化学法稀土钇改性磷酸钙骨水泥的制备毕业论文

江西理工大学本科毕业论文题目：化学法稀土钇改性磷酸钙骨水泥的制备专题题目：学院：材料科学与工程学院专业：无机非金属材料工程班级：无机081班学号：学生：指导教师：职称：副教授指导教师：职称：时间：2012年5月江西理工大学本科毕业论文任务书材料科学与工程学院无机非金属材料工程2008级（2012届）1班01吴国成题目：化学法稀土钇改性磷酸钙骨水泥的制备专题题目：原始依据：磷酸钙骨水泥(calciumphosphatecement，CPC)，又称为羟基磷灰石骨水泥（hydroxyapatitecement,HAC），是由Brown和Chow首先研制出来的一种自固型非陶瓷羟基磷灰石类人工骨材料。磷酸钙骨水泥(CPC)由两种或以上磷酸钙粉体加入固化液而成，磷酸钙骨水泥在人体环境下水化硬化，转化为相似与人体硬组织的羟基磷灰石。因其具有良好的生物相容性和骨传导性、生物安全性、能任意塑形、在固化过程中的等温性，CPC作为一种新型的骨组织修复和替代材料，受到了国内外众多学者的广泛关注，已成为临床组织修复领域研究和应用的热点之一。高家诚等在掺杂了氧化钇和未掺杂氧化钇原位合成羟基磷灰石的过程中发现，氧化钇的加入对羟基磷灰石的生成有促进作用，而且降低了其生成的温度。白石等用机械化学水热法合成的钇/羟基磷灰石复合针状纳米微晶在形态、晶体结构等方面与生物骨、牙组织磷灰石相似，钇的加入提高了HA的生物活性，并且使其具有一定的抑菌作用。钇在生物陶瓷方面也有一定的作用：=1\*GB3①在钛合金表面除预置CaHPO4·2H2O、CaCO3粉末外,还加入稀土氧化物Y2O3，经激光处理后,实现了合成与涂覆同步制备含HA活性生物陶瓷涂层的复合材料。研究表明,Y2O3的加入对HA的合成及其结构稳定性,生物陶瓷涂层组织细化以及力学性能均有促进和改善。=2\*GB3②通过在钛合金表面上预涂敷一定比例的CaHPO4·2H2O-CaCO3混合粉末及相应的过渡层并进行激光熔覆处理,获得了以TC4为基的含羟基磷灰石(HA)的生物陶瓷涂层复合材料。同时研究了稀土元素的加入对于生物陶瓷涂层组织的影响。研究表明,Y2O3不仅对涂层组织有细化作用,而且对激光合成HA有催化作用并能使HA相结构保持稳定。=3\*GB3③在铁合金表面上预涂复CaHPO4·2H2O-CaCO3-Y2O3混合粉末，随后进行激光熔覆处理，获得了以TC4为基材的含HA的生物陶瓷涂层复合材料.研究稀土元素对涂层性能的影响.结果表明，Y2O3能明显改善涂层材料的综合力学性能、耐蚀性能和生物性能。本文是用钇离子对磷酸钙骨水泥进行改性研究。主要内容和要求：研究内容：本课题的研究目标主要有以下几个方面。一是利用为原料不变，在其中加入氧化钇和没加入氧化钇在烧结温度和时间都相同的情况下合成无定型磷酸四钙，无定型磷酸四钙与磷酸氢钙混合水化得到磷酸钙骨水泥，讨论掺杂氧化钇和未掺杂氧化钇对生成羟基磷灰石的影响。二是改变氧化钇的含量，做出四组对照试验。三是采用XRD、SEM、EDS等技术对水化后的试样进行表征，根据大量的试验数据来分析计算掺杂氧化钇对水化合成磷酸钙骨水泥性能的影响。本文所完成的主要研究内容有以下几个方面：①分析并理解磷酸钙生物陶瓷目前掺杂改性的主要理论依据和研究成果。②设计一套完整实验方案，以讨论氧化钇加入的方法及整个实验过程。选择实验方法以及实验仪器，选择确定反应后物相和分析元素扩散情况的测试设备。③实验方案确定后，进行一些试探性实验，以确定选择氧化钇加入的方式、烧结实验所选用的炉子类型、粉末混合方式和压制方法、氧化钇的选用量以及烧结温度和保温时间。通过试探性实验后，采用不锈钢模具进行水化压制成型，合成CPC的前驱体采用与磷酸四钙CaHPO4·2H2O，Y2O3的掺杂量分别为0%、%、1%、1.5%、2%，烧结温度为460℃，保温时间分别取为120④采用X射线衍射分析(XRD)进行物相检测。⑤试样的横截面形貌和元素的扩散情况采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)进行表征。⑥结合物相分析、横截面形貌以及能谱分析结果，确定掺杂氧化钇的最佳含量，由此分析掺杂氧化钇对水化合成磷酸钙骨水泥性能的影响。具体要求：第一阶段准备阶段，仔细阅读毕业设计任务书，明确论文要求和任务;第二阶段进行相关文献和书籍的调查;第三阶段确定实验方案（实验药品的用量和仪器的选择）;第四阶段进行实验（包括实验步骤、试验方法）;第五阶段进行实验样品的检测（测试CPC的凝固时间、压缩强度、溶解率、PH值、X射线衍射分析和原子能谱分析、扫描电镜进行材料表面的形貌分析）;l第六阶段整理毕业论文资料，进行论文的编写。日程安排：1、2012年2月16日确定论文题目2、2012年2月17日-2012年3月1日查阅文献资料，翻译一篇英语论文，确定实验方法，编写开题报告。3、2012年3月1日-2012年4月20日实验准备工作:准备实验所需的器皿、试剂、设备。用磷酸四钙、氧化钇、二水磷酸氢钙制备磷酸钙骨水泥。确定最佳工艺参数，对合成条件进行优化。4、2012年4月20日-2012年5月10日完成绪论5、2012年5月10日-2012年5月20日编写毕业论文与修改6、2012年5月20日-2012年5月28日提交论文与论文评阅7、2012年5月28日-2012年6月3日学院论文答辩参考文献BrownWE,ChowLC.Anewcalciumphosphate,water-settingcement.In:BrowPW,ed.Cementresearchprogress.Westerville,Ohio:AmericanCeramicSociety.1986:李兵.稀土元素发现史.金属世界，2006,(1):48-49.肖燕.谈稀有金属及应用.金属世界，2006,(2):45-48.纪云晶，崔明珍.稀土农用毒性评价及抑癌作用机理的研究.卫生毒理学杂志，1997,11(4):238-242.王宗惠，庞新民，小鼠腹腔巨噬细胞特异吞噬功能的作用影响.卫生毒理学杂志，1994,8(3):220-221.GouD,XuK.ZhaoX.eta1.Developmentofastrontium-containinghydroxyapatitebonecement.Biomaterials2005,26(19):4073-4083.张玉珍，诸爱珍.稀土在陶瓷材料中的应用.江苏陶瓷.2005,4,38(2):2729.OwadaH,YamashitaK,UmegakiT,etal.Humidity-sensitivityofyttriumsubstitutedapatiteceramics.SolidStateIonics.1989,栗建林，张丽帼，刘建中等.轻稀土对小鼠肺腺癌的抑制作用.中国稀土学报，1998,16(2):183-186.张亚平,高家诚，谭继福等.激光熔覆生物陶瓷复合涂层.材料研究学报，1994,8(1):93-96.邱静，张杰魁，张敏等.氧化钇-羟基磷灰石骨修复材料的研究.生物医学工程学杂志，1998,15(1):26-27.张亚平，高家诚,文静等.钛基激光涂覆生物陶瓷涂层的生物相容性.中国生物医学工程学报,2002,21(3):242,245.曲海波,程逵,沈鸽等.氟磷灰石材料及其在生物医学方面的应用.硅酸盐通报,2000,19(5):52-56.张艳，王勇，高家诚，王良芬.Y2O3对火法合成HA影响的扩散偶研究.