新型水泥在生物材料中的应用.doc

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烧结陶瓷课题论文

学院：材料科学与工程
专业班级：无机101
姓名：王朝率孟祥媛
学号：20100150122010015032
指导教师：李晓生
时间：2013年4月15日
新型水泥在生物材料中的应用
学院：材料科学与工程专业班级：无机101姓名：王朝率孟祥媛
摘要：目前生物活性陶瓷作为骨填充、修复材料已经在临床上大量应用，但由于这些材料都是高温烧结后的块状或颗粒状，不具有可塑性。传统医学依靠自体骨和异体骨移植进行骨修复。自骨体来源有限，并对供体产生新的损伤。异骨体由于具有生物活性易丧失、免疫排斥反应，以及当其处理疏漏时易导致受体感染等缺点，因而其应用受到了限制。在此背景下，人们对现有的骨移植材料进行改造，开发出了一种新型骨修复材料——生物医用水泥，成为了人们关注的热点。
关键字：生物水泥、骨水泥
1、简介
生物医用水泥，又称骨水泥，作为替代，修复人体硬组织的生物材料，生物医用水泥在骨外科、整形外科以及牙科的临床应用前景非常广阔。骨水泥由于具有良好的生物相容性和骨传导性，能任意塑型，可降解和无毒害等特点，因而作为填补损和固定移植材料而被广泛地应用于骨矫形修复。此外，骨水泥适用的领域还包括：类风湿关节炎、骨关节炎、创伤性关节炎、陈旧性股骨及颈骨骨折、关节成形术后再次手术、恶性肿瘤引起的不稳定骨折等。
骨水泥一般由无机的粉剂和有机的液剂两组构成，使用时粉剂和液剂按照一定比例混合后，在室温下凝固，从而达到对人工关节镶嵌固定的目的。按组成分类，骨水泥可分为磷酸钙骨水泥（CalciumPhosphateCements）、聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥（PMMA）、玻璃基生物骨水泥（Glass-BasedBosedCement）等。
2、磷酸钙骨水泥（CalciumPhosphateCements）
磷酸钙骨水泥（简称CPC）最早由美国的Brown和Chow于20世纪80年代提出，是在两种或两种以上磷酸钙粉中加入液相调和剂，在生理条件下通过磷酸钙盐发生水化硬化，在人体环境和温度下转化为与人体硬组织成分相似的羟基磷灰石。如：在温度（37）、湿度（100%）条件下发生水化反应得到与人体骨组织相近的固化产物羟基磷灰石或透钙磷灰石，因此具有一定的可降解性和良好的生物相容性。该类骨水泥具有易成型，固化时间可调，可任意塑型和工艺简单等特点，能满足临床对骨组织缺损修复的要求。
磷酸钙骨水泥，根据组成的不同可以分为三类。
第一类，典型磷酸钙骨水泥。它是由磷酸四钙和二水合磷酸钙与水以4：1的灰水比调和而成。最大特点就是可任意塑型，植入人体内10~15min后就可开始固化，4h后实现完全固化。这类磷酸钙骨水泥的缺陷是降解吸收速度缓慢，凝结固化所需时间较长。
第二类，磷灰石磷酸钙骨水泥。这类磷酸钙骨水泥的固相由磷酸三钙、磷酸七钙、偏磷酸钙、焦磷酸钙和二水合磷酸钙类。化合物中的一种脱碳磷酸钙按一定比例混合而成，它的液相为等渗盐水，灰水比为1g/（0.7~0.9ml）。将该类材料调和成糊状注射到体内，15~20min内固化，固化可被有机体完全降解吸收。
第三类，碳化磷酸钙骨水泥。这类骨水泥的固相为磷酸一钙、ａ-磷酸三钙和碳酸钙的混合物，液相为磷酸钠。通过注射，可以用于骨折或骨缺损位部的修复。注入体内12h可完成其固化反应的85%~90%。固化产物可以被机体逐渐降解吸收。植入松质骨水泥的抗压强度为55MPa，抗拉强度为2.1MPa。
2.1、磷酸钙骨水泥固化反应
磷酸钙骨水泥（CPC）由固相与液相两部分组成。固相包括磷酸四钙（TTCP）、磷酸三钙（TCP）、二水磷酸氢钙（DCPD）、无水磷酸氢钙（DCPA）及磷酸二氢钙（MCPM）等磷酸盐，钙磷比在1.3~2.0之间。磷酸钙骨水泥的固化反应可分为两类：第一类固化反应基于酸碱平衡原理，相对酸性的CaP与相对碱性的CaP反应生成相对中路的Cap：

还有β-TCP（弱碱性）与MCPM（酸性）反应生成DCPD（中性）：

第二类固化反应式反应物与产物有相同的钙磷比，典型例子就是ACP或α-TCP在水溶液中反应生成PHA：

2.2、磷酸钙骨水泥的特性
磷酸钙骨水泥作为一种具有生物活性的生物材料，相比生物陶瓷材料具有以下优良特性或特点。
一、自固化性
CPC在人体生理环境下可自行固化，这是由其理化性质决定的，但是固化性能随CPC形成条件不同而表现出一定的差异。CPC粉剂与液剂调和后为糊状，在几分钟至数小时产生凝结且与骨直接粘结，固化体强度大小与组成有关。
二、形状可塑性
CPC调合后呈糊状物，可按要求和骨缺损部位或牙根管缺损部位形状任意塑形，自固化后保持外形不变，克服了HA陶瓷加工难的缺点。通过固化液的选择，可以得到5~30min初期硬化的时间，可以有充足的时间使之在骨缺损部位准确