 这三种碳在生理环境中化学性质稳定 也不发生疲劳破坏 是生物相容性非常好的一类惰性材料 2医用碳材料 优点 质轻且具有良好的润滑性和抗疲劳特性 弹性模量和致密度与人骨大致相同 生物相容性好 特别是抗凝血性佳 与血细胞中的元素相容性极好 不影响血浆中的蛋白质和酶的活性 在人体内不发生反应和溶解 生物亲和性良好 耐蚀 对人体组织的力学刺激小 主要用于制造心血管修复体的重要材料 人工骨 人工牙根 肌腱和人工韧带等 还可用于人工软骨 人工中耳 人工关节运动磨损表面作为减磨涂层和血液净化等 尤其是它的较高的抗血栓性 耐磨性 低比重和长期使用不劣化等性能 使碳素材料几乎是目前唯一可选用的人工心脏瓣膜材料 组织工程人耳 2 1热解碳 热解碳优良的力学特性和生物相容性是由于其有独特的结构 而含一定量硅的各向同性热解碳被证明耐久性更好 生物稳定性更好 层间堆叠是折皱无序或扭曲变形的 这种扭曲结构使得热解碳具有很好的耐久性 制备 将甲烷 丙烷等碳氢化合物通入硫化床中 以惰性气体为载气 N2 在1000 2400 热解 沉积而得 沉积层的厚度一般为1mm 2 2低温气相沉积碳 ULTI碳 用电弧等离子体溅射或电子束加热碳源制取的各向同性的碳薄膜 其膜厚一般在1 m左右 特点 高密度和高强度 但仅作为薄的涂层材料使用 UTLI涂层与金属的结合强度高 涂层的耐磨性良好 成为制造人工机械心脏瓣膜的理想材料 2 3碳纤维 GB8718 88对碳纤维的定义 含碳量不低于93 的纤维状材料 属于有机物转化而成的过渡态碳的一种结构 以乱层石墨结构形式存在具有碳素材料的特性 又兼备纺织纤维的柔软可加工性 耐高温 耐摩擦 导电 导热及耐腐蚀性 二 生物活性陶瓷 HAP 生物活性陶瓷在生物体内与周围组织甚至软骨组织形成较强的化学键 用于骨组织修复 羟基磷灰石 hydroxyapatite简称HAP 分子式是Ca10 PO4 6 OH 2 体积质量为3 16g cm3 性脆 折射率为1 64 1 65 微溶于水 水溶液呈弱碱性 pH7 9 易溶于酸 难溶于碱 HAP是强离子交换剂 HAP是人体内骨和齿的重要组成部分 如人骨成分中HA的质量分数约65 人的牙齿釉质中HA的质量分数则在95 以上 具有优秀的生物相容性 HAP生物陶瓷脆性大 在生理环境中抗疲劳性能差 不用于人体承力部位的修复 多孔HAP陶瓷 人体的骨组织就是一种多孔的组织 以适应一定范围内应力的变化 多孔羟基磷灰石的设计就是出于模拟人体骨组织结构的想法 多孔生物陶瓷种植体而言 决定骨长入方式和数量的因素有 孔径 孔率及孔的内部连通性 孔隙的大小应当满足骨单位和骨细胞生长所需的空间 孔尺寸大于200 m 是骨传导的基本要求 200 400 m最有利于新骨生长 当孔隙率超过30 后 孔隙可以相互连通 新骨组织可以从人工骨表面长入内部贯通性孔隙 孔隙率越高 越有利于新骨的长入 为满足临床应用对力学性能的要求 一般种植体孔隙率在45 55 之间 HAP陶瓷与骨键合的机制 HAP陶瓷植入骨内后由成骨细胞在其表面直接分化形成骨基质 产生一个宽为3 5 m的无定形电子密度带 胶原纤维束长入此区域和细胞之间 骨盐结晶在这个无定形带中发生 随着矿化的进行 无定形带缩小至0 05 0 2 m HAP植入体和骨的键合就是通过这个很窄的键合带实现的 HAP与骨形成键合的表现为 在光学显微镜下 新骨和HAP植入体在界面上直接接触 其间无纤维组织存在 HAP植入体 骨界面的结合强度等于甚至超过植入体或骨自身的结合强度 三 可吸收生物陶瓷 可吸收生物陶瓷在生物体内 被体液溶解吸收或被代谢系统排出体外 