β-磷酸三钙/α-半水硫酸钙复合人工骨的水热合成工艺及降解性能研究

论文摘要

背景及目的无机植骨材料的自固化性能及降解与成骨速度调控是目前研究的热点。目前的多孔β-磷酸三钙（β-TCP）有较好的成骨速度,降解缓慢,无自固化性能,无松质骨的天然孔隙结构。α-半水硫酸钙（α-CSH）有自固化性能,降解速度快。复合人工骨可保留单一材料的优点,同时弥补其不足。我们将β-TCP和α-CSH两种材料复合,以期制备一种具有自固化性能,具有天然孔隙结构,同时可调节其降解速度的复合人工骨（COB）颗粒。探讨新型的β-TCP/α-CSH多孔颗粒型复合人工骨的水热合成制备工艺,在β-TCP表面同步合成α-CSH的同时,实现对其孔隙结构的控制。通过研究其体外和体内降解机理,反馈指导β-TCP/α-CSH复合人工骨的制备工艺,使其植入骨内的降解速度与骨缺损修复的成骨速度相匹配,以获得理想的骨缺损修复效果。材料及方法1.以健康牛股骨为原料,采用XRD和扫描电镜检测不同浓度磷酸二氢胺浸泡剂和不同煅烧处理工艺对羟基磷灰石（HA）向β-TCP转变过程的影响,探讨牛松质骨制备多孔近单相β-TCP颗粒的动力学规律。2二水硫酸钙粉末在额定压力和温度下,加入不同比例硫酸铝和柠檬酸钠复合转晶剂,在水热釜中水热合成α-CSH,采用XRD对成分进行鉴定,用扫描电镜观察分析不同比例硫酸铝和柠檬酸钠复合转晶剂对合成α-CSH形貌、粒度的影响规律及作用机制。3观察水热合成工艺参数对α-CSH在β-TCP多孔颗粒表面异相形核、长大、分布方式的影响规律,实现对β-TCP/α-CSH复合人工骨中孔隙结构的控制。采用扫描电镜、XRD检测复合人工骨的理化特性,并用压汞仪测定复合人工骨的孔隙率。4.按照相应的固液比混合后,检测所制备的β-TCP/α-CSH不同配比的复合人工骨（根据β-TCP/α-CSH=70/30;50/50;30/70,分别称为COB1、COB2、COB3）在体外的固化时间、固化强度,并采用XRD检测其固化后材料的相组成,用SEM观察其固化后的材料断面结构。5.将COB1、COB2、COB3制备成为12×8mm的圆柱状试件,观察其在体外模拟体液中的pH值变化,并检测其不同时间点的材料降解率和强度变化。6.距股骨远端关节面4mm处制备兔双侧股骨下端干骺端10×5mm包容性骨缺损模型,用相同大小的β-TCP、α-CSH、以及COB1、COB2、COB3颗粒填充缺损,空白对照组不充填任何材料,分别于术后4、8、12、16周各处死12只兔子,采用X线、钼靶照相、Micro-CT、组织学及组织形态测定术观测植入材料的降解成骨情况,分析其降解的机理及影响因素。结果及结论1.牛松质骨经合适的煅烧处理可获得近单相的β-TCP颗粒,利用β-TCP颗粒与二水硫酸钙粉末可以同步水热合成β-TCP/α-CSH复合人工骨,同步实现对β-TCP多孔颗粒进行孔隙表面改性,调控复合人工骨的孔隙结构。国内外尚未见类似报道。2.复合人工骨有松质骨天然相通的的大孔/微孔结构,孔隙率为50%左右。3.复合人工骨颗粒能够原位自固化,固化强度与松质骨强度接近,符合修复非负重部位腔隙性骨缺损的需要。4.体内、体外实验表明复合人工骨降解速率介于α-CSH与β-TCP之间,调节其成分配比,可调整其降解速度。三种复合人工骨中,COB2（β-TCP/α-CSH=50/50）最佳。5.复合人工骨在腔隙性骨缺损内骨长入良好,其成骨性能优于单纯α-CSH及β-TCP。6.复合人工骨的降解与成骨速度匹配,能够最终被自体骨完全爬行替代,从而获得理想的骨缺损修复效果。

论文目录

• 缩略语
• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 第一部分 β-磷酸三钙/α-半水硫酸钙复合人工骨水热合成制备工艺研究
• 第一章 β-磷酸三钙的制备
• 1 材料与方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 4 小结
• 第二章 α-半水硫酸钙水热合成工艺研究
• 1 材料与方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 4 小结
• 第三章 β-磷酸三钙/α-半水硫酸钙复合人工骨的水热合成工艺
• 1 材料与方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 4 小结
• 第二部分 β-磷酸三钙/α-半水硫酸钙复合人工骨的降解性能研究
• 第一章 复合人工骨的自固化及力学性能检测
• 1 材料和方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 4 小结
• 第二章 复合人工骨的体外降解性能实验研究
• 1 材料与方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 4 小结
• 第三章 复合人工骨的体内降解性能实验研究
• 1 材料与方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 4 小结
• 参考文献
• 综述 β-磷酸三钙与α-半水硫酸钙的降解研究进展
• 博士在读期间发表文章
• 致谢
• 附图