材料导报.2007,21(2):202-204.高家诚，王勇.原位合成HA过程中Y2O3的作用机理.中国有色金属学报.2003,6,13(3):675-679.指导教师（签字）：年月日江西理工大学本科毕业论文开题报告材料科学与工程学院无机非金属材料工程2008级(2012届)1班01吴国成题目：化学法稀土钇改性磷酸钙骨水泥的制备专题题目：本课题来源及研究现状：课题来源：本课题来自指导教师的科研课题。研究现状：稀土掺杂羟基磷灰石，对羟基磷灰石的合成有促进作用，并且使其具有更稳定的性质。人体硬组织的无机成分除磷灰石外还有许多阴、阳离子，并且发现在生物磷酸盐化石中，稀土元素含量比较高。Y3+的原子半径与Ca2+相当，可以替代羟基磷灰石中的Ca2+。Owada等发现在烧结的YHA表面单位面积内，羟基的数量随着Y的增加而增加，甚至达到了10%(摩尔分数)。这个研究小组还发现，相比HA，YHA具有更良好的导电性。由于钇掺杂的羟基磷灰石具有亲水性，所以已经被制成湿敏元件。因为亲水性和导电性这两个性质对骨的再生起着至关重要的作用，所以可以认为Y-HA在骨移植方面具有一定的潜力。Thomas等用湿法合成了掺杂2%(摩尔分数)Cd、Zn、Mg、及Y离子的羟基磷灰石，在蛋白吸附、细胞吸附和细胞培养试验后发现，在酶解物试验中，相比于HA和掺杂Cd、Zn、Mg离子的羟基磷灰石，YHA对变性骨胶原具有最好的吸附性。并且，YHA对于Ca2+的吸收也较其余几者强，随着Y离子含量的增加，Ca2+的吸附浓度也变大，表明Ca2+和Y3+之间有较好的相容性，这可能是由于Y3+相对于其它离子(二价离子Cd2+、Zn2+、Mg2+)而言，具有不同的电荷数和结构。在骨粘附性方面，YHA比HA以及Cd、Zn、Mg离子掺杂羟基磷灰石的骨粘附性好。含钇离子浓度较大的的HA相比浓度较小者更能促使骨细胞贴壁生长。因此，基于YHA的一系列性质，可以认为Y-HA有望成为一种良好的骨替代材料。钇在生物陶瓷方面也有一定的作用：=1\*GB3①在钛合金表面除预置CaHPO4·2H2O、CaCO3粉末外,还加入稀土氧化物Y2O3,经激光处理后,实现了合成与涂覆同步制备含HA活性生物陶瓷涂层的复合材料。研究表明,Y2O3的加入对HA的合成及其结构稳定性,生物陶瓷涂层组织细化以及力学性能均有促进和改善。=2\*GB3②通过在钛合金表面上预涂敷一定比例的CaHPO4·2H2O-CaCO3混合粉末及相应的过渡层并进行激光熔覆处理,获得了以TC4为基的含羟基磷灰石(HA)的生物陶瓷涂层复合材料。同时研究了稀土元素的加入对于生物陶瓷涂层组织的影响。研究表明,Y2O3不仅对涂层组织有细化作用,而且对激光合成HA有催化作用并能使HA相结构保持稳定。=3\*GB3③在铁合金表面上预涂复CaHPO4·2H2O-CaCO3-Y2O3混合粉末，随后进行激光熔覆处理，获得了以TC4为基材的含HA的生物陶瓷涂层复合材料.研究稀土元素对涂层性能的影响.结果表明，Y2O3能明显改善涂层材料的综合力学性能、耐蚀性能和生物性能。课题研究目标、内容、方法和手段：研究目标：通过掺入不同量的钇，制备CPC粉末。在不影响CPC水化的情况下，考察对骨水泥其它性能（包括凝结时间、可注射性、孔隙率、物相、表面形貌结构等）有什么影响。研究内容：本课题的研究目标主要有以下几个方面。一是利用为原料不变，在其中加入氧化钇和没加入氧化钇在烧结温度和时间都相同的情况下合成无定型磷酸四钙，无定型磷酸四钙与磷酸氢钙混合水化得到磷酸钙骨水泥，讨论掺杂氧化钇和未掺杂氧化钇对生成羟基磷灰石的影响。二是改变氧化钇的含量，做出四组对照试验。三是采用XRD、SEM、EDS等技术对水化后的试样进行表征，根据大量的试验数据来分析计算掺杂氧化钇对水化合成磷酸钙骨水泥性能的影响。本文所完成的主要研究内容有以下几个方面：①分析并理解磷酸钙生物陶瓷目前掺杂改性的主要理论依据和研究成果。②设计一套完整实验方案，以讨论氧化钇加入的方法及整个实验过程。选择实验方法以及实验仪器，选择确定反应后物相和分析元素扩散情况的测试设备。③实验方案确定后，进行一些试探性实验，以确定选择氧化钇加入的方式、烧结实验所选用的炉子类型、粉末混合方式和压制方法、氧化钇的选用量以及烧结温度和保温时间。通过试探性实验后，采用不锈钢模具进行水化压制成型，合成CPC的前驱体采用与磷酸四钙CaHPO4·2H2O，Y2O3的掺杂量分别为0%、%、1%、%、2%，烧结温度为460℃，保温时间分别取为120分钟，选用管式炉进行烧结。④采用X射线衍射分析(XRD)进行物相检测。⑤试样的横截面形貌和元素的扩散情况采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)进行表征。⑥结合物相分析、横截面形貌以及能谱分析结果，确定掺杂氧化钇的最佳含量，由此分析掺杂氧化钇对水化合成磷酸钙骨水泥性能的影响。研究方法：文献调查、实验观察、仪器检测等。研究手段：通过测试CPC的凝固时间、可注射性、孔隙率、X射线衍射分析和原子能谱分析、扫描电镜进行材料表面的形貌分析和实验结果分析来得出通过掺入不同量的钇，制备CPC粉末。在不影响CPC水化而又能制备出羟基磷灰石的情况下，对骨水泥其它性能（包括凝结时间、可注射性、孔隙率、物相、表面形貌结构等）有什么影响。论文提纲及进度安排：1、2012年2月16日确定论文题目2、2012年2月17日-2012年3月1日查阅文献资料，翻译一篇英语论文，确定实验方法，编写开题报告。3、2012年3月1日-2012年4月20日实验准备工作:准备实验所需的器皿、试剂、设备。用磷酸四钙、氧化钇、二水磷酸氢钙制备磷酸钙骨水泥。确定最佳工艺参数，对合成条件进行优化。4、2012年4月20日-2012年5月10日完成绪论5、2012年5月10日-2012年5月20日编写毕业论文与修改6、2012年5月20日-2012年5月28日提交论文与论文评阅7、2012年5月28日-2012年6月3日学院论文答辩主要参考文献和书目：BrownWE,ChowLC.Anewcalciumphosphate,water-settingcement.In:BrowPW,ed.Cementresearchprogress.Westerville,Ohio:AmericanCeramicSociety.1986:李兵.稀土元素发现史.金属世界，2006,(1):48-49.肖燕.谈稀有金属及应用.金属世界，2006,(2):45-48.纪云晶，崔明土农用毒性评价及抑癌作用机理的研究.卫生毒理学杂志，1997,11(4):238-242.王宗惠，庞新民，小鼠腹腔巨噬细胞特异吞噬功能的作用影响.卫生毒理学杂志，1994,8(3):220-221.GouD,XuK.ZhaoX.eta1.Developmentofastrontium-containinghydroxyapatitebonecement.Biomaterials2005,26(19):4073-4083.张玉珍，诸爱珍.稀土在陶瓷材料中的应用.江苏陶瓷.2005,4,38(2):2729.OwadaH,YamashitaK,UmegakiT,etal.Humidity-sensitivityofyttriumsubstitutedapatiteceramics.SolidStateIonics.1989,栗建林，张丽帼，刘建中等.轻稀土对小鼠肺腺癌的抑制作用.