最终使缺损的部位完全被新生的骨组织取代 主要以 磷酸三钙 TCP 及硫酸钙生物陶瓷为代表 磷酸三钙 TCP 在生理环境下致密的 TCP可保持稳定 而多孔型 TCP则发生生物降解和吸收 并被新骨逐步取代 TCP具有较好的生物相容性 植入体内后血液中钙磷比保持正常 无明显毒性反应和副作用 控制 TCP的微观结构及组成可制备出不同降解速率的材料 如 随表面积增大 材料结晶度降低 晶体结晶完整性下降 晶粒减小 以及被CO32 F Mg2 等离子取代而使降解加快等 可吸收生物陶瓷的降解和吸收除受上述因素影响外还受宿主的个体差异 植入部位等影响 要实现可吸收生物陶瓷的降解吸收与新骨替换同步进行是相当困难的 常出现溶解速度与新骨生长速度不匹配 导致局部塌陷 可吸收生物陶瓷植入体内后的降解过程 材料先被体液溶解和组织吸收 解体成小颗粒 然后这些小颗粒不断被吞噬细胞所吞噬 具体机制 生物化学溶解是一种体液介导过程 溶解速率决定于多种因素 包括周围体液成分和PH 材料的比表面积 材料的相组成和结构 材料的结晶度和杂质的种类及含量以及材料的溶度积等 物理解体是体液浸入陶瓷 导致由于烧结不完全而残留的微孔 使连接晶粒的 细颈 溶解 从而解体为微粒的过程 生物因素主要是细胞介导过程 如吞噬或迁移被解体的陶瓷微粒 四 双相生物陶瓷材料 羟基磷灰石陶瓷材料有着优良的生物相容性 能较快地引导骨再生 不通过中间介质直接与骨键合 然而由于烧结后的羟基磷灰石晶体结晶度提高 所以在体内很难降解 TCP比HAP有着更好的溶解性和降解性 但研究表明 TCP降解速度太快 不能形成良好的骨键合 且过快的降解速度不利于体内生物组织在材料上的附着 不利于诱导成骨 混合不同比例的HAP和 TCP可得到双相生物陶瓷材料 通过调节单相HAP和 TCP陶瓷的比例 有望实现材料在体内的降解速度与骨组织生长速度的匹配问题 四生物陶瓷材料的应用 1 作为硬组织修复 替代 填充材料 2 用于耳鼻喉科的生物陶瓷材料3 用于治疗癌症的生物陶瓷材料 HAP涂层钛基牙种植体 是一种安全 方便的听小骨缺损替代品 适用于因炎症 如慢性化脓性中耳炎 或外伤等病症造成听小骨缺损 畸形的患者作听小骨置换手术 HAP生物陶瓷听小骨置换假体 五生物陶瓷材料的发展方向 1 大孔可吸收生物陶瓷2 生物活性复合陶瓷3 金属表面梯度活性陶瓷涂层4 骨组织工程 第三节生物玻璃 玻璃陶瓷 微晶玻璃 是指原始玻璃在成核剂作用下 经过特殊的晶化热处理 物相结构从非晶态转变为晶相与玻璃相均匀分布的微晶聚集体 晶化后 材料性能中最重要的变化是机械强度的提高 这主要是依赖于玻璃陶瓷显微结构的改变而实现的 与普通玻璃的主要区别是具有结晶的结构而与陶瓷的主要区别是它的结晶结构要比陶瓷细得多 玻璃相与结晶相共存 1 生物玻璃 是经特别设计的化学组成可诱发生物活性的含氧化硅化合物 一般把原料粉末按成分要求配比混合均匀 将粉末在高温炉内熔化 再将融化好的玻璃浇注成型 板 条 块等形状 然后在适当温度进行退火处理 消除应力 即可得到玻璃 如将某些玻璃在适当的高温进行晶化处理 则玻璃中可析出大量微小晶体 这样的玻璃称为微晶玻璃 结晶化玻璃或玻璃陶瓷 生物玻璃材料大致可分为两类 非活性的近似惰性的和生物活性的 在非活性生物玻璃及生物玻璃陶瓷中包括 人工骨用生物医学玻璃 它具有良好的耐酸碱腐蚀特性 生物相容性和耐磨性能 治疗用生物医学玻璃 可埋入肿瘤部位 通过在磁场下发热的特性或其内部的同位素放出的射线杀死癌细胞 也有良好的生物相容性 人工齿冠用生物医学玻璃陶瓷 具有制作容易 审美性高 强度高 适应性好 生物相容性好 类似天然齿等优点 活性生物玻璃及生物玻璃陶瓷 