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新型磷酸钙骨水泥的制备和性能研究

陈亦平  
【摘要】:作为骨修复生物材料,磷酸钙骨水泥具有良好的生物相容性、固化能力, 对骨缺损表面的形状适应性和与成骨活性相协调的降解活性等优越的性能, 可适用于众多的临床应用。 本文系统地研究了由α-TCP 作为固体主体,由磷酸氢二钠和柠檬酸两 种溶液作为调和液主体的两个体系的骨水泥。在磷酸氢二钠体系骨水泥中, 重点分析了 CPC 固化过程中涉及的物理化学变化,浆体微观结构的变化及 其机理。研究表明:CPC 水化反应的化学过程主要有α-TCP 的溶解和沉淀 控制,CPC 的固化时间与α-TCP 的溶解和无定型磷酸钙凝胶的形成速度有 关;α-TCP 反应最终形成 HA,转化率提高能够增加试样的抗压强度。HA 的生长过程前期主要受表面化学和生长空间控制,后期转化受扩散控制。 在柠檬酸体系骨水泥中,重点分析了液固比、原料颗粒大小、添加剂等 制备条件对CPC体系的固化时间和抗压强度的影响规律,讨论了浆体微观结 构的变化与力学性能的关系,为适于临床的高性能可注射性CPC的制备提供 了理论依据和必要的制备工艺条件。研究表明:柠檬酸的羧酸基团与α-TCP 发生酸碱反应,形成的柠檬酸钙盐包裹α-TCP颗粒的结构。改变制备工艺 条件可以控制浆体的微结构,从而提高固化体的抗压强度,得到适宜的固化 时间。减小α-TCP颗粒粒径和适当减少调和液用量可以缩短固化时间,同 时有利于提高抗压强度,特别是粒径减小可以加速水化反应,减少保持CPC 可注射性所需的调和液。柠檬酸在可注射性骨水泥制备中扮演减水剂的角 色,但是过量柠檬酸能抑制α-TCP的溶解和磷灰石结晶的成核与生长。添 加ZrO2超细粉可以缩短固化时间,更为重要的是ZrO2颗粒表面形成的Zr-OH 具有促进磷灰石成核的作用。 从仿生角度出发,本文研究了添加明胶和壳聚糖对两种体系骨水泥的影 响,结果表明两个体系的固化时间延长,抗压强度降低,但是微观分析表明 这两种生物活性聚合物的加入有利于磷灰石微晶的生长。 为了避免 CPC 水化过程中 pH 值变化对人体的不良影响,着重研究了两 个体系骨水泥的 pH 值变化情况,结果表明 24h 后两个体系 CPC 的 pH 值接 近生理环境(6.8-7.2),适于临床应用。


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