α-半水硫酸钙复合磷酸镁生物活性骨修复材料的制备及其性能研究

来源 :温州医学院 温州医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yaohaochang
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目的:硫酸钙作为一种骨修复材料在临床上已有百余年应用历史,但其抗压性能欠佳、缺乏骨生物活性、降解过快等缺点限制了它在骨科的进一步应用。磷酸镁具有快速凝固、早高强、降解速度相对较慢等特点,本研究将磷酸镁添加入硫酸钙,制备出新型硫酸钙/磷酸镁复合骨材料,研究其自固化时间、抗压强度、降解性能、骨生物活性并初步探讨其细胞相容性。   方法:   1.α-CSH由二水硫酸钙在盐溶液中在110℃反应48小时制备得到;氧化镁粉体与磷酸二氢铵以摩尔比3.8∶1混合制备得到MPC,为降低反应速度,氧化镁先经过1500℃煅烧6小时;再将α-CSH与磷酸镁粉末以一定质量比混合分散于无水乙醇,振荡摇匀,37℃烘箱干燥,即可制备出复合粉体;用XRD、SEM表征上述材料的结构和形貌。   2.将α-CSH和MPC以不同质量比复合,以去离子水为固化液,测试其固化时间、抗压强度;同时将α-CSH、MPC和复合材料在37℃、100%湿度环境下养护4周,测试材料远期的抗压强度。   3.将复合材料制备成10×3mm的试件,浸泡在SBF中,检测其在不同时间点的体外骨生物活性、降解率及其降解过程中pH值变化。   4.将MG63细胞分别与复合材料浸提液及材料片剂培养,运用CCK-8检测细胞的增值情况、扫描电子显微镜观察细胞在材料表面的形貌。   结果:   1.在110℃反应48小时下,二水硫酸钙在盐溶液中制备出高纯度、短轴六棱柱晶体形貌的α-CSH;半水硫酸钙和磷酸镁以无水乙醇为媒介复合形成复合人工骨。   2.在固液比为1g∶0.3ml时,CSH自固化时间为15±0.5min,在37℃,100%环境下养护一天,抗压强度为16±3.2MPa,固化后CSH转化为CSD;在固液比为1g∶0.16ml时,MPC自固化时间3±0.5min,养护一天的抗压强度为18±3.5MPa。复合材料在固液比为1g∶0.3ml时,含40 wt%、50 wt%、60 wt%MPC与CSH复合后,其自固化时间分别为12±0.4min,7±0.3min,6±0.5min;养护一天抗压强度分别为12±2.8MPa,23±3.6MPa,26±2.9MPa,固化后CSH未能转化为CSD。随着养护时间的延长,单纯硫酸钙、磷酸镁及各组复合材料的抗压强度均增加。养护4周时间,CSH的抗压强度为32±3.3MPa,MPC的抗压强度为38±2.7MPa,含40 wt%、50 wt%、60 wt%MPC的复合材料的抗压强度分别为28±3.2MPa、64±3.5MPa、71±3.8MPa,且随着养护时间的延长,XRD表征结果表明复合材料中的CSH逐渐固化为CSD。   3.材料体外骨生物活性表征:扫描电镜观察到单纯硫酸钙在SBF液中浸泡3天时间表面未见明显颗粒沉积。磷酸镁在SBF浸泡1天,表面有少量半球形颗粒沉积,浸泡3天时新生的半球形颗粒长成球形。复合材料在SBF液中浸泡1天时间,表面出现大量相互团聚的球形颗粒,浸泡3天时间,有一层球形颗粒沉积在复合材料表面。通过对材料表面沉积的球形颗粒进一步拉曼表征,球形颗粒是类骨样羟基磷灰石的典型形貌。   4.材料体外降解性能的评价:发现半水硫酸钙降解最快,磷酸镁降解最慢。半水硫酸钙在SBF浸泡4周大约降解了95%。磷酸镁在SBF浸泡12周仅降解了19.2%。降解12周,含40 wt%、50 wt%、60 wt%MPC的复合材料的降解率分别为70.3%、55.4%、48.6%。由于磷酸镁的添加,复合材料的降解率与半水硫酸钙相比明显延长(P<0.05)。   5.材料体外降解过程pH检测:半水硫酸钙降解过程中pH从7.36降到6.49,磷酸镁稳定在7.46左右。复合材料降解过程中pH值不断增大,呈现碱性,9.0左右。   6.复合材料细胞相容性评价:将材料浸提液与MG63细胞培养,CCK-8实验结果表明实验组光吸收度(0D值)与对照组相比未见明显差异(P>0.05),SEM观察细胞在材料上粘附与生长,表现出优良的细胞相容性。   结论:   1.复合材料自固化时间适宜6-12分钟,在一定配比范围内,其抗压强度明显高于半水硫酸钙和磷酸镁。   2.复合材料与半水硫酸钙相比能形成羟基磷灰石,具备骨生物活性,同时复合材料生物活性性能要优于磷酸镁。   3.复合材料的降解速率要明显慢于α-CSH,可以通过添加不同含量的MPC来控制材料的降解速率。   4.复合材料利于骨细胞粘附、增殖,具有良好的细胞相容性。
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