通常要求SiO2的含量低于60 同时含有NaO以及CaO P2O5 这种材料生物相容性好 植入体内后能在界面上通过一系列离子交换和溶解 沉淀反应 在其表面形成磷灰石晶体 残留下的玻璃被巨嗜细胞侵蚀 玻璃表面被基质类物质覆盖 玻璃附近的软骨芽细胞和造骨细胞的增殖趋于活跃 不久就形成了骨胶原纤维和磷灰石结晶 从而和软组织及组织成骨键合 骨组织和软组织很容易在其表面生长 其生物活性主要与化学组成相关 这种材料强度低 断裂韧性差 主要用于非承力的骨 指骨 牙齿等 也可作为钛合金牙种植体的表面涂层 一生物活性玻璃定义 包含两个方面含义 从材料学观点看 这是具有有限溶解度的材料 在生理环境下能产生表面溶解或降解 通过与组织间物质交换产生骨矿物成分 磷灰石富集 达到骨间的化学结合 从生物学角度而言 植入体能与骨直接结合 即在界面没有纤维组织膜或者此膜很薄 形成所谓骨性结合界面 被视为生物活性材料的主要标志 什么是玻璃的 生物活性 二结构 生物活性玻璃一般含有CaO P2O5 部分含有SiO2 MgO K2O Na2O Al2O3 B2O3 TiO2等玻璃网络结构 网络形成体 硅氧四面体或磷氧四面体 网络调整体 碱金属及碱土金属氧化物 网络形成体之间通过桥氧连接 非桥氧则连接网络形成体和网络调整体原子 生物玻璃结构特点 随着碱金属和碱土金属氧化物含量增加 玻璃网络结构逐渐由三维变为二维 链状甚至岛状 玻璃溶解性增强 生物活性也增强 磷氧四面体中的不饱和键处于亚稳态 易吸收环境水转化为是导致磷酸盐玻璃粘度小 化学稳定性差 热膨胀系数大的主要原因 向磷酸盐玻璃中引入Al3 B3 Ga3 等三价元素 可打开双键 形成不含非桥氧的连续结构群使电价平衡 结构稳定 生物活性降低 碱金属和碱土金属在水 酸等介质存在时易被溶出 释放一价或二价金属离子 使生物玻璃表面具有有限溶解性 这是玻璃具有生物活性的基本原因 桥氧和非桥氧的比例决定了玻璃的生物活性 非桥氧原所占比例越大玻璃的生物活性越高 生物玻璃与骨键合机制 植入后生物玻璃表面溶解 并生成与组织紧密结合的碳酸羟基磷灰石 HCA 界面表面溶解出Si离子能为HCA形成提供合适成核位置 而体液中的HPO42 和溶解产生的Ca2 则沉积生成富Ca P无定形层 并最终转化为结晶HCA 成骨细胞较纤维细胞更易在HCA层表面增殖 从而和新骨直接结合而不会在界面处产生纤维组织包囊 生物活性玻璃的表面反应与周围环境的酸碱度有关 研究显示只有在PH 8时玻璃表面才会发生适当的化学改变 形成硅胶层和富钙磷层 PH增大 钙磷的迅速沉积 活性玻璃有选择的溶出受到限制PH降低 活性玻璃会迅速分解 表面难以形成钙磷沉积 活性生物玻璃陶瓷发展概况 1 45S5生物玻璃 Bioglass成分 SiO245 Na2O24 5 CaO24 5 P2O56 组成上三个特点 SiO2质量分数小于60 高Na2O和CaO成分 高钙磷比碱金属含量高在体内溶解出碱金属 有可能扰乱人体生理环境玻璃的生物学活性与其成分含量有关 2 Ceravital微晶玻璃 将原料混合熔化制成玻璃后再经热处理析出一部分磷灰石晶体而形成微晶玻璃成分 Na2O4 8 K2O0 4 MgO2 9 CaO34 P2O511 7 SiO246 2 特点 碱金属含量降低 机械强度提高研究表明玻璃微晶化处理后虽然能够提高玻璃的机械性能 但生物活性玻璃净化后活性降低甚至会变成惰性材料 3 A W微晶玻璃 在玻璃相中析出磷灰石 A 和 硅灰石 W 两种晶相成分 MgO4 6 CaO44 9 P2O516 3 SiO234 2 CaF20 5 制备 将溶质玻璃粉碎 