可注射原位复合胶原/磷酸钙生物活性骨修复材料研究

摘要

当代材料科学、医学和生物学的长足发展，使矫形外科也随之产生巨大变革：在修复材料的应用上，已从惰性材料发展到生物活性材料，乃至于以后者为框架或基底构建的组织工程材料，最终实现自体组织对植入体的完全替代；在操作技术上，则从创伤性手术向微创技术发展，以减轻病人痛苦，降低医疗资源消耗以及减少术后并发症。因此，寻求能够满足上述发展要求的修复材料是加速这一进程的关键因素；而在骨修复领域，可在位固化，具有骨诱导活性的可注射材料成为当前的研究热点。有鉴于此，本研究力图发展一种具有如下特性的新型骨修复材料：可注射，可在位固化形成三维多孔结构，可实现与其它生物活性材料的原位复合。 胶原具有良好的生物活性，是生物体骨组织的主要成份之一。已有研究将其与磷酸钙复合，以模拟自然骨的结构和组成，但通常采用预成型形式制备和使用，难于满足临床微创手术和在位修复成型的要求。 本研究利用磷酸钙骨水泥可在位固化成型的基本特性，以TTCP-DCPD系统为基本体系，以体系的可注射性、固化时间、固化温度、酸碱度和力学性能等为指标进行配方和工艺优化，并与胶原原位复合，得到两种满足临床微创治疗要求的复合材料体系。 第一种体系以磷酸为液相，其可注射时间(t<,1>)约为6min；初凝时间(t<,si>)约为20min；终凝时间(t<,si>)约为26min。第二种体系以磷酸钠缓冲液为液相，其t<,l>和t<，si>分别约为18min、40min和60min，均低于前一种体系。而前者的固化温度Ts约为45℃，孔隙率40％～60％，均高于后者(30℃和40％)。两种体系均在固、液相混合24h后pH接近中性；同时，在一定范围内，随着体系中胶原比例的增加，材料抗压强度均有所增加：第一种体系从1.5MPa增加到约4.0MPa，符合ISO标准对羟基磷灰石陶瓷系列材料的力学性能规定，但仍低于第二种体系的2.2～5.0MPa。 本研究首次得到原位复合并可在位固化的胶原／磷酸钙复合材料。利用胶原在不同pH值溶液中的溶解能力差异，在不影响体系基本物理性能和操作性能的前提下，实现了胶原与磷酸钙的原位均匀复合。胶原的复合显著提高了固化后体系的孔隙度，得到在位固化的三维多孔骨修复材料。 对固化材料的细胞相容性评价证明，本文研究得到的材料体系具有良好的细胞相容性。TCP和胶原的复合都可显著促进成骨细胞的增殖和分化。 为配合磷酸钙骨水泥体系的扩大应用，本文同时对磷酸钙骨水泥体系的主要和重要原料磷酸四钙的制备工艺进行了优化。克服了传统热法制备工艺的反应不均匀，煅烧工艺不稳定，煅烧后产品结块难于粉碎，从而难于实现大量规模制备的缺点，探索出一条新型湿法合成并可工业化生产的TTCP制备工艺，条件稳定，解决了目前骨水泥原料难于工业化生产的难题，具有很大的应用前景。同时对微波煅烧工艺用于TTCP制备进行了有益的探索。 本文得到的新型材料体系和TTCP制备工艺，对发展微创伤生物活性骨修复材料的临床应用和推广都具有重要意义。

目录

文摘

英文文摘

第一部分前言

第二部分原料磷酸四钙(TTCP)粉料制各及工艺优化

第三部分胶原/磷酸钙骨水泥复合体的制备及性能研究

全文总结

下一步工作

参考文献

作者在读期间科研成果简介

致谢