层状结构磷酸钙骨水泥组织工程支架材料的制备与表征

磷酸钙骨水泥是一种新型骨移植替代材料。本文从磷酸钙骨水泥的生物特性、组织工程骨的应用、细胞相容性和生物安全性等方面进行系统的综述,并指出了磷酸钙骨水泥材料研究所面临的问题以及未来的研究方向。

采用粒子溶出造孔法,用棒状谷氨酸钠晶体作为造孔粒子,制备磷酸钙骨水泥多孔支架,研究了造孔粒子含量和多孔支架孔隙率之间的关系,并加入甲壳素纤维来改善支架材料的力学性能.结果表明,支架材料的孔隙率可达(79.8±2.3)%,孔隙直径100～600μm;复合纤维后支架的强度提高了3～4倍,断裂应变显著提高,可作为非承重部位骨缺损修复的骨组织工程支架材料.

，高长有，封麟先，沈家骢 （浙江大学高分子系，杭州!"##$%） 摘要：综述了生物活性因子固定化的聚乳酸&聚氨基酸衍生物共聚物和通过亲&疏水性设计的众多聚 乳酸&聚氧化乙烯（’()&’*+）共聚物的研究进展。展现了其在组织工程材料，药物控释体系和其他生物医 用材料中的广泛应用前景。 关键词：聚乳酸及其共聚物；生物相容性；组织工程；药物控制释放 中图分类号：+,!文献标识码：)文章编号："##-&.!/%（$##"）#0&#0--&#/ 由于在修复，重组和再造动物组织上的巨大应用前景，组织工程的研究已成为现代生物医用工程技 术中最为活跃的研究之一。分子生物学、细胞生物学、材料科学，特别是高分子科学的发展，为采用聚合 物骨架材料和细胞杂化系统在体外或体内诱导活细胞的生长分化，构建动物组织提供了十分有效的途 径

vol133no110 #70# 化工新型材料 newchemicalmaterials 第33卷第10期 2005年10月 基金项目:河南省科技攻关项目(0424270068) 作者简介:李文斌(1981-),男,硕士研究生,主要从事高分子生物材料研究。 聚乳酸类组织工程支架材料的设计 李文斌娄帅刘晓霞张普玉 (河南大学化学化工学院,开封475001) 摘要聚乳酸无毒、易加工、可生物降解、生物相容性好,是目前医学界作为组织工程支架最有 开发和应用潜力一类材料。从材料的制备、支架的加工、生物学评价三方面出发,结合本课题组的研 究,论述了聚乳酸类支架的设计,并对今后的研究做了进一步展望。 关键词聚乳酸,可控降解,生物相容性,支架材料 designofpoly(lacti

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2mm时,复合材料抗压强度达到62.5mpa,抗折强度达到12.4mpa。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。

以碳纤维(cf)作为增强材料,将cf有序排列于聚乳酸羟基乙酸(plga)多孔结构中,制备性能优良的cf/plga复合支架,并对其力学性能及细胞生物学性能进行表征。对增强体cf进行有序排列以提高支架的力学性能,扫描电子显微镜(sem)观察cf/plga复合支架的微观形貌,可以看出cf在聚合物基体内部是呈有序结构并且二者结合情况良好。为了提高cf的生物相容性,利用对氨基苯甲酸对cf进行表面修饰,细胞生长在支架上的sem照片反映了成纤维细胞对plga及cf/plga复合支架的黏附性能良好;通过细胞毒性测试,发现表面修饰的cf对细胞的生长没有负面作用,且在一定程度上促进了细胞的生长。研究结果表明,制备的cf/plga支架具有良好的力学性能和生物相容性,在骨组织工程支架的应用中具有一定的潜力。

磷酸钙骨水泥(calciumphosphatecement,cpc)是一种常用的骨修复材料,并已应用于临床。但是,由于cpc自身的脆性较大和抗压强度不足,一般只能用于非负重区骨的修复。本文采用喷雾干燥法制备的生物可降解性聚乳酸纳米纤维来增强cpc,并对增强后的cpc的结构和性能进行了表征。结果表明,加入聚乳酸纳米纤维后,cpc的初凝时间缩短;固化后cpc的主晶相为羟基磷灰石;随着聚乳酸纳米纤维质量分数从0%增加到15%,cpc的平均湿态抗压强度从4.13±0.05mpa增加到8.71±0.10mpa,湿态断裂韧性提高了约70%;当聚乳酸纳米纤维质量分数达20%时,抗压强度和断裂韧性都随之降低。断口分析和裂纹扩展实验结果表明,沿纤维能量耗散过程和纤维的桥联作用可能是性能增强的主要原因。