经加压成型后烧结 使玻璃微晶化特点 机械强度高 加工性能好 微晶玻璃高的机械性能归因于 粗糙的断裂表面和 硅灰石的析出 能促使裂纹转向分支 有效抑制了裂纹扩展析出的针状硅灰石晶体由于是无规则排列 所以机械加工性能良好 Hench教授的生物活性玻璃与骨结合的12步 1 玻璃中的Na 和K 等与溶液中的H 离子以及H3O 离子迅速交换 2 SiO2以Si OH 4的形式溶于溶液中 导致Si O Si键被溶解打开 Si OH在界面处形成 3 Si OH的缩聚聚合反应在玻璃表面形成富多孔硅溶胶的胶体层 4 玻璃中的Ca2 和体液中的PO43 在富SiO2上聚集形成富Ca P层5 随着OH CO32 和HPO42 从体液中引入 富Ca P无定形相层转变成碳酸羟基磷灰石 HCA 晶体 6 HCA层内生物部分的吸附7 小噬细胞反应8 成骨细胞的源细胞附着9 成骨细胞分化增殖10 基质产生11 基质晶化和骨生长12 成骨 第四节骨水泥 骨水泥作为人工合成替代材料中的重要组成部分 在硬组织缺损修复和固定移植体过程中起着不可低估的作用发展历程 第一代PMMA骨水泥 优点 易成型和粘结性能好缺点 材料化学成份与人体骨成份完全不同 生物相容性差 单体放热剧烈 细胞毒性 引起过敏 理想的骨水泥作为医用材料必需满足下列要求 浆体易于成型 可填充不规则的骨腔 在环境中能自行凝固 硬化时间合理 有优良的生物活性和骨再生的潜能 良好的机械性能和耐久性能 无毒和无免疫性 第二代磷酸钙骨水泥20世纪80年代中期 E brown和chow发现由几种磷酸钙盐组成的混合物能在人体环境和温度下自行固化 水化硬化过程基本不放热 其水化成分最终转化为羟基磷灰石 由此可构成类似于硅酸盐水泥样的磷酸钙水泥 用与人体骨的修复 故称磷酸钙骨水泥 磷酸钙骨水泥 calciumphosphatecement CPC 一组成和水化机制1 化学成分CPC由固相和液相两部分组成固相至少包含除了HAP以外的两种磷酸钙盐 其中至少有一种偏酸性一种偏碱性这些磷酸钙盐包括 磷酸四钙 Ca4 PO4 2O TECP 磷酸三钙或 磷酸三钙 Ca3 PO4 2 TCP 无水磷酸氢钙 CaHPO4 DCPA 二水磷酸氢钙 磷酸二氢钙 磷酸八钙等 液相即固化液多为低浓度的磷酸或磷酸盐溶液 或是蒸馏水 生理盐水或手术部位血液等功能型的CPC会在纯CPC组成上添加药物 活性因子 抗水剂和促凝剂等以满足临床不同要求 2 CPC的水化机制 自行固化是骨水泥区别于其他生物材料 如生物陶瓷 生物玻璃等 的主要特征之一 之所以能够固化并最终转化成HAP 其原理是基于不同磷酸钙盐在水中溶解度的差异 当PH值在4 2 11范围内时 HAP在水中的溶解度最小 在热力学角度上是最稳定的 其他磷酸钙盐在水中会趋向于向HAP转化 CPC粉末与固化液接触 磷酸钙盐先溶解 在颗粒间结晶出细针状的HAP 随着水化反应进行 HAP细小晶体不断长大 晶体越大接触点越多 固化体越坚硬 强度与HAP生成率成正比水化产物不但在颗粒间生长也在颗粒表面生长形成包裹层 内部原料的水化取决于水通过水化产物层向内部的渗透以及内外离子的扩散 由于单组分磷酸钙盐水化时副产物酸或碱的产生 使水化反应环境偏离中性而导致水化反应终止 因而单一磷酸钙盐矿化能力相当有限 CPC是几种磷酸钙盐的混合物 可以保持反应始终维持在中性环境 水化产生的H OH 透过包裹层后水化继续进行 此时水化反应由原来的颗粒表面控制转变为扩散控制 避免PH偏移太大而损伤组织 并保持对HAP稳定的过饱和度 提高矿化能力 具体过程概括 在水化反应初始阶段 HAP的生成受原料表面反应控制 