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【动态】磷酸钙骨水泥理化性质及改性研究进展
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磷酸钙骨水泥理化性质及改性研究进展 磷酸钙骨水泥是由一种或几种磷酸钙盐固体与一定的液体混合形成的骨粘合剂。磷酸钙骨水泥具有优良的操作性能，能按照缺损的形状准确塑型，并且可降解。磷酸钙骨水泥在水化过程中不会放热而损坏周围的组织，而且水化反应产物是天然骨的主要无机成分，使得磷酸钙骨水泥具有良好的生物相容性和好的生物安全性。而且磷酸钙骨水泥具有生物降解、传导性、并与硬组织可生物连接骨能被新生骨以爬行替代的方式替代。正是具有这些优良的性质，使它愈来愈多的受到众多研究者的注意。但CPC还存在力学强度较低、易崩解等不足。 磷酸钙骨水泥有许多不同的种类。它们均是由固相和液相两部分组成。液相可以是蒸馏水、血清、磷酸等。固相主要是一些磷酸钙盐，如：磷酸二氢钙、磷酸氢钙、磷酸三钙、磷酸四钙等，也可能含有氢氧化钙、碳酸钙等。尽管原料有许多种，但产物的种类则相对较少。有研究者依据产物的种类对磷酸钙骨水泥进行分类：无定形磷酸钙（ACP）、透钙磷灰石(DCPD)、羟基磷灰石(HA)。其中无定形磷酸钙可转化为羟基磷灰石, 所以有时又将其归为两类。在此，只谈及羟基磷灰石类骨水泥的性质及改性研究情况。 一、影响磷酸钙骨水泥凝结时间和力学强度的因素 1 固相方面的影响因素 1.1固相的种类，当固相主要成分之一选用无水磷酸钙则比选用二水磷酸氢钙在力学强度上更优越。若在其中添加不同的元素，如加入F-等，能促进固化反应的进行，可提高产物的结晶度而使强度提高；而加入CO32-、P2O74-等会阻止羟基磷灰石的形成，降低了产物的结晶度，从而使产物的强度降低。1.2粒径大小，普遍认为当晶粒尺寸减小时，因利于溶解（因热动力学因素）使凝结时间缩短，可更完全的转化为羟基磷灰石。但有文献报道，若磨得太碎，会诱导固相从晶型到无定型的转化，到临界粒子尺寸后再磨不会减小粒径，但导致了晶格缺陷的形成，导致了纳米晶粒的形成，但整体却不再具有结晶度。而且也有文献报道，粒径稍微大些的粒子在转化时不会形成空隙，而粒径太小则会在反应过程中留下空隙，反而是粒径太小的固相形成的骨水泥的强度反而不如粒径稍大一些的固相形成的骨水泥的强度。1.3粒径大小的匹配，在磷酸四钙和二水磷酸氢钙的反应体系中，当磷酸四钙的粒径减小时，反应的速率会明显增大，而二水磷酸氢钙的粒径减小则对反应的速率影响不大。1.4是否有晶种的加入，若加入晶种则会加速磷酸钙骨水泥的反应，在低温下，晶种的加速固化作用则表现得更加明显。 2 液相方面的影响因素 当采用柠檬酸和柠檬酸钾溶液与丙烯酸/衣康酸共聚液两者约以1:2配伍时，可使CPC 的强度明显提高，最大强度可达116.89MPa。柠檬酸和柠檬酸钠作液相可在一个高的P/L下形成水泥，从而使强度提高。以含有磷酸根离子的溶液作液相，可能是使HA更易达到饱和加速凝结反应的进行，从而提高产物的力学强度。 3 固液比的影响 P/L比大，则凝结时间短，强度大；P/L比小，则凝结时间长，强度小。 4 环境因素（温度、湿度）的影响 在潮湿空气中储存的CPC的强度比在干燥空气气氛中的强度大一倍，是因影响了水化的程度。 二、磷酸钙骨水泥理化性质改性研究进展 1 增加磷酸钙骨水泥强度的研究 1.1纤维增强, 利用短纤维增强，在基质中随机分布，导致各项同性。但增强效果不如长纤维。与样品等长的纤维，且定向排列。抗力各项异性。近年来，有用几倍于样品长度的纤维，可结合两者的优点。增强的原因：纤维的桥连作用、基质多重裂开消耗了大量的功，纤维拉出时的摩擦滑动和拉伸。若加入可吸收性纤维，可最初增加纤维的强度，而后来又降解又有利于CPC形成大孔。1.2添加一些有机物，如胶原可增强水泥的强度：其一有利于机械受力的更好分布，其二孔隙率减小了。而加入海藻酸钠、聚丙烯酸钠均能和Ca2+形成不可溶的三维网络，因此有增强效应。聚合反应对应早期强度增加。时间长后，与未加上述物质的强度相差不大。1.3预压缩也能增强水泥的强度，但压力太大易引起破裂。压缩会增高反应物的转化率。但压缩对水泥强度的提高有限：其一使水被压出，减小了水泥转化程度；其二压力也抑制了反应，使水不易进入高密度区。 2 增加CPC抗水性的研究 在CPC中加入壳聚糖则由于在初期，pH相对较低，壳聚糖马来酸被溶解。加入Ca(OH)2使pH增加，引起浆体硬化。反应的机制使来自Ca(OH)2溶解而引起的pH增大。以含有PO43-的溶液作液相，HAP的形成速率随溶液中PO43-的增加而增加。而在CPC和酒石酸体系中，是因形成酒石酸钙，而导致快速硬化，从而达到抗水的作用。而CPC外加磷酸二氢钙，会导致二水磷酸氢钙的形成，导致快速硬化使该系统具有抗水的性能。 3 磷酸钙骨水泥的注射性研究 随着微创伤手术的兴起，而且骨质疏松病人数量巨大（水泥起到固定的作用，减小微运动，从而减小痛苦，提高机械强度），从而使得可注射性得到广泛的研究。不同的研究者采用不同的辅料，方法一是采用在固相中加入甘油磷酸钠，在液相中加入乳酸，甘油磷酸钠加入固相中，吸收固相中的水分，再慢慢的释放到整个介质中。且能使固相均匀混合。含量18％左右较佳。乳酸是一个粘性化合物，加入液相，以4％较佳，过多会发生化学反应。方法二是在固相中加入甘油磷酸钠，在液相中加入壳聚糖。并且应注意壳聚糖的含量对可注射性的影响。当壳聚糖的含量﹤0.5%时，有好的流动性和可注射性；而当壳聚糖的含量﹥ 0.5%时，流动性减弱； 形成OCP。方法三是将甘油加入固相，甘油是一种粘性、亲水性化合物，在固相中的含量以7％较佳，过多则延长凝结时间。方法四，在CPC中加入（٤—caprolactone) 具有生物相容性和生物可吸收性的聚环己内脂。它的适宜的添加范围是10~45%，此范围内注射性都相同，且有利于调节药的加入量。 随着磷酸钙骨水泥性能的不断改进，使它在不久的将来能满足临床使用的更高要求。 [ Last edited by zhangwj on 2008-9-24 at 14:43 ] |
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