生物活性柠檬酸钙基复合骨水泥的制备与性能

发布时间：2018-06-22 10:08

本文选题：柠檬酸钙 + 壳聚糖　；参考：《成都理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：各种创伤及慢性疾病如骨质疏松症等使骨折及骨缺损的发生率显著增加,如何使骨折及骨缺损更好更快地愈合已成为骨科医生研究的热点问题之一,由于目前临床应用的人工骨填充修复材料如羟基磷灰石、磷酸钙、半水硫酸钙等存在脆性大、力学性能不足、降解速度过慢或过快等因素,导致其在临床应用上受到限制,因此有必要进一步开发新的骨填充修复材料。本论文研究了以柠檬酸钙(Calcium citrate,CC)为主要原料的骨水泥,研究了柠檬酸钙基复合骨水泥的凝结时间、抗压强度、抗溃散性、体外降解性、固化特征、体外细胞性能,并进一步将所制备的骨水泥尝试用于动物体内进行骨修复效果表征。实验采用共沉淀法制备壳聚糖/柠檬酸钙(CS/CC)复合粉末,以柠檬酸/柠檬酸钠水溶液作为固化液,制备了在空气中自然条件下能快速固化的新型CS/CC复合骨水泥,理化性能结果表明,当粉末中CS/CC质量比为1/5,液固比为0.4m L/g时,该骨水泥的凝结时间和抗压强度均较佳,其终凝时间约为17min,在空气中固化14天时的抗压强度为53MPa;骨水泥在pH值为7.2的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中浸泡后,相对于纯的CC骨水泥,CS/CC骨水泥的抗溃散性明显提高,降解率也相对加快,浸泡120h时的降解率已高达5.1%,CC/CS复合粉末制备过程中用来溶解壳聚糖的柠檬酸溶液使得CS/CC骨水泥在PBS中浸泡的pH值降低更多,浸泡24h后pH趋于平稳,浸泡120h时的溶液pH值为4.6,与人体的pH环境有一定的差别。CS的加入使CS/CC复合骨水泥具有更高的反应活性,在空气固化生成CaCO_3·6H_2O,在5×SBF中固化生成磷酸八钙[Ca_8H_2(PO_4)_6·5H_2O],而CC骨水泥在空气中几乎无固化产物产生,在5×SBF中有缺钙羟基磷灰石[Ca_9(HPO_4)(PO_4)_5(OH)]沉积。分别用CC骨水泥和CS/CC骨水泥的培养基浸提液培养L929细胞,结果表明,CS/CC骨水泥的细胞毒性大于纯的CC骨水泥,两种呈酸性的浸提液对嗜碱性的L929细胞的生长增殖均有明显的抑制作用,且这种抑制作用已掩盖了柠檬酸钙中为细胞生长增殖提供的Ca~(2+)的作用和壳聚糖的细胞生物活性。考虑到CC粉末与自然骨成分的相似度不高和其本身的弱酸性,将具有弱碱性和良好生物相容性的磷酸钙[羟基磷灰石(HA)或磷酸四钙/磷酸氢钙(TTCP/DCPA)]粉末与CC粉末复合,选择具有促凝性的0.5mol/L的K_2HPO_4/KH_2PO_4水溶液作为固化液,制备了在空气中自然条件下能够快速固化的磷酸钙/柠檬酸钙复合骨水泥。理化性能结果表明,采用片状CC与磷酸钙复合时的骨水泥具有较佳的抗压强度和凝结时间,其中液固比为1m L/g,HA/CC质量比为1/3时的骨水泥在14d时的抗压强度为39MPa,液固比0.8mL/g和质量比(TTCP/DCPA)/CC=1/2的(TTCP/DCPA)/CC骨水泥14d的抗压强度为35MPa左右,两种骨水泥的终凝时间均在25min之内,且抗压强度均大于液固比为0.8m L/g时的柠檬酸钙骨水泥,说明磷酸钙的加入使复合骨水泥的力学性能有所提高。在PH值为7.2的PBS中浸泡后,(TTCP/DCPA)/CC复合骨水泥的抗溃散性最好,体外降解速率得到了明显的控制,28d时的降解率为10.1%,(TTCP/DCPA)/CC骨水泥在PBS中浸泡后几乎没有改变溶液pH,浸泡28d时的PH为7.21,与人体的pH环境很相近。XRD、FTIR分析结果表明,(TTCP/DCPA)/CC骨水泥在空气中固化主要生成一种羟基磷灰石的前驱体Ca_4H_2(P_3O_(10))_2,在SBF中浸泡后骨水泥表面能诱导HA、Ca_3(PO_4)_2和Ca_4H_2(P_3O_(10))_2等磷酸钙的沉积,说明(TTCP/DCPA)/CC骨水泥具有良好体外骨诱导活性。分别用CC骨水泥和(TTCP/DCPA)/CC骨水泥的培养基浸提液培养L929、MSC细胞,结果表明,(TTCP/DCPA)/CC骨水泥的浸提液对L929、MSC两种细胞均表现为无毒性。骨水泥与MG63细胞共培养的细胞粘附性结果表明,MG63细胞在(TTCP/DCPA)/CC复合骨水泥上的生长增殖、粘附爬行能力更好。将制备的CC骨水泥和(TTCP/DCPA)/CC骨水泥填入动物骨缺损中,手术结果表明,两组动物均未发生任何手术并发症,且植入后两组骨水泥均表现良好的体内降解活性和骨诱导性,相比CC骨水泥组,(TTCP/DCPA)/CC骨水泥填充组的动物骨缺损处生成更多的新骨。
[Abstract]:Calcium citrate ( CC ) was used as the main raw material for bone cement . The results showed that when CS / CC mass ratio was 1 / 5 and liquid - solid ratio was 0.4m L / g , the pH value of CS / CC composite bone cement was lower than that of pure CC bone cement . The results showed that the compressive strength of calcium phosphate / DCPA / CC composite bone cement was about 35 MPa . The results showed that the compressive strength of the bone cement at the time of 28 d was 39 MPa , the ratio of liquid to solid was 0 . 8mL / g and the ratio of mass ratio ( TTCP / DCPA ) / CC = 1 / 2 ( TTCP / DCPA ) / CC bone cement was 1 / 3 . The results showed that ( TTCP / DCPA ) / CC bone cement had good osteoinductive activity in vitro .
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R318.08;R68

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