磷酸钙骨水泥(calciumphosphatecement,cpc)作为骨修复材料已广泛用于临床,而硅元素作为生物活性离子,有良好的成骨活性和改善骨水泥理化性能的潜力,因此近年来通过各种方式将硅元素引入磷酸钙类骨水泥的研究逐渐成为热点。本文就含硅磷酸钙类骨水泥的研究进展作一综述。

磷酸镁骨水泥论文：可注射镁基磷酸钙水泥的研究 【中文摘要】不规则的骨损伤、不稳定骨折、因骨质疏松而引发 的骨折修复与重建一直都是现代骨科学领域的难题。本论文针对目前 钙磷类无机骨水泥在体内抗溃散性差、不具备粘结性能等关键科学问 题,以微创或无创体内固定不规则的骨损伤、促进新骨再生为切入点, 设计并制备了一种适于硬组织粘结修复,可降解、可注射,抗溃散、粘 结性好的镁基钙磷生物水泥,并探讨了其胶凝性、可注射性、粘结性、 抗溃散性、体外降解性等性能。在本实验研究中,首先根据前期研究 确定了可注射镁基磷酸钙水泥(injectablemagnesium-calcium phosphatecements,impc)的主要成分为磷酸钾盐、氧化镁及磷酸钙 胶凝材料,缓凝剂为分子量小、易溶于水、缓凝效果好的单糖——葡 萄糖。通过探讨镁基磷酸钙水泥中的钙镁比、缓凝剂掺量及液固

学号：21126032 多孔聚乳酸作为组织工程支架材料的研究与进展 浙江大学材料科学与工程系 结课论文 姓名：万军 2013年4月4日 多孔聚乳酸作为组织工程支架材料的研究与进展 1.引言 单个的乳酸分子中有一个羟基（-oh）和一个羧基（-cooh），当多个乳酸 分子在一起时，一个乳酸分子的-oh与另一个乳酸分子的-cooh脱水缩合，其 -cooh再与别的分子的-oh脱水缩合，就这样形成了聚合物，称为聚乳酸（pla）， 也称为聚丙交酯。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分 而且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然 界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。 聚乳酸具有优异的生物相容性和生物可降解性，以及良好的抗拉强度及延展 度。聚乳酸薄膜具有良好的透气性、透氧性及透二氧化碳性，它也具有隔离气味 的特

目的进行β-磷酸三钙/聚乳酸叠层复合支架的应用评价.方法在体外37℃生理盐水中降解过程中,观察该材料的重量、力学强度、聚乳酸分子量、材料周围环境的ph值、ca2+浓度等参数随时间的变化情况,以及将该支架材料和骨髓基质细胞复合后,植入中国青山羊胫骨段缺损处进行修复实验.结果对修复效果进行了观察,发现其成骨能力较强.结论此种材料在骨组织工程领域有一定应用前景.

选用α-磷酸三钙(tricalciumphosphate,tcp)系磷酸钙骨水泥(calciumphosphatebasedcements,cpc)和明胶微球(gelatinmicrospheres,gms)复合体系,制备了仿生cpc/gms多孔支架。比较了戊二醛交联对gms溶胀度的影响,并考察了支架在模拟体液中降解引起的抗压强度变化。用扫描电镜、x射线衍射分析了支架不同降解时期的表面形貌和晶相组成。结果表明:gms降解后可获得水化产物羟基磷灰石,具有贯通性通孔,孔径范围在100～500μm之间的多孔骨水泥支架;明胶的加入对骨水泥水化过程有促进作用;随gms加入量的增加,支架的孔隙率从37%增大到84%,其相应抗压强度由28.7mpa逐渐降到2.5mpa。

