骨组织工程支架-多孔β-磷酸三钙陶瓷的制备与性能

1、骨组织工程支架-多孔-磷酸三钙陶瓷的制备与性能             【摘要】本文通过多孔-磷酸三钙陶瓷的性能研究,发现将孔度提高到40%以上、孔径在100500微米之间时,陶瓷还保持一定强度;X-射线衍射证实陶瓷组成为-磷酸三钙晶体。预期该支架可用作骨组织工程支架。         【关键词】-磷酸三钙;骨组织工程;支架      &

2、#160;  磷酸钙陶瓷属于生物活性陶瓷,是构成骨组织的重要无机物质,植入人体后,其表面同人体组织可通过化学键的结合而亲和。实验证实:磷酸钙陶瓷具有良好的生物相容性,对宿主全身和局部无毒副作用,不引起炎性反应和异物反应,能与骨形成化学键结合。无纤维组织包膜将其和受区骨分开,不引起骨组织正常骨化过程改变,具有良好的骨传导作用。         磷酸钙类陶瓷中根据Ca/P比值不同主要有羟基磷灰石(Ca/P1·67)和磷酸三钙(Ca/P1·50)。其中,羟基磷灰石为降解速度非常慢的材料,植入

3、体内后不能被新生骨组织完全替代,所形成的组织不完全符合骨的生物学特性。由于-TCP具有良好的生物降解性,在骨内种植后能逐渐被降解,并被新生骨完全取代,作为骨组织工程支架将具有更大的优势。         在国内外有关-磷酸三钙用于骨组织修复的研究有诸多报道,多数以共混形式接入其它材料中。-TCP在机体内降解有两条主要途径:1·物理化学溶解;2.吞噬细胞吞噬,降解初期以理化过程的溶解降解为主。降解后释放出的钙和磷离子参与局部代谢或体液循环,以正常方式被利用或被排出体外,而不会引起机体病理改变。 &

4、#160;       -磷酸三钙骨组织工程支架材料的降解吸收速率取决于微孔的多少,         成多孔型材料还具有以下优点:         1· 比致密型材料易塑形,重量轻;         2.能为新生骨组织长入材料提供通道和场所;    

5、     3·多孔结构增大了材料与受植区组织、血管和界面的接触,有利于加速界面结合的反应过程,并为携载骨诱导物(如BMP等)提供空间;         4·内部空隙通道有利于长入材料的血管彼此连通,以保证长入材料深部的组织有营养供应;         5·多孔结构使机体骨组织长入形成机械性锁结,增强彼此结合。     

6、    此外,多孔材料还有一潜在优点,当组织逐渐长入孔隙后形成种植体/骨组织复合体,可以显著改善材料的力学性能。有实验表明孔径大小对新生骨组织长入陶瓷载体有着重要影响,合适的陶瓷孔径大小为200 400m。         动物实验及临床应用表明磷酸钙陶瓷存在的主要不足有:         1·力学性能差、脆性大、抗折强度低、不能承重, 只能用于不承重的骨缺损修复;  

7、0;      2.缺乏诱导活性,材料植入骨缺损区只能靠骨传导作用使骨组织长入,骨生成量少,需时长,骨渗入深度有限,不适合修复长段骨缺损;         3·降解速度难以控制,不能与新生骨生成速度匹配。针对-磷酸三钙陶瓷的优缺点,在现有-磷酸三钙研究的基础上,本文拟尽可能提高其孔隙率和孔径(小于400m),使-磷酸三钙适合于作为骨组织工程支架。         实验部分

8、60;        原材料与试剂          -磷酸三钙微粉的制备将分析纯磷酸配成一定浓度的溶液,一定量的碳酸钙加水制成混悬液,原料按一定比例投入,使Ca/P比为1·50。将磷酸溶液快速加入碳酸钙混悬液,并加超声波震荡,搅拌 10分钟停止反应。所得固体抽滤,用蒸馏水洗涤两次,烘干得-磷酸三钙微粉。         -磷酸三钙陶瓷的烧制粘接剂

9、的配制:取一定量的PVA,加入蒸馏水,加热配制成3%的PVA水溶液。适量的磷酸三钙微粉与成孔剂(强酸型阳离子交换树脂用研钵研细,过40目筛备用)混合,加入粘结剂后混匀, 在模具中压模制成薄片状,自然风干。待干透后,放入电阻炉中调节炉温至400450保温1小时,再升温至 10501100烧结1小时,降温至900保温1小时,然后冷却至室温,烧制成的-磷酸三钙薄片用蒸馏水浸泡两次, 凉干备用。         性能测试     材料外观及孔隙的观察将-磷酸三钙薄片贴到铜台上喷金,在

10、JSM-T300扫描电镜下观察材料断层结构。材料孔隙率的测量选用一个比重瓶倒满乙醇称重W1(克);把重WS(克) 的样品浸入乙醇中,脱气,使乙醇充盈于多孔材料的孔中, 然后加满乙醇,称重为W2(克);把浸满了乙醇的样品取出后,称剩余的乙醇与比重瓶重W3(克)。孔隙率的计算公式为: 孔隙率:=(W2-W3-Ws)/(W1-W3) -磷酸三钙X-射线衍射分析取烧制后的-磷酸三钙磨成粉末,压片后用D/Max-3A X射线衍射仪扫描。测试条件:电压35KV,管流25mA, CuK靶,扫描范围(2)0-60°。         结果与分析      磷酸三钙微粉的制备磷酸三钙的制备方法很多,可采用磷酸氢铵和硝酸钙反应6,或氢氧化钙和磷酸反应的湿法工艺合成,或磷酸氢钙