α-磷酸三钙/羟基磷灰石骨水泥材料的制备及力学性能测定

目的:利用α-磷酸三钙和羟基磷灰石复合,制备出具有一定强度的生物活性骨水泥。方法:实验于2003-09/2005-01在兰州交通大学材料系实验室完成。首先利用化学沉淀法合成羟基磷灰石粉末,然后利用固相反应制备α-磷酸三钙粉末,将其二者按一定比例混合均匀制得骨水泥粉料,最后用固化液(25%柠檬酸 70%去离子水 5%柠檬酸钾)调和制得骨水泥。结果:①沉淀法制备羟基磷灰石粉末中主要是羟基磷灰石相,含量高达99.5%,所有杂质相含量低于0.5%。②α-磷酸三钙粉末与羟基磷灰石粉末按不同配比混合后粉剂中仅存在两个晶相:羟基磷灰石/高温型磷酸三钙。③两相骨水泥的压缩强度已基本达到规定要求(≥30MPa),但弯曲强度仍较低。其中T50H50强度较高。④固化体在37℃生理盐水中浸渍2个月后,α-磷酸三钙含量明显减少,羟基磷灰石晶相大量增加,无新的结晶相生成。结论:制备的骨水泥克服了陶瓷型羟基磷灰石烧结形成、修整困难等缺点,具有制备容易、使用方便、固化时放热小等优点,可应用于体内骨修复材料。     

固化液中添加壳聚糖和明胶的磷酸盐骨水泥材料性能测试

背景：骨水泥如果固化时间太快，黏度降低，应用时可能会使塑型困难。 目的：检测在柠檬酸中添加壳聚糖、明胶配制的固化液与α-磷酸三钙和羟基磷灰石复合的粉剂调和制备骨水泥试样的性能。 设计、时间及地点：开放性实验，于2005—03／2006—08在兰州交通大学材料系实验室完成。 材料：将α-磷酸三钙粉末与羟基磷灰石粉末混合均匀制得骨水泥粉料，壳聚糖和明胶按不同比例与柠檬酸溶液混合配制的固化液，然后二者调和制得骨水泥。 方法：净浆稠度及凝结时间测定仪测定骨水泥的凝固时间，MTS-810型材料试验机测试各种配比骨水泥的压缩强度，扫描电镜观察固化体经37℃生理盐水浸渍2个月后的微观结构。 主要观察指标：骨水泥的凝固时间及压缩强度，骨水泥水化反应的pH值及其微观结构。 结果：调和液中添加的壳聚糖和明胶，使其黏度明显增加，固化时间延长，试样抗水冲性能提高，样品塑型容易操作，但试样抗压强度有所降低。骨水泥水化反应的pH值随着水化反应的进行逐渐上升，24h时接近生理盐水的pH值。壳聚糖-明胶含量不同可以得到不同机械强度的α-磷酸三钙，羟基磷灰石两相骨水泥，骨水泥试样24h基本达到最大强度，在48h后强度几乎不再变化。 结论：固化液中添加壳聚糖、明胶制备的α-磷酸三钙，羟基磷灰石两相骨水泥克服了陶瓷型羟基磷灰石烧结形成、修整困难等缺点，具有塑型容易、使用方便、固化时放热小等优点。     