采用在磷酸钙骨水泥(cpc)中掺入丝素纤维(sff)来强化cpc。用x射线衍射(xrd)、红外光谱(ft-ir)研究材料的结构,用iso水泥标准维卡仪测定cpc的凝固时间,用扫描电镜(sem)观察材料的表面形态,在instron上测定样品的力学性能。结果表明,cpc中的磷酸三钙和磷酸氢钙在固化过程中基本上转化为羟基磷灰石,sff的加入加快了磷酸氢钙的转化。cpc的凝固时间随着掺入sff含量的增加而缩短;弯曲强度和弯曲断裂功均随着sff含量的增加而增加,尤其弯曲断裂功增加显著,但当sff含量大于1.5%,两者均随着sff含量的增加而所下降,但均比纯cpc的高;在cpc中加入1.5%的sff,压缩强度和压缩断裂功均明显比纯cpc的高。

在磷酸钙骨水泥(cpc)中加入不同性状丝素蛋白可改善其力学性能,为此,用x射线衍射、红外光谱研究材料的结构,用扫描电子显微镜观察材料的表面形态,用排液法测定材料的孔隙率,用通用力学试验机测定样品的力学性能。结果表明:在cpc中加入不同性状丝素蛋白的固化反应产物与纯cpc相似,均出现了羟基磷灰石(ha);不同性状丝素蛋白均能明显提高cpc的弯曲强度;丝素蛋白性状对cpc的弯曲断裂功影响明显;含有丝素纤维的弯曲断裂功增加明显,是纯cpc的7～21.8倍;加入丝素蛋白对材料的结构无明显影响,但材料的孔隙率有所下降。

为深入研究磷酸钙骨水泥(cpc)/聚乳酸-聚羟基乙酸(plga)生物复合材料的制备工艺及性能,也为临床应用提供理论依据,实验制备了cpc-plga生物复合材料;并通过测定该材料在模拟体液中浸泡后引起的浸泡液ph值的变化,以及采用jsm5600lv型扫描电镜观察该材料在体外降解后的微观形貌,间接评估了该材料引起体液ph值的变化以及该材料降解性能对人体细胞和骨组织可能存在的影响。结果表明,所制备的cpcplga复合材料没有引起浸泡液ph值的较大波动,该值始终处于人体安全范围之内,对人体细胞的刺激影响将会较小;由于该材料复合了高分子聚合物plga,使其具有良好的降解性,可为骨组织细胞、血管等的粘附和生成创造良好的条件。

支架的研究一直是骨组织工程研究的主要问题之一。到目前为止已经开发出了不少比较成熟的支架制作技术。但是这些技术都还存在一定的缺陷。快速成形技术由于具有快速性和高度柔性的突出优点,因而在支架制造方面具有广泛的应用前景。清华大学已经在这个方面进行了大量的基础性研究。

选择α-磷酸三钙(α-tcp)为基本原料,添加羟基磷灰石(hap)、磷酸氢钙(dcpd)、碳酸钙(caco3)、氧化钙(cao)等其它辅料,添加不同量的超细无定形硅酸钙(casio3),研究超细无定形casio3的加入量对磷酸钙骨水泥性能的影响。对其基本性能进行了研究,并对固化骨水泥样品进行了ringer’s模拟液浸泡实验,对浸泡液ph值、样品抗压强度随浸泡时间变化进行了研究。实验结果表明:在磷酸钙骨水泥中添加超细无定形casio3,可以促进骨水泥的固化,提高其硬化物的抗压强度。当在所设计的骨水泥配方中添加5%的超细无定形casio3时,骨水泥的性能达到最佳。其对应的初凝时间、终凝时间分别只有5.5min和16.5min,当骨水泥在ringer’s溶液中浸泡两周后,抗压强度可达50.44mpa,同时浸泡液的ph值变化幅度小,和起始ph值(ph=7.40)接近。

通过模拟自然肝脏的内部微结构,对肝组织工程支架进行仿生设计,构建了有利于人工肝向自然肝转化的肝支架孔洞与管道系统.结合光固化和微压印工艺制造了肝支架的硅橡胶模具,通过微复型工艺成型出生物可降解的壳聚糖/明胶复合肝支架.实验表明,普通光固化和掩膜光固化工艺可以实现最小尺度为200μm的微结构制造,精密光固化工艺不仅可以在同一模具上制造出具有良好复型精度和边缘特征的肝细胞孔洞(200~300μm)和血管管道(100~200μm),而且还可以制造出具有半通透功能的微管道(13.1~30μm).因此,提出的微制造方法能成型出复杂的肝组织工程支架系统,可保证多种肝脏细胞的有序分布,并且为组织工程肝脏支架材料微观结构的模拟提供了参考.

