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1、磷酸钙骨水泥复合材料 1 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 1 磷酸钙骨水泥简介 2 2 磷酸钙骨水泥的改性要素 力学强度 生物相容性 孔隙率 3 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
2、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 1 CPC力学强度改 性 4 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300 500 m的自体颗粒骨 2 2 CPC生物相容性改 性 实验方法 5 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
3、8周分别行大体 X线片和组织学观 察 8周时进行力学测试 实验过程 6 实验动物x线片观察 A组 术后4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
4、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 7 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 实验结果 组别前臂数最大抗压载荷 N 最大抗弯载荷 N A6292 417 17 45583 576 15 356 B6344 145 32 562174 071 28 570 C6387 540 38 863216 407 40 321 D6301 745 28 330135 644 2
5、2 414 8 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 2 3 CPC孔隙率改性 CPC 大孔率 02940 抗压强度 MPa372 90 4 9 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 10 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
6、 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 实验过程 11 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 12 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
7、骨水泥基体的孔隙径向大小约为100 200 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 实验结果 13 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 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 14 谢谢 15 16