柠檬酸添加壳聚糖及明胶固化液与α-磷酸三钙和羟基磷灰石复合制备骨水泥的黏度及形状特点

目的：利用在柠檬酸中添加壳聚糖、明胶配制的固化液与α-磷酸三钙和羟基磷灰石复合的粉剂调和制备骨水泥试样,观察其黏度和形状. 方法：实验于2005-03/2006-08在兰州交通大学材料系实验室完成.①实验方法：骨水泥固相粉末是α-磷酸三钙和羟基磷灰石混合均匀制得的骨水泥粉料,液相部分是将壳聚糖和明胶按体积分数为0.03,0.06,0.09,0.12,0.15与柠檬酸溶液混合配制的固化液,将二者调和制得骨水泥.②实验评估：采用X射线衍射仪测试试样晶型及组成;测定骨水泥凝固时间;通过MTS-810型材料试验机测试骨水泥压缩强度;扫描电镜观察固化体微观结构;将骨水泥样本置于37℃生理盐水中,并在1,3,5,7,9,12,24 h测试生理盐水的pH值. 结果：①骨水泥组成：X射线衍射仪显示粉剂中仅存在两个晶相：羟基磷灰石/高温型磷酸三钙.②骨水泥凝固时间：调和液的黏度明显增加,试样调拌时像口香糖一样黏性很大,固化时间延长,抗水冲性能提高,样品塑型容易操作.在（2.0±0.2）min时出现初凝,骨水泥的黏性逐渐减退,在（8.0±0.2）min时骨水泥完全固化,骨水泥固化时间有所延长.③骨水泥压缩强度：固化液中壳聚糖-明胶体积分数为0.09时压缩强度较高（26.0±3.2）MPa;骨水泥于浸泡6 h的强度已达其最大强度的85%以上,24 h基本达到最大强度,在48 h后强度几乎不再变化.④固化体微观结构：完全固化后,形成棒状结晶和花朵状的结晶,晶体很小,在低倍镜下观察,似无定形物质.固化后形成的磷酸钙结晶在形态学上与自然骨非常相似.⑤生理盐水的pH值：pH值随着水化反应的进行逐渐上升,浸泡12 h时上升为6.89±0.02,浸泡24 h时pH值达到7.02±0.02,接近生理盐水的pH值. 结论：制备的骨水泥克服了陶瓷型羟基磷灰石烧结形成、修整困难等缺点,具有塑型容易、使用方便、固化时放热小等优点,可应用于体内骨修复材料.     

聚磷酸钙纤维增强α-磷酸三钙/纳米羟基磷灰石骨水泥复合材料的力学性能

背景:利用纤维增强磷酸钙骨水泥的机制很早就被人们认识和利用.由于非吸收性纤维存在生物相容性低及应力遮挡等问题,近期的研究热点主要是可降解吸收的生物活性纤维对磷酸钙骨水泥性能的影响.目的:制备聚磷酸钙/(α-磷酸三钙,纳米羟基磷灰石)骨水泥复合材料,观察聚磷酸钙对磷酸钙骨水泥力学性能的增强效果.方法:利用固相反应法和湿法反应法分别制得α-磷酸三钙和纳米羟基磷灰石粉末,再将2种粉末按不同比例混合进行高温处理,然后将其与不同质量比、不同长度的聚磷酸钙纤维复合制成骨水泥试样.对试样进行凝固时间、力学性能测试,利用扫描电镜观察试样微观结构.结果与结论:聚磷酸钙长度为3 mm、含量为10%时,抗压强度为66.43 MPa,抗弯强度为13.86 MPa.扫描电镜显示聚磷酸钙在磷酸钙骨水泥基体中分布均匀,结合性能好.在Ringer's溶液中浸泡3个月,纤维仍具有一定的增强效果.提示聚磷酸钙纤维对α-磷酸三钙,纳米羟基磷灰石骨水泥有一定的增强作用,聚磷酸钙/(α-磷酸三钙/纳米羟基磷灰石)骨水泥复合材料具有良好的力学性能.     

聚磷酸钙纤维增强增韧磷酸钙骨水泥的力学效应

目的:制备α-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维复合材料,探讨聚磷酸钙纤维增强磷酸钙骨水泥的可行性.方法:首先利用沉淀法合成出α-磷酸三钙粉末,然后将其与不同质量比、不同长度聚磷酸钙纤维混合,最后用固化液调和制得骨水泥.对样品进行凝固时间、力学性能测试,利用扫描电镜观察固化体微观结构.结果:当聚磷酸钙纤维的含量为10%、长度为2 mm时,复合材料抗压强度达到62.5 MPa,抗折强度达到12.4 MPa.扫描电镜显示适量的聚磷酸钙纤维在骨水泥基体中分布均匀,与基体结合性好.在Ringer溶液中浸泡2个月后,纤维未发生明显的降解作用,仍具有一定的增强增韧效果.结论:聚磷酸钙纤维在一定程度上可对骨水泥起到增强作用.α-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维复合材料具有良好的力学特性.     

