组织工程用磷酸钙骨水泥多孔材料的研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要组织工程学是利用降解材料做成三维支架，使生物体的细胞在表面繁殖增长，形成或长出新的组织或器官，是一种全新的治疗骨缺损的模式，也是目前医学研究的热点问题之一。磷酸钙骨水泥(CPC)是一种新型的自固型生物活性骨水泥，具有良好的生物相容性、骨传导性、可降解性、可塑性，而且反应产生的热量少，是理想的骨替换及修复材料。但是磷酸钙骨水泥作为骨组织工程应用的支架材料强度不足，而且孔隙率越高，孔径越大，强度越低，严重限制了该类材料的应用。针对这一现状，开展骨水泥多孔支架材料的研究，具有重要的现实意义。本文首先采用固相

2、烧结法制备出单斜相磷酸钙粉体，通过对烧结温度和保温时间的对比实验，优化了a．磷酸三钙粉体的制备工艺，使获得的产物纯度高，而且性能稳定。延长原料的球磨混料时间并采用高导热金属作为传热介质，得到了斜方相磷酸钙粉体，并理论分析了产物相的形成过程。力学性能研究发现，其压缩强度为26．71MPa，弯曲强度为15．16MPa，明显优于单斜相磷酸钙粉体。将骨水泥粉体与明胶颗粒充分混合，利用明胶的水溶性去除明胶制备多孔材料。研究了明胶颗粒粒径和含量对于材料力学性能、凝结时间和气孔率的影响以及在材料制备过程中液固比对于材料力学性能和气孔率的影

3、响，并研究了促凝剂NatHP04对于材料水化性能的影响。研究发现：随着明胶加入量的增加，力学性能逐渐降低，凝结时间延长，气孔率上升；随着液固比的增大，气孔率逐渐增大，力学性能随之降低；促凝剂的加入使凝结时间大幅缩短。加入明胶后骨水泥水化产物无明显区别，其水化产物主晶相为羟基磷灰石(HA)。采用SEM观察水化产物的断口形貌，发现基体结构较为疏松，晶粒较为粗短，晶体间相互交叉缠接结合紧密形成网状结构，有利于力学性能的提高。分析研究了明胶的成孔机制，并建立了明胶对于HA生长作用模型。水化反应初期明胶溶胀，养护24h后置于超声设备中

4、4h，残存的明胶微球因结合力减弱而变成较小的明胶质分子溶解于水中，保留了明胶颗粒占据的空间从而形成大孔。采用高温熔体x射线衍射仪研究加入液相后浆体的物相变化，发现水化反应初期反应缓慢，120min时反应速度加快，一段时间后反应速度再度降低，反应趋于稳定。对不同养护时间的水化产物进行XRD测试以观察其物相变化，研山东大学硕士学位论文究发现随着养护时间的延长，除无水化性能的13-TCP特征峰无明显变化外，aH-TCP渐渐减少，而HA不断生成。水化24h后试样中O．H—TCP基本水化完全。初步分析了CPC粉体的水化机理认为aH-T

5、CP水化过程是一个溶解沉淀过程，当aH-TCP与水接触时，CPC离子溶于水，与水作用形成水化产物。关键词：磷酸钙骨水泥；明胶；多孔材料；微观结构注：本文得到国家自然科学基金(50672051，30540061)和国家863计划(2003AA302232)资助。Ⅱ山东大学硕士学位论文ABSTRACTTissueengineeringisanewmethodofrepairingdefectsofbone，andoneoffocusofresearchinmedicine．Thepurposefortissueenga‘neer

6、ingisthatthecellsCallpropagateonthesurfaceofscaffoldsmadeupwithdegradablematerials，andthennewtissuesgrowout．Calciumphosphatecementisanewtypeofself-settingcement．nisperfectmaterialforbonesubstitutionandrepair,whichshowsexcellentbiocompatibility,oseonduetibility,biod

7、egradability,plasticityandlessreactionthermal．Butitsmechanicalpropertyisnotenoughwhenitisusedasscaffolds．Thehighertheporosityis，thebiggertheporesareandthelowerthestrengthis．Becauseofallofabovethematerialcannotbeusedwidely．AsaresulttheresearchOnca!eiumphosphateused勰

8、scaffoldsisofimportance．Wepreparedmonoclin／cpowderbysintefingathightemperature．Aseriesofexperimentsupondifferentsinteringtemperatureandholdingtim