中国稀土学报，1998,16(2):183-186.张亚平,高家诚，谭继福等.激光熔覆生物陶瓷复合涂层.材料研究学报，1994,8(1):93-96.邱静，张杰魁，张敏等.氧化钇-羟基磷灰石骨修复材料的研究.生物医学工程学杂志，1998,15(1):26-27.张亚平,高家诚,文静等.钛基激光涂覆生物陶瓷涂层的生物相容性.中国生物医学工程学报,2002,21(3):242,245.曲海波,程逵,沈鸽等.氟磷灰石材料及其在生物医学方面的应用.硅酸盐通报,2000,19(5):52-56.张艳，王勇，高家诚，王良芬.Y2O3对火法合成HA影响的扩散偶研究.材料导报.2007,21(2):202-204.高家诚，王勇.原位合成HA过程中Y2O3的作用机理.中国有色金属学报.2003,6,13(3):675-679.指导教师审核意见：指导教师(签字）：年月日摘要磷酸钙骨水泥是一种新型的自固化的非陶瓷羟基磷灰石人造骨材料，其具有良好的生物相容性、自固化能力、易于塑形、与成骨活性相协调的溶解性能可作为药物、生物活性因子缓释载体等优越的性能。稀土掺杂羟基磷灰石，对羟基磷灰石的合成有促进作用，并且使其具有更稳定的性质。钇的加入有助于羟基磷灰石生物活性的提高。本文利用钇掺入改善羟基磷灰石生物活性作为探讨。本研究采用氧化钇对磷酸钙骨水泥进行改性研究，考察磷酸钙骨水泥凝结时间、可注射性和孔隙率等基本性能。采用X射线衍射分析骨水泥粉末在水化过程中的变化及其最终产物。采用电镜观察产物的微结构和表面形貌。结果表明：钇加入没有影响磷酸钙骨水泥的水化，并且随着钇含量的增加磷酸钙骨水泥的固化体凝结时间逐渐增大，其中氧化钇含量在5%%是可注射性最大（壳聚糖溶液）。磷酸钙骨水泥水化最终产物为片状或棒状的羟基磷灰石，其结构呈紧密联系，但表面有较多的孔隙，随着钇含量的增加孔隙率又增加的趋势。关键词：磷酸钙骨水泥；氧化钇改性；水化反应；凝结时间；可注射性ABSTRACTAsanewtypeself-settingnon-ceramichydroxypatiteartificialbonematerial,calciumphosphatecementhasplentyexcellentproperty,amongwhichare,finebiocompatibility,propertyofself-settingandshaping,degeneratingactivityincorrespondingwithossification,beingabletobeusedforrelease-carrierofdrugandbioactivefactor,andsoon.Rareearthdopedhydroxyapatite,aroleinpromotingthesynthesisofhydroxyapatite,andithasamorestablenature.Ofyttriumcontributetotheimprovementofthebiologicalactivityofthehydroxyapatite.Inthispaper,yttriumdopedtoimprovethebiologicalactivityofhydroxyapatiteasexplore.Inthisstudy,calciumphosphatebonecementismodifiedbyyttriumoxide.Researchthebasicperformanceofcalciumphosphatecement,suchassettingtime,injectableperformanceandporosity.AnalysischangesinthehydrationprocessanditsfinalproductofbonecementpowderbyX-raydiffraction.Observedthemicro-structureandsurfacemorphologyofproductbyElectronmicroscope.Theresultsshowthat:Theyttriumjoinnoeffectonthehydrationofcalciumphosphatebonecement,andwiththeincreaseofyttriumcontent,thesolidifiedsettingtimeofcalciumphosphatecementisgraduallyincreassing,yttriacontentof5%whentheshortestsettingtime;theinjectableperformanceofbonecementpasteislarger，inwhichtheyttriacontentof1.5%istheinjectablemost(chitosansolution).Thefinalproductofhydrationshowingsheetorrod-likehydroxyapatite,itsstructureisinclosingcontact,buttherearemoreporesinthesurface,withtheincreaseofyttriumcontent,theporosityshowinganincreasingtrend.Keywords:calciumphosphatecement;yttriumoxide;hydrationreaction;settingtime;injectable目录第一章绪论 ④氧化钇对激光熔覆陶瓷方面的影响（1）通过在钛合金表面上预涂敷一定比例的CaHPO4·2H2O-CaCO3混合粉末及相应的过渡层并进行激光熔覆处理，获得了以TC4为基的含羟基磷灰石(HA)的生物陶瓷涂层复合材料。同时研究了稀土元素的加入对于生物陶瓷涂层组织的影响。研究表明，Y2O3不仅对涂层组织有细化作用，而且对激光合成HA有催化作用并能使HA相结构保持稳定。(2)在铁合金表面上预涂复CaHPO4·2H2O-CaCO3-Y2O3混合粉末，随后进行激光熔覆处理，获得了以TC4为基材的含HA的生物陶瓷涂层复合材料。研究稀土元素对涂层性能的影响.结果表明，Y2O3能明显改善涂层材料的综合力学性能、耐蚀性能和生物性能。磷酸钙骨水泥国内外发展现状目前，国内外CPC主要应用在临床研究上，主要有骨缺损的填充，充当药物载体，骨折内固定，在空腔科的临床应用研究。现在研究CPC的骨传导作用，成骨能力难以满足大段骨缺损的要求。并且材料的塑形加工性能也不太理想。近年来，随着CPC研究工作的深入开展，广大研究者们在继续致力于对原有骨水泥进行改造性的同时，也开始关注与开发便于临床手术操作，具有特殊结构、性质和功能的新型骨水泥。=1\*GB3①含锶磷酸钙骨水泥的制备及性能研究Guo等[23]最近开发出了一种新型的含锶CPC(Sr-CPC)，其固相组成为TTCP、DCPA以及磷酸氢锶(SrHPO4，DSPA)；液相为磷酸的稀溶液。此骨水泥固化24h后的最终产物为非化学计量的含锶羟基磷灰石原子无致的量比率，并且固化后体系中出含有CO32-外，不含有任何有害杂质。力学能测试结果表明该骨水泥的压缩强度在进图模拟体液2周后仍高于，同时压缩强度会随着锶含量的增大而升高，尤其是在Sr/(Sr+Ca)的物质的量比为5%的情况下，骨水泥浸入模拟体液5天后的压缩强的最高可达，临床上课被应用于非承重部位的骨组织修复。