目的对锁定钢板内固定联合磷酸钙骨水泥（cpc）治疗老年性股骨转子间不稳定性骨折进行基础力学研究。方法证实无病理缺陷、骨折、畸形或肿瘤的18具新鲜股骨标本，分为两组：实验组（右侧股骨）与对照组（左侧股骨），依据evans分型中的ⅲa型股骨转子间骨折造模，每组各18根股骨，实验组采取股骨近端锁定钢板（lpfp）固定联合cpc固定，对照组采用单纯tjpfp固定。将股骨标本固定在特殊的夹具内进行力学对比测试。结果两者载荷-应变在600kg-m·s^-2条件下，实验组（98±3．6）με、对照组（127±4．4）斗8；3000kg·m·s^-2条件下，实验组（278±23）斗8、对照组（457±45）με。载荷．位移500kg·m·s^-2条件下，实验组（0．16±0．02）mm、对照组（0．23±0．04）mm；4000kg·m·s^-2条件下，实验组（2．79±0．59）mm、对照组（5．05±0．68）mm。扭矩一扭转变形0．1（°／em）条件下，实验组（0．14±0．01）kg·m^2·s^-2、对照组（0．23-t-o．04）kg·m^2。·s～；0．8（°／em）条件下，实验组（3．14±0．17）kg·m·s^2、对照组（2．57±0．08）kg·m^2·s^-2（p〈0．05）。结论治疗不稳定性转子间骨折锁定钢板内固定联合磷酸钙骨水泥在抗压、抗扭转方面明显优于单纯锁定钢板内固定。其立体固定，整体稳定性高。

目的采用回顾性分析方法,对注射式β-磷酸三钙骨水泥作为植骨材料在胫骨平台骨折中的临床疗效进行评估。方法对23例胫骨平台骨折复位后骨缺损区采用可注射式磷酸钙骨水泥进行填充。结果全部病例平均随访15.4个月,均获得骨性愈合,无骨不连和感染情况发生,内固定无松动及脱落现象。注射式β-磷酸三钙骨水泥术后10～12周开始出现吸收,20～24周大部分吸收,28～32周基本全部吸收。术后6个月和1年膝关节功能良好。结论注射式β-磷酸三钙骨水泥具有安全、方便、副作用小、填充效果确实等优点。固化后具有较强的支撑作用,可提高患者膝关节早期功能锻炼的安全性,促进了骨折的愈合过程,是治疗和填充胫骨骨折骨缺损区的较佳方法之一。

　研究了β-磷酸三钙/聚乳酸(plla)叠层复合支架在体外37℃生理盐水中降解过程,结果表明复合材料的孔径为100～400μm、孔率在60%～70%以上;复合材料的降解环境酸度维持在近中性,而纯聚乳酸为30左右;复合材料失重百分率介于纯聚乳酸和β-磷酸三钙之间,在16周内达20%;随降解时间延长,复合材料力学强度下降、聚乳酸相对分子质量减小;降解过程中ca2+浓度在12周达最大,为0002mol/l.证实该材料理化特性适合于骨组织工程支架材料的要求.

研究了β-磷酸三钙/聚乳酸(plla)叠层复合支架在体外37℃生理盐水中降解过程,结果表明复合材料的孔径为100～400μm、孔率在60%～70%以上;复合材料的降解环境酸度维持在近中性,而纯聚乳酸为3.0左右;复合材料失重百分率介于纯聚乳酸和β-磷酸三钙之间,在16周内达20%;随降解时间延长,复合材料力学强度下降、聚乳酸相对分子质量减小;降解过程中ca2+浓度在12周达最大,为0.002mol/l.证实该材料理化特性适合于骨组织工程支架材料的要求.