磷酸钙骨水泥复合材料.ppt

磷酸钙骨水泥复合材料 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.磷酸钙骨水泥的改性要素 力学强度 生物相容性 孔隙率 … 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 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300-500μm的自体颗粒骨。 2.2 CPC生物相容性改性 实验方法 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4，8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 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 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) A 6 292.417±17.455 83.576 ±15.356 B 6 344.145 ±32.562 174.071 ±28.570 C 6 387.540 ±38.863 216.407 ±40.321 D 6 301.745 ±28.330 135.644 ±22.414 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% 0 29 40 抗压强度/MPa 37 2.9 0.4 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 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 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 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，骨水泥基体的孔隙径向大小约为100-200μm，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