锶在元素周期表中与钙同族，可取代HA中得钙，形成置换固溶体。由于锶和钙之间离子半径和性质的差异，锶使HA的晶格发生畸变，从而改变其结晶性和生物降解性。研究表明，锶取代部分钙形成的Sr-HA，比传统的HA有更好的生物学性能和更好的骨缺损修复能力，器中，锶含量低于10%的Sr-HA具有很好的组织相容性、骨引导能力及生物降解率，可获得满意的骨缺损修复效果。制备Sr-HA的方法主要有：酸碱法、沉淀法、高温固相合成法、溶胶-凝胶法和微波法等、其中酸碱法设备简单，但产物结晶性质较差；沉淀法工艺简便，但产物纯度较低，易引入HPO42-、CO32-离子；高温固相合成法产物结晶性较好，但反应速度慢，产物粒径打一团聚；溶胶-凝胶法制备Sr-HA，需高温烧结，粉体易团聚。比较而言，水热法的特点是产物直接为晶态。针对上述问题，本工作易四水硝酸钙[Ca（NO3）2·4H2O]、磷酸氢二铵[（NH4）2HP4O]、硝酸锶[Sr(NO3)2]为原料，在180℃下水热处理8h制得Sr-HA。通过XRD、IR、TEM、EDX和TG/DTA对Sr-HA的晶相、化学组成、形貌和热稳定性进行分析，并通过细胞培养，MTT比色法对材料的细胞毒性进行评价。以四水硝酸钙[Ca(NO3)2·4H2O]、磷酸氢二铵[(NH4)2HP4O]、硝酸锶[Sr(NO3)2]为原料，在180℃下水热处理8h制得长约30-70nm，宽约20nm的棒状Sr-HA粉体，掺Sr后，由于Sr、Ca离子半径的不同，引起晶面间距扩大，使HA的晶格发生畸变，结晶度改变，从而引起其衍射峰小角度偏移、叠合、强弱等变化，并导致晶粒尺寸变小，热稳定性下降。掺Sr对羟基磷灰石的细胞毒性影响为温和，其细胞毒性分级为0级和1级，说明Sr-HA可能具有良好的生物相容性。=2\*GB3②含氟磷酸钙骨水泥的制备及性能研究羟基磷灰石（HA）的化学性能及节后与人体骨组织中的磷酸钙无机盐较为相似，具有骨传导性和良好的桥接作用。但是目前的HA涂层中HA的溶解度较高，较低了涂层的稳定性的植入体的长效性能。氟是人体骨组织和牙齿中的微量元素之以。氟离子（F-）对生物矿化过程中有十分重要的作用。由于F-离子比羟基（OH-）离子小，F-部分取代HA中的OH-新城含氟羟基磷灰石（FHA）能改变其结晶性，提高HA结构稳定性并降低其溶解性，有利于提高植入体与骨组织的结合能力。另外，涂覆FHA涂层的金属件植入口腔内时，其致密表面结构可降低表面自由能，减少细菌的粘附，利用F-的抑菌作用防止龋齿。但是，全部取代形成氟磷灰石（FA），不但不具有骨传导性，而且搞含量的F-会可能导致其生物活性降低，甚至产生如骨软化症等负面效果。因此，氟的可控渗入，对于活性含氟羟基磷灰石生物涂层具有重要意义，成为当前生物学研究的热点。羟基磷灰石涂层被广泛地应用于钛合金硬组织植体表面改性，但由于羟基磷灰石在人体中的降解速度较快，导致种植体在人体内时效。通过添加微量氟元素，以氟替换了羟基磷灰石的羟基，其结构又与羟基磷灰石一样，具有保持生物活性的同时，降低其涂层的溶解度。但是，FHA相的溶解度与氟含量密切相关，而过高的氟含量又可能对生物体产生毒害作用，因此，系统地研究FHA涂层中的氟含量也即F-对OH-的取代量对FHA溶解性能以及生物活性性能的影响，成为应用该涂层的必要前提。=3\*GB3③含碳纤维的磷酸钙骨水泥采用碳纤维为增强相以提高磷酸钙骨水泥的力学性能。利用硝酸液态氧化法对碳纤维进行表面处理。仿照天然骨的结构，将处理后的碳纤维均匀埋于材料的受力面。制得的碳长纤维增强磷酸钙骨水泥生物复合材料，其抗折强度为。同样制备条件下，加入未处理的碳纤维，复合材料的抗折强度为，未加碳纤维骨水泥材料的抗折强度为。因此，以碳纤维为增强相并经表面处理后，可大大提高与骨水泥之间的界面结合强度，从而有效传递载荷，得到的复合材料的力学性能显著提高。利用X射线衍射及扫描电镜对复合材料的水化产物及微观结构进行了检测。采用硝酸液态氧化法碳纤维表面进行处理，经2h且90℃水浴处理后，能改善纤维的表面性能，而且不会因过度氧化破坏它自身的优良特性，从而显著提高它与骨水泥界面的结合，使复合材料的力学强度提高86%。从仿生学的角度出发，以机械结合和弱化学力结合为主的碳纤维增强磷酸钙骨水泥复合材料界面结合方式使碳纤维高强、高韧的力学性能的到有效发挥，提高了生物复合材料性能，是改善故事你力学性能的一条有效途径。=4\*GB3④镁羟基磷灰石由于纯羟基磷灰石脆性较大，因此很少被直接用于骨替代物植入动物体的承载部分。Mg2+离子在自然界骨的含量高达1%，Mg2+在人体骨骼矿化方面也起着重要的作用，因此，在羟基磷灰石里加入Mg2+有望改善其力学性能和生物相容性。其制备可以通过溶胶法、固态反应烧结法、液相合成法等完成。等[24]发现在掺杂0.25%MgO的羟基磷灰石中，Mg2+替代了部分Ca2+，使晶粒得到细化，晶界变形被弱化，塑性也得到提高，同时孔隙数量有轻微增加，但是由于显微结构发生了变化，显微硬度和抗拉强度都有所下降，他们认为在羟基磷灰石中掺杂微量的MgO有助于提高生物材料的运动作用。以Ca(NO3)2·6H2O、(NH4)2HPO4和Mg(NO3)2·6H2O为反应原料，分别配制浓度为0.5、0.3和的溶液。用浓氨水调节钙和镁溶液，使pH>11;磷溶液的pH>10。取一定量Mg(NO3)2和Ca(NO3)2溶液充分混合，再加入聚乙二醇，磁力搅拌使之溶解。在搅拌条件下,将(NH4)2HPO4液缓慢滴加到Ca和Mg溶液中(保持n(Ca+Mg)/n((P)=1.67),搅拌均匀，然后转入内衬为聚四氟乙烯的不锈钢水热釜中(填充度为70%),于180℃水热处理8h。产物经二次水洗、乙醇洗、抽滤，粉末状产物于80℃干燥过夜。部分产品在900℃下热处理1h。Mg加入摩尔分数(n(Mg)/n(Ca+Mg))为2%的Mg2HA记为Mg2，（10–x）Ca2++xMg2++6PO43++2OH-→Ca10-xMgx(PO4)6(OH)2以Ca(NO3)2、(NH4)2HPO4、Mg(NO3)2为原料，180℃下水热处理8h可制得长约30-70nm，宽约20nm的短棒状Mg2HA粉体。掺镁后，由于镁、钙离子半径的不同，引起晶面间距扩大，使HA的晶格发生畸变，结晶度降低,晶粒尺寸变小，热稳定性下降。掺入镁对羟磷灰石类生物陶瓷的细胞毒性影响较为温和，其细胞毒性分级为0和1级。可以推测Mg2研究目的和任务在21世纪，人类在医疗方面达到一个非常高的技术水平，生物材料对于人体组织器官的替代、修复、移植方面的研究己经取得了丰硕的成果，而骨修复生物材料就是其中一个非常活跃的研究和临床应用领域。相比之下，目前我国生物材料的研究、开发和临床应用与国外差距相当大，每年消耗的生物材料大多依靠进口，研制和开发临床需要的相关生物材料是我们面临的重要课题。如前所述，90年代新型的自固化骨修复生物活性材料-磷酸钙骨水泥的发明为诸多类型的骨缺损的修复治疗提供了一种非常有效的措施，在修复非负重或低负重部位的骨缺损和牙周治疗中获得满意的临床应用效果。而对磷酸钙骨水泥的深入研究和性能的改善提高，将有助于CPC在骨外科、整形外科及口腔科等领域获得更为广泛的应用。尽管CPC作为骨修复的生物材料有上述的许多优点，但CPC同时存在固化时间长，粘结性能差，机械性能不足，降解缓慢，初凝阶段接触体液易崩解等缺点，又使其应用受到一定程度的限制，因此，本文选择这一新型的骨修复生物材料—磷酸钙骨水泥CPC作为改性研究的对象。