透钙磷石骨水泥制备及其载药性能

背景:与其他磷酸钙类骨水泥相比,透钙磷石骨水泥在生物体内具有更好的生物降解能力,能被生物体较快吸收,但其在生物体内的机械性能会有所下降,同时其固化时间过快,可注射性较差。目的:以β-磷酸三钙为主体骨水泥粉末,搭配合适的骨水泥固化液,制备新型透钙磷石骨水泥,改善其固化性能,同时观察其载药性能。方法:以碳酸钙和磷酸氢钙为原料制备β-磷酸三钙粉末;将柠檬酸、磷酸化壳聚糖、明胶、羟丙基甲基纤维素与水混合溶解,制备骨水泥固化液,将β-磷酸三钙、一水合磷酸二氢钙的混合粉末与固化液混合制备透钙磷石骨水泥。考察透钙磷石骨水泥的微观形貌、组成成分、粒径大小及分布、固化时间、抗压强度及释药性能。结果与结论:β-磷酸三钙为微、纳米共混体系,微米级颗粒直径为(2.24±0.38)μm,纳米级颗粒直径为(334.95±151.62)nm;透钙磷石为片状结晶,堆积较为紧密。制备的骨水泥粉末主要成分为透钙磷石,同时还存有部分未反应的β-磷酸三钙。透钙磷石骨水泥的固化时间为(6.20±1.30)min,抗压强度为(22.90±3.13)MPa。药物释放实验证明透钙磷石骨水泥具有一定的缓释能力。     

双相钙磷生物陶瓷 / 硫酸钙骨水泥多孔三维支架的生物性能简

背景：随着组织工程技术的发展,多孔生物陶瓷被越来越多的运用到骨缺损的修复中,当前的研究主要集中在这种生物陶瓷的合成及其各项性能的评价。 目的：研究一种新型骨水泥的制备方法并测定其理化性能及与成骨细胞的生物相容性。 方法：共沉淀法制备双相钙磷生物陶瓷粉体,利用胶体团聚成颗粒,烧结后得到颗粒状、多孔羟基磷灰石/磷酸三钙生物陶瓷,并按不同比例与高纯度医用半水硫酸钙混合制备钙磷陶瓷/硫酸钙骨水泥。 结果与结论：X 射线衍射证实合成物质为双相钙磷陶瓷,颗粒状双相钙磷陶瓷具有多孔网状结构,骨水泥在3 min内保持可塑状态,固化时间为15 min,固化温度为36.5℃,压缩强度最高为5.82 MPa,MTT毒性级为0级,成骨细胞在材料表面生长良好。     

原位固化形成多孔碳酸化羟基磷灰石代骨材料的特征

目的：碳酸化羟基磷灰石骨水泥（carbonated hydroxyapatite cement,CHC）能原位固化形成骨矿物相材料，是一种新型的无机代骨材料，但因缺乏自然骨的孔隙结构，降解、成骨速度非常缓慢。为此研究发泡成孔的方法，制备能原位固化形成多孔结构的CHC，以加快其降解速度，提高成骨能力。方法：实验于1997-01／2000-11由解放军总医院和中国科学院化学研究所共同完成。合成CHC，调整配方，添加成孔剂，制备能原位固化形成多孔结构的碳酸化羟基磷灰石代骨材料．并完成组织相容性、理化特性、力学强度以及内部结构等相关检测。结果：通过改变CHC的组分，添加成孔剂，可以成功的制备原位固化形成多孔结构的CHC。量化材料的组配成分．可调控其孔隙率和孔结构。系列检测结果表明，该材料固化产物为碳酸化羟基磷灰石．与人骨矿物相类似；材料的孔隙率为36％，孔之间互相贯通；固化时间为13～15min．能满足临床应用；抗压强度为(5．6&;#177;2.2)MPa，与骨松质强度相当；细胞毒性检测，组织相容性良好。结论：多孔CHC可塑形性强，适合填充任何不规则形状的骨缺损，可用于非负重部位的骨缺损修复。     

