用于大段骨缺损修复的TCP_HA基多孔生物陶瓷的研制VIP专享VIP免费

第18卷第3期1996年9月武汉工业大学学报JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.18No.3Sep.1996用于大段骨缺损修复的TCP/HA基多孔生物陶瓷的研制黄学辉孙淑珍邬江新(材料学院)摘要:探索了TCP/HA基多孔生物陶瓷的配料组成,确定了较优制备条件,并通过X-射线衍射分析及SEM等揭示了材料的矿物组成及显微结构。制备出有望用于临床的多孔生物陶瓷材料。关键词:生物陶瓷;抗折强度;气孔率;骨缺损中图法分类号:R318.08收稿日期:1996-03-28.黄学辉:男,1962年生,硕士;武汉:武汉工业大学材料学院(430070).在矫形外科所用医学材料中,国内外学者对用于骨缺损修复的生物陶瓷进行了大量研究[1～3]。从小块骨缺损修复过渡到大段骨缺损修复,从非承重部位骨缺损修复过渡到承重部位骨缺损的修复,对材料性能提出了更为苛刻的要求。材料植入体内后,会受到复杂的交变应力、体液腐蚀等物理化学作用。从长远来看,如果材料植入体内后,随时间延长逐渐被自体骨所替代,最终变成浑然一体的自体骨,这样就可以克服惰性陶瓷用于大段骨缺损修复时的缺点。本文试图在这方面作些探索。1实验1.1材料设计的指导思想用于大段骨缺损修复的材料除具有良好的生物相容性与生物亲和性外,还必须具备两个基本特性:骨传导性与骨诱导性[4]。骨传导性是指材料为新骨生长提供通道或媒介(channel)的能力。骨诱导性是指剌激新骨形成的能力。为新骨生长提供通道,需要材料内有足够大的空隙。要使材料最终从置换部位消失,单凭材料完全降解是不现实的。若能将材料制成多孔状,且材料所占的体积分数降至最低,在降解作用下,有可能实现材料最终图1生物陶瓷生料的DTA曲线从置换部位消失。然而,材料中承担骨传导作用的部分必须有足够的力学强度及承载能力[1,4]。所以,材料的强度、气孔含量、气孔大小及分布、降解性能等是材料设计中必须兼顾的主要因素。1.2配方设计由于磷酸三钙(TCP),羟基磷灰石(HA)具有良好的生物相容性和亲和性,且磷酸三钙具有较好的生物降解性,而羟基磷灰石之化学组成接近动物骨骼中无机矿物的组成,故以磷酸三钙、羟基磷灰石为基体,辅以生物玻璃(BG)[5],碳粒(C),石蜡(SH),蜂蜡(F)等来制备生物陶瓷。我们采用正交设计方法设计配方,见表1。1.3烧成制度的确定通过对配合均匀的TCP,HA,BG与C等生物陶瓷生料的差热分析(DTA)曲线(见图1)及生物玻璃BG的差热分析曲线(见图2)来确定合理的升、降温制度。由图1可以看出,升温过程中在515℃,690℃附近应缓慢升温,以利于碳的燃烧与玻璃转变,确保在材料内形成珊瑚状连通气孔。同时,300℃以前排蜡阶段亦应缓慢升温,避免材料发生变形。降温时应在1050℃、850℃附近适当保温,以促使生物玻璃微晶化与晶型转变。对于给定组分,分别于1080℃、1120℃、1160℃、1200℃烧结1h,以抗折强度、气孔率为指标来确定最佳烧成温度,结果见图3。并将给定组分在1120℃温度下分别烧结5、30、60、75、100min来考察烧结时间对材料性能之影响,结果见图4。图2生物玻璃的DTA曲线表1TCP/HA基多孔生物陶瓷的配方位级TCPHABGCSHF142283713253247233211304352182773354571322536656781744071.4生物陶瓷常规性能测试1.4.1抗折强度、抗压强度测试将材料制成条状,精确量取其尺寸,在美国制造的MTS陶瓷试验系统上测量材料的破坏负荷,计算出材料的抗折强度(见表2和图3)与抗压强度(见表3和图4)。表2生物陶瓷的抗折强度烧结温度(℃)1080112011601200抗折强度(MPa)6.588.526.188.92表3生物陶瓷的抗压强度(1120℃烧结)烧结时间(min)5306075100抗压强度(MPa)12.6813.0814.1523.0924.861.4.2生物陶瓷气孔孔径及分布测试随机选取材料不同取向的剖面,在读数显微镜下测量材料内部气孔大小及分布,结果示于表4。表4生物陶瓷的气孔大小及分布气孔大小(�m)10～100101～200201～400401～600>600相对含量(%)2～75～2428～657～390～40相对含量平均值(%)713402416图3烧结温度对抗折强度的影响图4烧结时间对抗压强度的影响1.4.3生物陶瓷显气孔率、吸水率、体积密度测试将材料制成所需形状,烘至恒重,用静力称重法测量其显气孔率、吸水率、体积密度。结果见表5。材料烧成后的矿物类型及含量对其性能有显著影响。为此,我们用D/max-ⅢA型X射线衍射仪及扫...