在文献综述基础上，本研究拟进行磷酸钙骨水泥的改性研究，通过氧化钇对磷酸钙骨水泥进行改性，考察CPC的制备工艺，基本性能和生物学性能的变化。研究内容本课题的研究目标主要有以下几个方面。一是利用为原料不变，在其中加入氧化钇和没加入氧化钇在烧结温度和时间都相同的情况下合成无定型磷酸四钙，无定型磷酸四钙与磷酸氢钙混合水化得到磷酸钙骨水泥，讨论掺杂氧化钇和未掺杂氧化钇对生成羟基磷灰石的影响。二是改变氧化钇的含量，做出四组对照试验。三是采用XRD、SEM、EDS等技术对水化后的试样进行表征，根据大量的试验数据来分析计算掺杂氧化钇对水化合成磷酸钙骨水泥性能的影响。本文所完成的主要研究内容有以下几个方面：①分析并理解磷酸钙生物陶瓷目前掺杂改性的主要理论依据和研究成果。②设计一套完整实验方案，以讨论氧化钇加入的方法及整个实验过程。选择实验方法以及实验仪器，选择确定反应后物相和分析元素扩散情况的测试设备。③实验方案确定后，进行一些试探性实验，以确定选择氧化钇加入的方式、烧结实验所选用的炉子类型、粉末混合方式和压制方法、氧化钇的选用量以及烧结温度和保温时间。通过试探性实验后，采用不锈钢模具进行水化压制成型，合成CPC的前驱体采用与磷酸四钙CaHPO4·2H2O，Y2O3的掺杂量分别为0%、%、1%、%、2%，烧结温度为460℃，保温时间分别取为120分钟，选用管式炉进行烧结。④采用X射线衍射分析(XRD)进行物相检测。⑤试样的横截面形貌和元素的扩散情况采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)进行表征。⑥结合物相分析、横截面形貌以及能谱分析结果，确定掺杂氧化钇的最佳含量，由此分析掺杂氧化钇对水化合成磷酸钙骨水泥性能的影响。第二章实验部分2.1实验药品主要实验药品见表2-1。表2-1实验药品原料名称化学式规格原料来源氧化钇Y2O399.99%江西理工大学硝酸钙Ca(NO3)2·4H2O分析纯上海光铧科技氯化镁MgCl2·6H2O分析纯天津市科密欧化学试剂磷酸氢二钠Na2HPO4·12H2O分析纯上海光铧科技碳酸氢钠NaHCO3分析纯天津市化学试剂六厂三分厂氢氧化钠NaOH分析纯汕头市西陇化学试剂二水磷酸氢钠CaHPO4·2H2O分析纯天津市科密欧化学试剂焦磷酸钠Na2P2O7·10H2O分析纯上海光华科技去离子水H2O自制浓硝酸HNO3分析纯江西洪都生物化学壳聚糖（C6H11NO4）n分析纯上海宁波国药集团化学试剂2.2实验仪器烧杯（3000ml一个、2000ml一个、500ml两个）、小烧杯（50ml）、药勺（两个）、玛瑙研钵、量筒（10ml）、玻璃棒、注射器（10ml）模具（直径8mm+高15mm）、药品袋（若干）。主要实验仪器见表2-2。表2-2实验仪器仪器生产厂家型号电热鼓风干燥箱上海县第三五金厂202-4型磁力搅拌器江苏金坛市城西晓阳电子仪器厂78-1型增力搅拌器江苏金坛市环宇科学仪器厂JJ-1型电子天平上海民桥精密科技LD-202型X射线衍射仪日本理学公司D/Max-2500扫描电子显微镜Philips，荷兰XL30原子能谱分析仪Philips，荷兰XL30箱式电阻炉上海实验电炉厂SX-10-122.3实验方法磷酸钙骨水泥又称羟基磷灰石，羟基磷灰石粉体材料的合成方法主要有干法（固相反应）、水热法、湿式法、（包括液相合成法，溶胶-凝胶法等）。本实验所用的方法主要是共沉淀法和固相法。2.4实验过程（实验步骤）=1\*GB3①先称量43g的硝酸钙（Ca(NO3)2·4H2O和1g氯化镁（MgCl2·6H2O），分别加入(0、0.5%、1%、1.5%、2%)氧化钇，混合后放入500ml的烧杯中，向烧杯中加入500ml去离子水，放在磁力搅拌机上搅拌均匀，设为A料，放置备用；=2\*GB3②称量55g的磷酸氢二钠（Na2HPO4·12H2O）、50g氢氧化钠（NaOH）、2g碳酸氢钠（NaHCO3）、2g焦磷酸钠，把称量好的药品放入2000ml的烧杯中，向烧杯中加入1300ml去离子水，用增力搅拌机搅拌均匀，设为B料，放置备用；=3\*GB3③先称量B料，搅拌溶解，再称量A料，溶于烧杯中，A料以200ml/min的速度倒入B中，搅拌30分钟。静置使其沉淀，沉淀取出后在50℃的干燥箱中干燥，干燥后取出，放入研钵中研磨成细粉，放置备用；=4\*GB3④把细粉放入坩埚中，120-200分钟升温到460℃，在460℃保温120分钟，然后自然冷却，取出备用；=5\*GB3⑤把制备好ACP与二水磷酸氢钙以质量比1:1混合，以固液比为5:1的比例加入去离子水，调和均匀，放入不锈钢磨具中，室温下自然固化。硝酸钙+氯化镁+氧化钇+去离子水磷酸氢二钠+氢氧化钠+碳酸氢钠+焦磷酸钠+去离子水磁力搅拌均匀真力搅拌均匀AB称量搅拌溶解静置沉淀沉淀取出干燥干燥后放入研钵中研磨成细粉磷酸四钙硝酸钙+氯化镁+氧化钇+去离子水磷酸氢二钠+氢氧化钠+碳酸氢钠+焦磷酸钠+去离子水磁力搅拌均匀真力搅拌均匀AB称量搅拌溶解静置沉淀沉淀取出干燥干燥后放入研钵中研磨成细粉磷酸四钙图2-1磷酸四钙制备工艺流程图无水磷酸氢钙的制备二水磷酸氢钙酒精湿磨烘干冷却无水磷酸氢钙二水磷酸氢钙酒精湿磨烘干冷却无水磷酸氢钙图2-2无水磷酸氢钙制备工艺流程图CPC粉末的制备磷酸四钙磷酸四钙磷酸氢钙去离子水混合均匀烘干CPC粉末图2-3CPC粉末制备的工艺流程图CPC粉末+调和液研钵调和均匀不锈钢模具CPC试样CPC固化体制备CPC粉末+调和液研钵调和均匀不锈钢模具CPC试样图2-4CPC固化体制备工艺流程图2.6实验检测方法凝结时间测定将CPC粉末和固化液按液固质量比（L/P）=0.2的比例均匀调和，在室温的环境中逐渐固化，将维氏针（重300g，针端直径1mm、长50mm）垂直放在骨水泥表面，并停留5秒，每隔30秒重复一次，在骨水泥接近初凝时，每隔10秒重复一次，直至为氏针头不能直骨水泥表面留下圆形痕迹。从开始计时到式样表面留下一个不超过3mm深的2.6.2可注射性的测试注射率是从注射器中挤出的CPC浆体质量占注射前注射中CPC浆体总质量的百分比。采用体积为10ml的注射器，先称量注射器，再将骨水泥混合后置于注射器中，再称量注射器和骨水泥总质量，2min后以恒定速率15mm/min挤出CPC浆体，待到注射不出时停止，称量剩下浆体和注射器的总质量。2.6.3X射线衍射分析和原子能谱分析X射线衍射(XRD)是固质体物结构分析的重要工具。将压碎的固化体粉末在研钵中研磨，干燥后，进行X射线衍射分析和原子能谱分析。2.6.4扫描电镜进行材料表面的形貌分析扫描电镜(SEM)主要是用来观察材料的形貌特征和表面特征。将材料的端面进行表面镀膜喷金处理后进行扫描电镜观察其表面形貌。CPC固化体的制备称量2g无定形磷酸四钙和2g二水磷酸氢钙置于研钵中，混合均匀。以固液比5:1的比例加入去离子水在研钵中混合均匀，得到糊状混合物，迅速填入不锈钢模具（内径6mm，高度15mm）中，用力压实，5min第三章结果与讨论分析表3-1钇羟基磷灰石(不同固化液）的凝结时间值。图3-1为氧化钇含量-凝结时间图，横坐标为氧化钇的质量百分含量，纵坐标为凝结时间值。其中T1、T2代表水为固化液时CPC的初、终凝结时间。T3、T4代表壳聚糖溶液为固化液时CPC的初、终凝结时间。图3-1氧化钇百分含量对凝结时间的影响从图3-1中可以看出，随着氧化钇含量的增加，凝结时间值T1、T2、T3、T4都总体是呈上升趋势的。