含锶生物玻璃/双相磷酸三钙骨水泥的制备及性能研究

摘要

磷酸钙骨水泥(CPC)因具有良好的生物相容性，室温下易固化塑型以及固化过程无放热等优点，已经成功地被应用于临床硬组织修复和替代。但是，骨水泥材料力学性能较低，在生物体内降解较缓慢以及无法自发形成供成骨细胞长入的大孔结构等缺陷使其应用受到了严重限制，同时术后也需要病患部位有充足的不同种类的微量元素，以达到促进新骨生成的目的。因此，制备能够携带一定微量元素，具有较高抗压强度的多孔磷酸钙骨水泥，已经成为当前骨水泥研究的热点。
　　 生物活性玻璃在体内降解速率较CPC更快，在自身表面能够形成类骨磷灰石层，具有良好的生物活性。本论文通过溶胶-凝胶法制备生物活性玻璃(BG)，并以其为载体携带锶(Sr)微量元素掺杂双相磷酸三钙骨水泥(B-CPC)，并在去离子水中进行降解。采用Gilmore双针法、XRD、SEM等分析手段来表征骨水泥的固化时间、水化产物的相组成和微观形貌，并测试骨水泥的孔隙率和抗压强度。结果表明，含Sr生物活性玻璃的引入能够延长骨水泥的固化时间，未添加BG的骨水泥终凝时间为(12.1±0.9)min；随BG在B-CPC中含量从1wt.％增加至5、wt.％，B-CPC的终凝时间从(15.2±1.2)min增加至(33.4±3.7)min。含Sr生物玻璃能够提高B-CPC的抗压强度和孔隙率，当添加3wt.％掺杂9 mol.％Sr的BG时，水化7 d的B-CPC抗压强度最高，为(15.4±0.8)MPa，此时孔隙率为(51±3)％，添加量为5wt.％时，水化7 d的B-CPC的孔隙率最高，为(59±4)％，此时抗压强度为(11.3±0.6)MPa。XRD结果显示，当BG中Sr含量为15 mol.％，部分Sr2+会进入B-CPC水化产物中，形成Sr-HA，使水化产物中部分衍射峰的平移。水化5 d后，对比空白B-CPC与掺加BG的B-CPC试样的微观结构，掺加BG的B-CPC试样中的α-TCP片状结构已经不完整，表明BG掺加能够促进B-CPC中α-TCP在水溶液中的溶解。