α半水硫酸鈣-摻鍶硅酸鈣復合骨生物活性材料的體外制備和理化性質(zhì)研究.pdf

1、[目的]：
　　創(chuàng)傷、骨腫瘤等導致的骨缺損病人不斷增多，骨替代材料需求量大。傳統(tǒng)的骨替代材料例如自體骨、異體骨、人工骨應用時有很多不足之處，目前亟需一種擁有高效成骨活性的人工骨替代材料。硫酸鈣具有極好的生物相容性，應用于骨缺損的治療已有百年歷史，其不足之處在于生物活性不足。而硅酸鈣及微量元素鍶具有良好的骨誘導效應，本研究將這幾種種降解性能不同的生物活性材料復合，以提高復合材料的理化性能和骨修復效應，并探討了該復合材料的制備和理化性

2、能及生物活性。
　　[方法]：
　　本研究復合了摻鍶硅酸鈣微粒與α半水硫酸鈣兩種骨替代材料，構(gòu)建出了一種全新的高效的骨重建材料，并研究了復合材料的表面結(jié)構(gòu)、理化性能和生物相關(guān)性能。采用分析純二水硫酸鈣在95℃以0.1％的檸檬酸作為轉(zhuǎn)晶劑的15％氯化鈉溶液中加熱攪拌，制得α半水硫酸鈣。采用濕化學合成方法，使分析純四水硝酸鈣及8％摩爾比的硝酸鍶和分析純硅酸鈉溶液反應，所得沉淀物經(jīng)陳化、洗滌、干燥等工藝后，將粉末置于800℃程控箱

3、式電爐煅燒3小時，球磨4小時，制得硅酸鈣(calcium silicate(CSi))粉體。二者粉體按照一定比例（硅酸鈣所占質(zhì)量百分數(shù)）混合，分成半水硫酸鈣混合0％、5％、10％、20％、35％的硅酸鈣五組，通過加入一定量的無水酒精使之混合均勻，干燥，待用。按液固比0.5ml/g，加入去離子水調(diào)成糊狀后注入磨具中。固化后，置于37℃、100％濕度恒溫水浴搖床內(nèi)養(yǎng)護24小時，室溫干燥。1.半水硫酸鈣粉體、摻鍶硅酸鈣粉體及復合材料通過XRD

4、對樣品進行物相鑒定;利用掃描電鏡觀察樣品微觀形貌及微結(jié)構(gòu)。2.將復合材料制成直徑5mm，高10mm的柱狀樣品，并對其進行抗壓強度檢測。3.通過SEM對樣品表面在模擬體液浸泡前后磷灰石的檢測，來對比研究材料的生物活性。4.將樣品浸泡于Tris-HCl緩沖液進行復合材料體外降解性能研究。5.利用各組材料浸提液培養(yǎng)細胞，測試材料的細胞毒性。
　　[結(jié)果]：
　　摻鍶硅酸鈣摻入了可提高生物活性和擁有抗骨質(zhì)疏松效應的微量元素，而α半水

5、硫酸鈣在復合了一定量的摻鍶硅酸鈣后仍有良好的自我固化效應。硅酸鈣復合入α半水硫酸鈣阻斷水化后形成的二水硫酸鈣相互之間的連接，從而降低了復合材料的力學強度。復合材料強度最低為11.86到14.11MPa，接近于人體松質(zhì)骨的強度(2.0-10.0Mpa)，適宜的力學強度使摻鍶硅酸鈣及α半水硫酸鈣復合材料有望成為前景光明的骨替代材料。由此獲得的復合材料表現(xiàn)出了優(yōu)良的生物降解性和可觀的抗壓強度。
　　而且，純α半水硫酸鈣因為缺乏生物活性，

6、在模擬體液中并不能形成類骨羥基磷灰石，而硅酸鈣使得復合材料可以在一周形成類骨羥基磷灰石，表現(xiàn)出良好的成骨活性。復合材料摻鍶組的樣品較非摻鍶組，其表面形成的羥基磷灰石結(jié)構(gòu)更加完整，球體形狀更加圓滑。硅酸鈣和鍶的摻入在模擬體液浸泡過程中為類骨羥基磷灰石的形成提供鈣離子結(jié)合位點起到十分重要的作用。在摻入少量的摻鍶硅酸鈣后，新的復合材料在模擬體液浸泡中類骨羥基磷灰石的沉著比純α半水硫酸鈣明顯加快，說明復合材料的生物活性得到顯著地提高。
　

7、　復合材料的降解較純α半水硫酸鈣明顯要慢，這歸因于硅酸鈣的降解速度遠遠慢于二水硫酸鈣以及降解過程中硅酸鈣微粒貼附于二水硫酸鈣的表面，減少二水硫酸鈣與浸泡溶液的直接接觸并最終降低降解率。鍶的摻入額外地減弱了材料的降解性能，同時降低了周圍環(huán)境的pH值。鍶是骨組織中含有的微量元素，在促進細胞增殖、骨礦化和提高骨強度方面發(fā)揮著重要的作用。
　　復合材料的浸提液并未對細胞產(chǎn)生明顯的毒性作用。細胞的增殖和形態(tài)均未受到浸提液的負面影響。復合材料

8、的離子釋放為細胞的增殖提高充分的有利刺激，相比純α半水硫酸鈣，溶液中釋放更多的硅離子以及鍶離子。
　　[結(jié)論]：
　　通過復合摻鍶硅酸鈣不會改變原材料晶體形態(tài)及材料性質(zhì)。鍶與硅酸鈣的引入使硫酸鈣復合材料具有良好的生物活性。隨摻鍶硅酸鈣比例的增加，硫酸鈣復合材料的降解率明顯降低。理論上，降解率可通過改變硅酸鈣比例可控。復合材料能逐漸釋放Ca、Si、Sr等成骨活性離子。細胞實驗表明復合材料具有良好的生物相容性。我們的實驗結(jié)果證明