为零级反应 在颗粒间和颗粒表面生成的HAP加强了颗粒间的连接 HAP含量越大 接触点越多 抗压强度随HAP生成率的增大呈几乎线性增大 当HAP在颗粒表面形成一层水化产物包裹膜后 CPC水化反应有颗粒表面反应控制转化为透过水化产物层的扩散控制 水化过程中的问题 无水磷酸氢钙和HAP密度的差异 被水化产物包裹的DCPA转化为HAP时由于体积收缩产生内应力 对抗压强度不利 甚至使包裹的壳破裂 在材料内部产生的缺陷导致抗压强度不再升高 甚至小幅降低 二CPC的材料学性能 与其他骨植入材料相比具有以下特点 任意塑行 自行固化 生物相容 逐步降解 凝结时间 指可塑浆体变成不再可塑时的时间 通常用标准稠度和凝结时间测定仪进行测定 数值大小在一定程度上取决于材料组分 固相颗粒大小和形态 固液比及环境温度等是衡量手术操作可行性的重要指标 时间过长或过短都不利于手术操作 强度 力学强度是评价骨修复材料的一个重要指标 抗压强度是衡量CPC在体内硬化后抗负载能力的指标 其大小直接影响CPC材料的应用CPC固化4h后可基本达到最大抗压强度 一般为30 50MPa 目前文献报道最高值为70MPa 其临床适应证为修复非负重或低负重部位的骨缺损 自行固化和任意塑形 CPC粉末与固化液调和后 材料呈牙膏状 此糊状物能够自行固化 凝结时间为3 15min 在这段时间内材料的可塑性好 可根据缺损部位任意塑型 材料植入体内后能与周围骨直接黏结 没有缝隙且固化过程不放热 不会对周围组织造成灼伤利用其固化过程温和的特性可将其作为药物缓释载体及生物活性物质载体 微观结构 材料的微观结构是影响其力学性能的重要因素 孔径大小和孔隙率测定能反应其内部微孔情况 固化体微孔结构对强度影响明显 微孔孔径越大 孔隙率越高 CPC强度则越小 较小的孔径较低的孔隙率能获得较高的强度 但不利于新骨的长入 通过调整固相组分 液相浓度以及固液比可获得不同微孔结构和强度的固化体 抗水性 抗水性指CPC在血液 生理盐水的静水压力下抗渗防水的能力 对于大量出血的外科手术 这一性能尤为重要 抗水性不好则材料在植入后凝结前遇渗液则稀散不成形 影响固化 增强CPC抗水性的添加剂必须符合6个条件 应防止调和物在水中溃散 不影响调和物转化成HAP 不降低CPC固化体强度 不影响调和物的可操作性 具有至少与磷灰石相似的良好生物相容性 应在较短时间内吸收 海藻酸钠是目前公认的优良抗水剂 作用机制是它与Ca2 所形成的不溶于水的海藻酸钙凝胶能较好地阻止CPC调和物被水侵蚀而溃散 三CPC的生物学性能 1 成骨效应 骨引导活性 新骨以爬行替代的方式生长 植入体与骨组织形成骨性连接 将CPC植入猫的皮下和肌肉内 未发现新骨形成 植入物被逐渐吸收 而植入颅骨骨膜下则成骨明显 植入物逐渐被新骨替代 证实CPC不具有诱导成骨活性 而是通过骨传导作用成骨 2 降解性能CPC属于生物可降解材料其显著特点在于 材料之入骨组织后 通过体液溶解或被代谢系统排除体外 最终使缺损部位完全被新生骨组织取代 而植入的生物可降解材料只起到临时支架作用 CPC为磷酸钙盐的水化产物 其内部晶体发育不完整 结晶度低 其降解主要以细胞降解为主 通过体液的溶解作用来实现 多年临床研究表明 CPC能降解但比较缓慢 通常降解植入体积的50 需要6 24个月 正因为CPC降解较慢使得材料能与宿主骨紧密结合 材料的占位不给肿瘤细胞的生长提供空间 在一定程度上阻碍肿瘤的复发 同时可避免因材料的快速降解 新骨尚未形成而产生新的缺陷 导致出现二次病理性骨折的发生 四新型CPC的研制 1 药物控释骨水泥利用CPC包埋微胶囊化药物 形成载药磷酸钙骨水泥