碳酸化羟基磷灰石水泥修复骨缺损特征性效果的验证性实验

背景：碳酸化羟基磷灰石骨水泥是一种新型的骨修复材料，已应用在骨缺损临床治疗中。目的：通过动物实验观察碳酸化羟基磷灰石水泥修复骨缺损效果的特征。设计：配对设计、自身对照、验证性实验。单位：解放军骨科研究所和动物实验中心。对象：实验于2002-05／2003-01在解放军骨科研究所和动物实验中心完成。健康成年雄性杂种犬10只，体质量20～22kg。方法：10只杂种犬肱骨近端制作骨缺损动物模型，随机选择实验侧和对照侧。分别采用碳酸化羟基磷灰石水泥和高温烧结羟基磷灰石陶瓷修复骨缺损。分别于术后5d，4，8，12和16周处死动物，通过X射线和组织学观察其修复效果。主要观察指标：①两侧骨缺损处实体显微镜观察结果。②两侧骨缺损处X射线观察结果。③部分脱钙切片苏木精-伊红染色观察结果。④磨片Gimsa染色观察结果。结果：纳入犬lO只，均进入结果分析。①两侧骨缺损处实体显微镜观察及X射线观察结果：实验侧碳酸化羟基磷灰石水泥界面结合紧密，随植入时间延长界面逐渐模糊。对照侧羟基磷灰石始终与骨界面清晰。②部分脱钙切片苏木精-伊红染色及磨片Gimsa染色观察：实验侧8周时新骨长入碳酸化羟基磷灰石水泥，16周时二者互相交错整合成为一体，并且在碳酸化羟基磷灰石水泥中出现围绕新生血管形成的骨岛。对照侧羟基磷灰石始终保持完整，与骨界面清晰，在16周时羟基磷灰石表面有新生骨沉积。结论：碳酸化羟基磷灰石水泥具有原位固化性能和生物相容性及骨传导活性，是一种较为理想的新型骨缺损修复材料。     

用磁控溅射技术制备钛合金表面羟基磷灰石生物涂层

背景：射频磁控溅射是在陶瓷（金属）基体上制备金属（陶瓷）涂层的成熟技术，具有基体温升低、沉积速度快、涂层成分均匀、性能稳定、结合强度高等优点。 目的：探讨磁控溅射法制备的羟基磷灰石生物涂层组织结构以及涂层与基体的界面结合性能。 设计：单一样本观察。 单位：江苏大学材料科学与工程学院。 材料：试样基体为30mm&;#215;30mm&;#215;3mm Ti-6A1．4V板材；JGP500超高真空多靶磁控溅射仪。 方法：实验于2003-12／2004—09在江苏大学材料试验中心完成。利用射频磁控溅射技术在Ti-6Al-4V基体表面制备羟基磷灰石生物涂层，利用扫描电镜观察生物涂层表面形貌和断面形貌，利用X射线衍射仪分析涂层的相结构，利用能量分散谱仪分析涂层的Ca／P比，采用环氧树脂E-7对接法测定涂层与基体的界面结合强度。 主要观察指标：①羟基磷灰石生物涂层微观形貌。②羟基磷灰石生物涂层组成及后处理影响。③羟基磷灰石生物涂层与基体的界面结合状态及结合强度。 结果：①羟基磷灰石生物涂层表面扫描电镜观察，涂层表面较为粗糙，呈凹凸不平状，呈现出较多的孔隙和网状结构，其孔隙面积约占30％-40％。②溅射羟基磷灰石生物涂层的Ca／P比为1．7。后处理生物涂层主要成分为晶化程度高的羟基磷灰石，不存在其他钙磷杂质相。③羟基磷灰石涂层与基体的界面结合强度为51．2MPa。 结论：射频磁控溅射技术制备的羟基磷灰石生物涂层，表面形貌良好，涂层与基体的界面结合强度较高。