分别用相同的水和壳聚糖溶液作固化液时，用水的凝结时间比用壳聚糖溶液的时间短，可能是因为当骨水泥中加入相同体积的固化液时，壳聚糖溶液比水粘稠，要使骨水泥粉末达到相同水化程度要比水加的少一些，壳聚糖溶液过量，所以才使磷酸钙骨水泥的凝结时间变长。当氧化钇含量>0.5%时，骨水泥的凝结时间没有明显的变化，同时磷酸钙骨水泥的凝结时间>45min，明显超出了临床可操作时间范围。可能是因为钇离子的加入抑制了磷酸钙骨水泥的水化反应，使得凝结时间变长。虽然本实验磷酸钙骨水泥的凝结时间超出了范围，但也可以更加方便的应用于临床医学。在应用时可以先配制出磷酸钙骨水泥粉末，用真空包装保存起来，可以随时取出应用。表3-1磷酸钙骨水泥凝结时间测定值样品（Y2O3质量百分含量）初凝（min）终凝（min）初凝（min）终凝（min）0%92415300.5%2770411001%2890451051.5%37100461102%3611050115分析表3-2与表3-3分别是磷酸钙骨水泥中加入水和壳聚糖溶液（固液比为0.2ml/g）配制的骨水泥浆体在室温下测定的注射率值。图3-2氧化钇质量百分含量-注射率图。1代表水为固化液时磷酸钙骨水泥的注射率，2代表壳聚糖溶液为固化液时磷酸钙骨水泥的注释率。从图3-2中可以看出2的注射率大于1的。当骨水泥中加入相同体积的固化液时，壳聚糖溶液比水粘稠，要使骨水泥粉末达到相同水化程度要比水加的少一些，壳聚糖溶液过量，使得加入壳聚糖溶液的骨水泥的注射性比水的大。从图3-2中还可以看出骨水泥浆体可注射性都有所提高，并随着氧化钇含量增大而增大。当Y2O3含量在1.5%时壳聚糖溶液的骨水泥浆体的可注射性明显大于水的骨水泥的可注射性。当Y2O3含量在2%时，骨水泥浆体的可注射性都有所降低，可能是因为Y2O3含量过大导致水化反应变慢，注射出去的大部分都是水。图3-2氧化钇含量对注射率的影响表3-2磷酸钙骨水泥的注射率（0.8ml去离子水）样品（Y2O3）m注射器/gm前/gm后/gmcpc/g注射率（%）00.5%1%1.5%2%表3-3磷酸钙骨水泥的注射率（0.8ml壳聚糖溶液）样品（Y2O3）m注射器/gm前/gm后/gmcpc/g注射率（%）00.5%1%1.5%2%3.3X射线衍射分析图3-3、图3-4是固相合成的羟基磷灰石与掺钇的羟基磷灰石对比的XRD图谱，同时也存在少量其它杂志的谱线。两图是干燥后的纯a-CPC、b-0.5%Y2O3的CPC、c-1%Y2O3的CPC、d-1%Y2O3的CPC、e-1.5%Y2O3的CPC粉末的X射线衍射图谱。a、b、c是水作为固化液时固化体的图谱，d、e是壳聚糖溶液为固化液时固化体的图谱。通过分析可以发现5种产物的图谱中的衍射峰都与羟基磷灰石的衍射峰相符的，说明通过上述方案制备的样品都为羟基磷灰石。图3-3与图3-4中的1代表羟基磷灰石，2代表磷酸氢钙。由两图可以看出骨水泥固化体中，HA的特征衍射峰具有较高强度而加入钇离子的特征衍射峰较弱，说明固化体粉末中HAP晶相占有很大的比例，同时还含有少量未反应的DCPA晶相，这证实ACP、DCPA、Y2O3系统确实具有水化和凝固，并逐渐向HA转变的特性，说明三种物质反应可以生成羟基磷灰石。图3-30%、0.5%、1%Y2O3固化体(固化液为水)的XRD图图3-40%、1%、1.5%Y2O3固化体（固化液为壳聚糖）的XRD图3.5扫描电镜分析图3-5、图3-6、图3-7、图3-8、CPC固化体的微结构是由固相体和空隙组成。孔隙主要有CO2伴生的气孔形成的大孔和浆体水化空间形成的毛细孔。在高放大倍数下CPC样品表现为无定形态，但在低放大倍数下观察，无定形物质是由针状或棒状结晶组成，针状晶是CPC的水化产物HA也是水化导致颗粒间相互粘结的主要原因。CPC主要由细小的针状晶和融合成棒状的棒状晶组成，在孔隙区域形成的针状晶体一般生长较快并且相互缠绕，呈放射状。从图3-5与图3-6相比较上看，晶粒之间的孔隙变大了，由紧密的结晶形态变成棒状或柱状的结晶；图3-5与图3-7相比较，结晶形态没有发生太大的变化，但晶粒之间的孔隙变小了；图3-5与3-8比较，结晶形态有紧密型变成了松散型，孔隙变大了。Constantz等[25]报道了一种CDHA型CPC固化体为多孔性结构，平均孔径为300A。Brown和Chow[26]采用扫描电镜观察HA型CPC固化后结构是由松针样小晶体结构，期间有相互连接的微孔，其体积占整个固化体体积的45%，平均孔径2-5nm。以上研究可以看出，在骨水泥中加入不同量的钇，改变了骨水泥的结晶形态，使晶粒之间的孔隙变大，经稀土钇改性后的骨水泥的水化产物的结构和形态具有优异的生物性能，微观上低结晶度的数百纳米的羟基磷灰石针状结晶和宏观无定形磷灰石区域的存在促进了骨水泥材料在生理系统中的可降解性，而骨水泥的多孔性能使细胞渗透并进入材料内以及物质扩散到基质内部和由基质内部扩散出来均较容易。我们通过扫描电子显微镜观察的CPC固化体的结构与形态是在微区中观察到的，没有代表性。图3-5含0%Y2O3骨水泥固化体不同放大倍数的SEM图图3-6含0.5%Y2O3骨水泥固化体不同放大倍数的SEM图图3-7含1%Y2O3固化体不同放大倍数的SEM图图3-8含1%Y2O3固化体不同放大倍数的SEM图（壳聚糖溶液）图3-9含0.5%Y2O3原子能谱图图3-9为含0.5%Y2O3羟基磷灰石的原子能谱图。从图中可以计算出钙/磷原子比为0.88，这明显小于正常的钙/磷比1.67。从图中还可以看出钠的含量比较高，本应该没有钠离子的或少到忽略不计，钠离子出现异常。这可能是因为在反应过程中有反应物没有反应完全或是沉淀没有清洗干净，杂质太多。从图7中还可以看出钇的含量为0，可能是因为钇的掺入量非常少，没有检测出来。表3-4为CPC固化体的密度值，表3-5为水和壳聚糖溶液作为固化液时羟基磷灰石的密度。图3-10是氧化钇百分含量-孔隙率图（p1代表水为固化液测得的孔隙率，p2代表壳聚糖溶液为固化液的孔隙率）。通过Ptotal=（dHA-dmeasured）/dHA公式和dHA=/cm-3来计算孔隙率，表3-5所示。从图中可以看出用水作为固化液比用壳聚糖溶液作固化液的孔隙率小，这就导致了羟基磷灰石的强度不同，水的比较大。从图中可以看出两条线都是先增大再减小再增大。在0.5%Y2O3百分含量时出现孔隙率的最大值，在1%Y2O3百分含量时出现孔隙率的最小值。总体上来说孔隙率是变大的，可能是应为钇离子的加入，直接导致了晶体之间的联系不在紧密，使得孔隙的增加。通过SEM图也可以看出，无氧化钇到0.5%时，孔隙率变大了，再到1%时，孔隙率又变小了，这正与图3-10相符，说明计算出的孔隙率比较准确。钇离子的加入使得孔隙增加，这使得磷酸钙骨水泥具有优异的生物相容性和生物活性，更有利于磷酸钙骨水泥的降解。图3-10Y2O3百分含量对孔隙率的影响图表3-4Y2O3百分含量对CPC固化体的密度的影响氧化钇百分含量dHAg/cm-3（水）dmeasuredg/cm-3（壳聚糖溶液）012表3-5Y2O3百分含量对孔隙率的影响氧化钇百分含量P%total(水)P%total(壳聚糖溶液)012第四章结论本文是利用硝酸钙、氯化镁、氧化钇、磷酸氢二钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、焦磷酸钠为原料先制得磷酸四钙（ACP）,再用制得的ACP与DCPA按质量比1:1混合得到CPC粉末。将制得的CPC粉末以固液比5:1比例加入去离子水，在空气中干燥后得到CPC粉末的固化体，即钇羟基磷灰石。