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α-磷酸三钙骨水泥及其复合材料的制备与性能研究

α-磷酸三钙骨水泥及其复合材料的制备与性能研究

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作者：袁震山东大学

学位级别：硕士

α-磷酸三钙（α-tcp）骨水泥是一种理想的骨缺损修复材料,其在体内外均无毒性,具有优秀的骨传导性和生物活性,与目前临床应用的其他磷酸钙骨水泥相比更有生物吸收性,更容易被新骨取代。但α-tcp骨水泥仍具有凝固时间长、力学性能差和... 详细信息

α-磷酸三钙（α-tcp）骨水泥是一种理想的骨缺损修复材料,其在体内外均无毒性,具有优秀的骨传导性和生物活性,与目前临床应用的其他磷酸钙骨水泥相比更有生物吸收性,更容易被新骨取代。但α-tcp骨水泥仍具有凝固时间长、力学性能差和降解速度过快的缺点,因此,探究如何改善α-tcp骨水泥的力学和生物学性能具有重要意义。本论文以α-tcp作为研究对象,制备了Sr2+掺杂的α-tcp粉体、缺钙型羟基磷灰石（cdha）/α-tcp双相磷酸钙粉体和β-硅酸二钙（Ca2SiO4）/α-tcp复合粉体,分别以其为原材料制备了磷酸钙骨水泥,针对其材料学和生物学性能展开一系列基础性研究。主要内容如下:（1）以β-环糊精为模板,通过化学沉淀法制备了 Sr2+掺杂的α-tcp粉末,研究了 Sr2+掺杂对α-tcp性能的影响。研究表明:随着Sr2+含量的增加,α-tcp颗粒尺寸增加、比表面积降低,但形貌变化不大;α-tcp骨水泥的凝固时间和抗压强度随着Sr2+含量的增加呈先增加后降低的趋势,细胞毒性呈先降低后增加的趋势。当Sr2+含量在3 mol%时达到最大值,骨水泥的初凝时间为24 min,终凝时间为47 min,抗压强度为10.8 MPa,L928细胞培养3天后的细胞成活率在97%以上,具有良好的力学和生物学性能。（2）以β-环糊精和柠檬酸为模板,通过化学沉淀法制备了比例可控的cdha/α-tcp双相磷酸钙粉体,研究了双相磷酸钙的合成以及cdha加入对α-tcp性能的影响。研究表明:柠檬酸促进了双相磷酸钙中cdha的形成,随着柠檬酸加入量的提高,双相磷酸钙中cdha的比例也不断增加;对于cdha/α-tcp双相磷酸钙骨水泥,随着cdha含量的增加,骨水泥的凝固时间减少、抗压强度降低、矿化和降解的速率也相应减慢,细胞毒性先降低后增加。当cdha与α-tcp的比例接近50/50时,骨水泥支架具有最佳的细胞毒性,在此比例下,双相磷酸钙骨水泥的初凝时间为7.1 min,终凝时间为12.8 min,抗压强度为2.08 MPa。此外,cdha会影响双相磷酸钙骨水泥的降解速率,因此可以通过控制cdha/α-tcp的比例的方法控制双相磷酸钙骨水泥的降解速率,以适应实际治疗的需要。（3）通过溶胶-凝胶法制备了纯度较高,结晶性良好的β-Ca2SiO4粉末,研究了β-Ca2SiO4的加入对α-tcp骨水泥性能的影响。对于β-Ca2SiO4/α-tcp复合骨水泥,随着骨水泥中β-Ca2SiO4含量的增加,骨水泥凝固时间增加、抗压强度增加、降解速率提高、细胞毒性增加;此外β-Ca2SiO4的加入会改变磷灰石在骨水泥表面沉积的形态,从针片状转变为球状分布。当β-Ca2SiO4的添加量在50 wt%时,骨水泥的初凝时间为15.2 min,终凝时间为32.3 min,抗压强度为14.98 MPa,在保持较低细胞毒性的基础上极大的提高α-tcp骨水泥的抗压强度。

关键词： α-tcp Sr2+掺杂 cdha/α-tcp双相磷酸钙 β-Ca2SiO4/α-tcp复合材料骨水泥

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