多孔聚磷酸钙生物陶瓷的研究与应用

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1、多孔聚磷酸钙生物陶瓷的研究与应用摘要本文阐述了聚磷酸钙的国内外研究现状，初步揭示了聚磷酸钙生物陶瓷(CPP)的生物相容性和降解特性。现有的研究表明，聚磷酸钙的聚合度和晶型不同，降解速率也不同，为生物陶瓷可控降解提供了新的途径。聚磷酸钙属直链状无机聚合物，具有不完全结品性，聚磷酸钙材料在生物相容性、降解性和力学性方面的综合优势，使其在骨修复材料领域格外受到青睐。关键词聚磷酸钙，支架材料，骨修复材料，降解，研究与应用1HUs每年由于各种创伤、感染、肿瘤或先天性疾病等原因而造成骨折、骨缺损的患者全世界达几百万

2、人。医学临床上用自体骨及异体骨移植来修复骨缺损，虽解决了牛物相容性问题，但会增加患者的痛苦或增加感染的机会，而且移植所需的人体骨也不易获取。因此，研制理想的骨修复材料是医学和生物材料科学领域中的重要课题。其中钙磷系生物材料具有和脊椎动物相似的矿物成分和结构，又不存在免疫排斥反应，很早就被人们用于骨组织的修复。钙磷系牛物陶瓷作为骨修复材料是时下研究的热点。其中，径基磷灰石(HAP)和磷酸三钙(B-TCP)等材料已经被用作骨修复的材料，但是它们的脆性和降解特性极大地限制了它们作为骨修复材料的临床应用。以聚乳

3、酸（PLA）为代表的生物可降解高分子材料，尽管在降解性方面比传统的无机骨修复材料有较大优势，但是其力学特性限制了其作为承力骨修复材料的应用。因此寻找同时具有生物活性、可控的生物降解性和适当的力学性能的新型骨修复材料己经引起广泛的关注。聚磷酸钙（CPP）就是近年来国内外少数实验室正在研制的一种新型磷酸钙牛物陶瓷骨修复材料。CPP是从磷酸钙陶瓷的基础上新近发展起来的一种多孔、生物相容性好和可降解的材料，可以提供必要的生物力学强度，降解释放出来的钙、磷离子能帮助细胞生长，通过控制材料的聚合度和晶型能改变材料的

4、降解速率。2多孔聚磷酸钙的国内外研究现状2.1多孔聚磷酸钙的结构CPP由磷酸二氢钙通过分子间缩聚反应生成，密度为2.85g/cm3[l]oCPP的Ca/P摩尔比理论值为0.5,B-TCP的Ca/P摩尔比理论值为1.5,HAP的Ca/P摩尔比理论值为1.67。P订liarRM等[1]的研究表明,随着Ca/P值的降低，磷酸钙原子结构能够成为直链聚合物形式。这种聚合物不同于一般的有机高分子聚合物，它的支链结构不是由简单的共价键连接而成，而是通过P043-离子进行连接。随着Ca/P比的降低，可形成三维的笼状结构

5、（超磷酸盐，Ultraphosphate）、环状结构（偏磷酸盐，Netaphosphate）以及链状结构（聚磷酸盐，Polyphosphate）oAnnaDion等［2］利用核磁共振(NMR)和拉曼光谱法对CPP的结构进行了研究，证实了CPP的直链结构。CPP的聚合物主链以-P-O-P-为主,其分子式为［Ca(P03)2］n,其结构如图1所示。2.2聚磷酸钙聚合度的表征方法聚磷酸钙是无机聚合物，其聚合度的表征不同于一般的有机聚合物。有机聚合物可以根据粘度变化来判断其大致范围，也可以通过凝胶色谱来进行表征

6、。对CPP而言，由于本身为粉体，乂属于磷酸盐，很难找到合适的溶剂，一般采用31P固相核磁共振来分析，通过不同化学环境中P元素的峰的积分面积对CPP的化学结构进行分析，然后计算出其聚合度。2・3多孔聚磷酸钙的国内外研究现状目前已经报道的聚磷酸钙制备方法主要有：重力烧结法、固态自由成形法、低温等压法、单轴压缩法、聚合物泡沫法、高温拉丝法等。聚磷酸钙作为新型的生物材料主要用作支架材料、增强材料、骨修复材料，以下分别阐述。2.3.1聚磷酸钙支架材料PilliarRM［1］等人通过重力烧结法制备出B型多孔CPP支

7、架材料。他们用粒径为150〜250um和106~150um的CPP粉体作为原料，在965°C和970°C下烧结得到0型多孔支架材料，孔隙率在35〜45%之间，孔径在70-100umZ间，用106-150um的粉体制备的支架材料的抗压强度极高,最高抗压强度可达24.IMPao在0.lmol的三疑甲基氨基甲烷(Tirs)缓冲液(pH二7.4)中对材料进行模拟降解，发现材料的抗压强度和失重在降解1天时变化最大，到30天时材料的抗压强度只有初始值的1/3。细粉支架的降解与介质的pH也有一定关系，酸性介质降解更快

8、，而粗粉支架则几乎不受影响。动物实验结果表明［3］,多孔CPP支架材料具有良好的相容性，能够迅速促使骨组织生产，经过12周和1年间形成的新骨量相当于相应部位天然骨的体积。CPP在体内的降解速率与制备支架所用粉体尺寸成反比，前6周降解速率较快，其后趋缓。ElSayeghTY［4］等用重力烧结法制备了多孔CPP支架材料，他们用粒径为75-106um的CPP粉体作为原料，在585°C和600°C下烧结分别得到无定型的CPP多孔支架材料和0型多孔支