对所得到产物进行分析。得到如下结论：1、随着Y2O3含量的增大，凝结时间逐渐增大；2、随着Y2O3含量的增大，可注射性变大；3、通过XRD分析，验证了利用自制含钇离子的磷酸四钙（TTCP）、二水磷酸氢钙（DCPD）可以生成羟基磷灰石；4、通过SEM分析，CPC水化产物为片状或针状HA相互交错呈连续分布的网状结构，这种结构有利于材料强度的提高。同时材料有孔隙存在；5、随着Y2O3含量的增大，孔隙率先变大再变小再变大；6、通过原子能谱分析得到了钙/磷原子比为，可能是原料中磷酸氢钙没有反应完全；出现了钠离子异常增多，可能是因为固化体中含有磷酸氢钠。综上所述：制备的CPC固化体（水为固化液）中氧化钇含量在0.5%时凝结时间最佳，初凝时间为27min、终凝时间为70min；用水为固化液的CPC粉末的可注射性为30%左右，用壳聚糖溶液为固化液的可注射性为40%左右。从衍射峰中可以看出，出现了异常的衍射峰，可能是在生成的羟基磷灰石中含有杂质磷酸氢钙和磷酸氢钠。孔隙率为40%左右，这些孔隙的存在使得固化体的密度减小但有利于液相的渗入，使水化反应充分进行，最终使得CPC固体粉末转化为HA。孔隙率大有利于CPC固化体的降解性能的提高。参考文献李兵.稀土元素发现史.金属世界，2006,26(1):48-49.肖燕.谈稀有金属及应用.金属世界，2006,28(2):45-48.张玉珍，诸爱珍.稀土在陶瓷材料中的应用.江苏陶瓷.2005,4,38(2):27-29.OwadaH,YamashitaK,UmegakiT,etal.Humidity-sensitivityofyttriumsubstitutedapatiteceramics.SolidStateIonics.1989,HongCY,LinSK,KOKSH,etal.HistologicreactionstonewlyDevelopedcalciumphosphatecementimplantedintheperiapicalandperiodontaltissues.JFormosMedAssoc.1990,89(4):297-304.YangL,TaoD,YangX,etal.Synthesis,Characterization,andAntibacterialActivitiesofSomeRareEarthMetalComplexesofPipemidicAcid.ChemicalandPharmaceuticalBulletin.2003,51(5):494-498KonM,MiyamotoY,AsaokaK,etal.Developmentofcalciumphosphatecementsforrapidcrystallizationtoapatite.DentMaterJ,1998.17:223-232.FukaseY,EanesED,TakagiS,etal.Settingreactionsandcompressivestrengthsofcalciumphosphatecements.JDentRes,(12):1852-1856.ConstantzBR,BarrBM,LsonIC,etal.Histological,chemical,andcrystallographicanalysisoffourcalciumphosphatecementsindifferentrabbitosseoussites.JBcomendMaterRes,1998,43(4):451-461.HigashiS,OhsumiT,OzumiK,etal.Evaluationofcytotoxicityofcalciumphosphatecementconsistingofalpha-tricalciumphosphateanddicalciumphosphatedihydrate.DentMaterJ,1998,17(3):186-194.CostantionPD,FriedmanCD,JonesK,etal.Experimentalhydroxyapatitecementcranioplasty.PlastReconstrSurg.1992,90(2):174-185.栗建林，张丽帼，刘建中，等.轻稀土对小鼠肺腺癌的抑制作用.中国稀土学报，1998,2(2):184-187.Oreffo,Driessens,Planell,etal.Growthanddifferentiationofhumanbonemarrowosteopro-genitorsonnovelcalciumphosphatecements.\o"GotoBiomaterialsonSciVerseScienceDirect"Biomaterials1998,19(20):1845-1854.CookSD.ThomasKAY.KayJF.Experimentalcoatingdefectsinhydroxyapatite-coatedimplant.OrthopaedicPractice.1998,3:249-262.DaiY,LiJ,HuA,etal. Effectsofrareearthcompoundsongrowthandapoptosisofleukemiccelljines.inVitroCellDevBiolAnim,2002,38(7):373-375.JiYJ,XiaoB,WangZH,etal.Thesuppressioneffectcelllines.BiomedEmvironSci,2000,13(4):287-292.YangL,TaoD,YangX,etal.Synthesis,characterization,andantibacterialactivitiesofsomerareEarthmetalcomplexesofpipemidicacid.ChemicalandPharmaceuticalBulletin.2003,51(5):494-498.ZhouJ,WangLF,WangJYetal.Synthesis,characterization,antioxidativeandantitumoractivitiesofsolidquercetinrareearth(=3\*ROMANIII)complexes.JInorgBiochem,2001,83(1):41-48.FrickerSP,Thetherapeuticapplicationoflanthanides.ChemSocRev,2006,35(6):524-533.张亚平,高家诚，谭继福等.激光熔覆生物陶瓷复合涂层.材料研究学报，1994,8(1):93-96.邱静、张杰魁、张敏等.氧化钇-羟基磷灰石骨修复材料的研究.生物医学工程学杂志，1998.15(1):26-27.张亚平，高家诚，文静等.钛基激光涂覆生物陶瓷涂层的生物相容性.中国生物医学工程学报，2002,21(3):242,245.Kawasaki.DNAencodingnovelcellsurfaceprotein.UnitedStatesPatent.1997,5:ZZyman,MTkaachenko,MEpple,etal.Magnesium-substitutedhydroxyapatiteceramic.Mat.