装载可降解生物活性微球的PMMA复合骨水泥的制备及性能研究

摘要

PMMA骨水泥是椎体成形术和关节置换术中常用的可注射成型材料。在美国，这种材料在关节置换术中已经应用了超过70万例，并且每年在椎体成型术中的应用也高达75000例。这种材料比新型的磷酸钙，硫酸钙等骨水泥有天然的优势：注射性好，力学强度优异。但是这种骨水泥也有明显的缺点：无生物活性，组织不可吸收，聚合反应放热过大，弹性模量过大。这些缺点会直接导致骨水泥在植入部位的松动和应力遮挡。　　针对以上我们提出可部分降解骨水泥的概念，通过向骨水泥中加载可部分降解生物活性微球，来构建具有生物活性且后期可以部分降解的骨水泥，这种骨水泥降解后产生300微米左右的孔径，且孔与孔之间可以互相连通，这种结构适于细胞的贴附生长，并且在体内可促进骨组织长入骨水泥的孔隙中，最终形成骨组织与骨水泥紧密咬合的结构。这种结构能有效防止水泥松动，并且其弹性模量也能有效改善。　　首先我们制备了加载丝素-磷酸钙微球的复合骨水泥。丝素磷酸钙微球通过静电喷雾法结合液氮收集制备而成。微球在骨水泥的拉丝期加入并搅拌均匀。通过SEM观察，微球直径在300-500微米，并且微球可均匀分布于骨水泥中。这种骨水泥降解后可得到含有多空且孔与孔相互连通结构的骨水泥，这证明了上述设想的可行性。骨水泥的力学性能也得到了测试，加入10％，15%，20%微球组骨水泥的力学强度在61±5，40±3.5，35±5 MPa。加入低强度微球会明显降低骨水泥的力学强度。　　本文第二部分实验采用力学强度更高的镁球作为可降解生物活性致孔剂，制备了加载镁球的复合骨水泥。为了控制这种骨水泥的降解时间，我们还用羟基磷灰石将镁球包裹。所得骨水泥的力学强度符合国家临床的标准，可注射性得到了保持，最高放热温度较纯PMMA骨水泥有所下降。镁球可以均匀分布在骨水泥中，经降解后产生300微米到500微米的孔，且孔与孔可以互相连通。含羟基磷灰石包裹的镁球的骨水泥比纯镁球骨水泥降解速度减缓。含镁骨水泥有较好的亲水性和细胞相容性。经动物实验证实，此骨水泥有较好的成骨性能，且新生骨可长入骨水泥降解后形成的孔。　　因此，本文分别通过加载丝素-磷酸钙微球和镁球作为可降解生物活性材料，制备了可部分降解骨水泥。这种骨水泥的微观结构适合骨组织生长，且添加的活性材料也能促进新骨的生成，加强了骨与骨水泥的界面。本课题的研究内容和结果为今后骨水泥的研究开拓了新的思路，提供了新的方法。

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第一章 综述

1.1引言

1.2 PMMA骨水泥

1.3生物活性PMMA骨水泥

1.4丝素磷酸钙复合材料

1.4.1丝素材料

1.4.2磷酸钙材料

1.5镁材料在骨科的应用

1.6本研究课题的提出、研究内容和创新性

1.6.1本论文的课题的提出

1.6.2本论文的研究内容

1.6.3本论文的创新性

第二章 装载丝素磷酸钙复合微球的PMMA复合骨水泥的制备及性能研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1试剂与仪器生蚕丝

2.2.2丝素蛋白溶液的制备

2.2.3丝素-磷酸钙复合微球的制备

2.2.4丝素-磷酸钙复合微球的形貌和成分分析

2.2.5 PMMA骨水泥的制备

2.2.6加载丝素-磷酸钙微球的PMMA复合骨水泥的制备

2.2.7复合骨水泥的固化性能测试

2.2.8复合骨水泥的形貌分析

2.2.9复合骨水泥的力学强度

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第三章 装载镁球的PMMA复合骨水泥的制备及性能研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1试剂与仪器Ca(NO3)2，K2HPO4

3.2.2镁球表面涂覆羟基磷灰石

3.2.3镁球及羟基磷灰石涂覆的镁球的形貌分析

3.2.4加载镁球微球的PMMA复合骨水泥的制备

3.2.5加载镁球微球的PMMA复合骨水泥的形貌分析

3.2.6复合骨水泥的固化性能测试

3.2.7复合骨水泥的力学性能测试

3.2.8复合骨水泥的生物力学性能测试

3.2.9复合骨水泥的降解性能测试

3.2.10复合骨水泥的细胞实验

3.2.11动物实验

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章 全文总结

参考文献

攻读学位期间公开发表的论著、论文

参加学术会议情况

致谢