-wissuWerkstofftech.2006，37(6)：474-477.ConstantzBR,IsonLC,FulmerMT,etal.Skeletalrepairsbyinsituformationofthemineralphaseofbone.Science,1995;267(5205):1796-1799.BrownWE,ChowLC.Settingreactionsandcompressivestrengthsofcalciumphosphatecements.Journalofdentalresearch.1990,69(12):1852-1856.张玉梅，付涛，徐可为，安宏.含镧羟基磷灰石的合成和性能研究.牙体牙髓牙周病学杂志.2000,5,10(3):149-151.NeshamR.Electroceramics.Rep.Prog.Phys.1989,52(2):12-56.ThomasJWsbster,CelaletdinErgun,RoberH.Doremus,RenaBizios.Hydroxyapatitewithsubstitutedmagnesium,zinc,cadmium,andyttriumⅡMechanismsofosteoblastadhesion.BiomedMaterRes.2002(59):311-317.高家诚，王勇.原位合成HA过程中Y2O3的作用机理.中国有色金属学报.2003,6,13(3):675-679.白石，莫安春等.钇/羟基磷灰石复合纳米晶体微粒的制备及性国口腔种植学杂志.2006,3,11(1):1-4.外文资料中文翻译含锶羟基磷灰石骨水泥的发展DagangGuo*，KeweiXu，XiaoyunZhao，YongHanStateKeyLaboratoryforMechanicalBehaviorofMaterials,Xi’anJiaotongUniversity,XianningWesternRoadNo.28,Xi’an,ShaanX:710049,ChinaReceived12August2004;accepted19October2004Availableonline10December2004摘要利用一种新的方法将磷酸四钙、磷酸氢钙、磷酸氢锶及稀磷酸混合可以制备出含锶磷酸钙骨水泥。实验研究了最终硬体体和每段水泥的串行提取物的细胞毒性，实验参数和基本属性包括pH值、凝结时间、抗压强度。结果表明，水泥产品在放置24h后没有检测到含缺钙的锶羟基磷灰石和其他的有害物质。当含锶的羟基磷灰石骨水泥按质量以1：1的固液比与液体混合时，它的PH值为7.0-7.6。他们比同比的粉末液的重量轻。当磷酸浓度稀释范围在0.5-1.0Mol/L时，水泥浆体的初凝时间为4-11分钟，终凝时间为10-17分钟。经过模拟体液（SBF）的浸泡后，不同摩尔比—Sr/(Sr+Ca)的硬化水泥的抗压强度在1到5天内不断增加，期间他们各自取得抗压强度的最大值，但会在接下来的2周内持续递减。尤其是CPC-1,当水泥复合体中的Sr/(Sr+Ca)的摩尔比为5%时,抗压强度在第5天达到最大值66.57MPa并在2个星期后达到最小值44.75MPa,这与人骨的抗压强度值较匹配，由于对含锶羟基磷灰石骨水泥提取物的细胞毒性检测为阳性，它可以应用于临床骨填充修复。eq\o\ac(○,C)2004爱思唯尔。版权所有。关键词：磷酸钙水泥;含锶羟基磷灰石骨水泥、生物相容性、细胞毒性1.简介磷酸钙骨水泥被广泛应用于人工骨，并且在牙科和骨科具有良好的生物相容性[1-3]以及骨传导性[4,5]。它可以成某种形状，很容易适应在微观层面的缺陷表面的轮廓。然而，利用CPC形成的新骨代替传统的骨还存在争议[4-6]，特别是当磷酸四钙主要成分有磷酸一氢钙和无水磷酸盐或磷酸二氢钙参与的情况下。在目前的工作开始时，已经有人注意到，有报告指出，锶离子可以替代钙离子在人类共享的生理途径中[7]，可以加入到结构骨中，特别是进入高代谢区域[8]。事实上，半世纪前就发现[9]了少量的锶对治疗骨质疏松有良好的作用，骨吸收和维持骨骼预防骨丢失的生成机理效果不佳，表现为低骨质量、骨折风险,并加强骨骼脆弱。Grynpasetal.[10]发现低剂量的锶治疗用在老鼠身上可以增加骨表皮的形成和大量的腰椎骨和显示对矿产轮廓，骨矿物化学或骨基质矿化无不良影响。Johaletal.[11]在水门汀中比较四种锶离子或锌离子并且发现该LG125组含有高摩尔分数的锶，适合植入成骨。它还表明替换部分该羟基磷灰石中锶离子可以改变材料的溶解率和生长动力。Christofferrsen和他的同事[12]发现羟基磷灰石中钙离子被锶离子替代在1-10%之间，随着磷灰石中锶离子的增加而溶解度增大。Chenetal.[13]还提出，还可以增加少量的锶加入到晶格畸变的羟基磷灰石中并增加其溶解度。有一份特别的报告[14]指出在羟基磷灰石中锶/(锶+钙)含5%摩尔分数的锶替代相同量的钙，它的力学性能不仅没有变差反而得以改善。例如，硬度值，甚至增加了92%。并且到目前为止，对于纯锶羟基磷灰石的合成似乎没有可行性的技术，并且新型磷酸钙骨水泥的基本性能尚未被探索。在本论文中，通过nSr-HAP合成一个新的含锶磷酸钙骨水泥并且在其最终的硬化体中没有检测到任何有害杂质。一起研究了材料的PH值、凝结时间等工艺参数和材料的抗压强度、毒性等基本性能。2.实验2.1材料制备目前含锶磷酸钙骨水泥（Sr-CPC）是由磷酸四钙（TTPC），磷酸氢钙(DCPA)和氢锶磷酸盐(DSPA)制备。磷酸四钙（TTPC）是由双环戊二烯，磷酸氢钙，水，碳酸钙（CaCO3）的混合物加热制备而成的。混合前钙磷物质量的比为2，在硅钼炉中加热到1500℃保温15小时。将所得到的样品，然后在干燥箱中冷却至室温。首先把磷酸四钙放入研钵磨碎，进一步在球磨机中以酒精为介质液体湿磨10小时，最后所得的磷酸四钙的平均粒度大小约为13μm。二水磷酸氢钙被用上面同一种方式，但研磨了30个小时的时间，使粉末变得更细平均粒径为1μm。第三组成是磷酸氢钙，磷酸氢锶，在PH=7的硝酸锶和磷酸氢铵的混合液中利用沉淀法合成。为了有效降低杂质把沉淀放入离心机中多次洗涤，然后在80℃干燥箱中至少干燥10小时。获得的磷酸四钙首先用研钵和研杵粉碎，无水磷酸氢钙以同样的方式进一步地研磨30小时。对通过上述方法制得的三种锶羟基磷酸钙骨水泥的结进行了研究。他们分别用CPC-0,CPC-1和CPC-2来表示与摩尔比为0%、5%和10%Sr/(Sr+Ca)相对应,如表1所示。制备锶羟基磷酸钙骨水泥混合物和稀磷酸中混合30s。然后放入不锈钢模具（直径6mm和高12mm）中MPa的压力压实。得到的样品在37℃、相对湿度100％环境中固化30min然后在模拟体液中浸泡，记录浸泡不同的时间。最后，在37℃环境中干燥30min，用细磨纸打磨光。最后对抛光尺寸直径6mm和高的水泥样品进行抗压强度测试。Table1CompositionofvariouscementsSamplecodeCPC-0CPC-1CPC-2CPC-3Sr/(Sr+Ca)0%5%10%0%CementpowderDCPA+TTCPDCPA+DSPA+TTCPDCPA+DSPA+TTCPDCPA+TTCPCementliquidH3PO4H3PO4H3PO40.9%NaC2.2凝结时间和抗压强度的测试根据国际标准9971对牙科各种磷酸盐骨水泥的凝结时间进行了测试。对每个样品进行6组平行试验，从中获得的平均凝结时间。骨水泥