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TCP—聚合物复合资料研究进展
纲领:TCP—聚合物复合资料作为生物资料使用的是β相,近代生物医学工程学学科领域向来遇到人们的亲近关注。综述了β-TCP复合资料的制备、性能以及应用。
要点词:β-TCP;制备;性能;应用。
Abstract:βphaseareusedbyTCPcomposite—materialsasbiologicalmaterial,—TCPcompositematerial’spreparation、performanceandapplicationarereviewed.
keyword:-βTCP;preparation;performance;application.
一、序言
近些年来,跟着生物陶瓷资料的快速发展,已成为高新技术家产的再生长点,
所以有关β-TCP复合生物陶瓷的研究就显得特别活跃。β-TCP是生物降解和生物
汲取型活性资料,其降解产物Ca2+、PO45-等离子可进入活体体液形成新骨,成为理想的硬组织修复资料。此中这部分资料所需的一个性能就是可降解,可降解汲取陶瓷是生物陶瓷中的一类,属于一种临时性的代替资料,可在生理环境中被逐渐降解和汲取,并为再生组织代替,从而达到修复或代替被破坏组织的目的。最早被应用的生物降解陶瓷为石膏,它拥有优秀的生物相容性,可是被汲取速率快,与再生骨生长速率不可以般配。β-TCP拥有优秀的生物降解性、生物相容性和生物无毒性,当其植入人体后,降解下来的Ca、P离子能进入活体循环系统形成再生骨,所以它作为理想的骨代替资料已成为世界各国学者研究的要点之一。
二、β-TCP复合资料的制备
1、β-TCP粉末的制备
湿法工艺制备
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湿法工艺包含可溶性钙盐和磷酸盐反响工艺[21以及酸碱中和反响工艺口],可溶性钙盐和磷酸盐反响工艺一般以Ca(NO32和(NH42HPO4为原料,搅拌条件下将磷酸氢铵溶液按必定的速度滴加到***钙溶液中,加入氨水调理溶液的pH值,经陈化、过滤、清洗干燥、煅烧成β-TCP陶瓷粉末。中和反响工艺以Ca(OH2和H3PO4为原料,将磷酸滴加到Ca(OH2的悬浮液中,静置、积淀后进行过滤,此工艺
反响独一副产品是水,故积淀勿需清洗,干燥后煅烧即得β-TCP粉末。湿法工艺的生产装置简单并且简单操作,制备的前驱体粉末颗粒渺小均匀、纯度高,但要求反响
物的浓度不该太大,滴加速度也不可以太快,生成的积淀即使长时间的陈化(>24h,固液分别仍旧困难,不适用于大规模的生产,所以当前提出了一些改良的方法,如
何毅,王士斌等人改变了加料的方式,战胜了传统方法抽滤困难的问题。
干法工艺制备
干法工艺是用磷酸氢钙和碳酸钙在高温下反响生成β-TCP。张士华等采纳此
法制备了颗粒渺小的β—TCP粉末,于法工艺反响机理比湿法复杂,制备的TCP粉末晶体构造无晶格缩短,结晶性好,但晶粒尺寸较大,构成不均匀,有杂相存在,研磨时不但费时,且易遇到污染,所以较少采纳。
水热法工艺制备
水热法工艺应用较少,它是在水热条件下,控制必定温度和压力,以CaHPO2或CaHPO42H2O为原料合成获取晶格完好,晶粒直径更大的TCP粉末,水热法对设施
的耐腐化性要求较高,废液需要办理,反响条件对产物的生成和性质有较大的影响。
醇化合物法工艺制备
醇化合物法是采纳较稳固物钙乙二醇化合物和拥有必定活性,由P205与n-丁
醇反响生成的PO(OHx(OR3、产物为前驱体。引入醋酸能够有效控制前驱体闻反
应,防范两前驱体直接混淆时产生积淀。当醋酸与钙的摩尔比为4,两前驱体以
n(Ca:n(P=,可获取稳固混淆溶液,将混淆溶液溶剂蒸发后获取的千胶状粉末
在1000℃煅烧,可获取纯β-TCP。该法制得的产物纯度高、颗粒超细、均匀性
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好、颗粒形状及尺寸可控;可是其原料价钱高、有机溶剂毒性及高温热办理时颗粒简单快速聚会,限制了这类方法的运用。
微波烧结法工艺制备
β-TCP的制备方法可采纳可溶性钙盐Ca(NO324H2O和磷酸盐(NH42HPO4反响,按Ca/P=,加入氨水调理pH值,经清洗、抽滤、烘干,于硅钼棒电阻炉中1250℃下煅烧,保温2h,过250目筛,得β-TCP超细粉末。
2、多孔β-TCP生物陶瓷的制备
β-TCP成分与骨组织相像,拥有优秀的生物相容性、简单生物降解汲取、拥有骨传导性以及无毒副作用,被视为优秀的骨代替资料。致密型β—TCP生物陶瓷力学性能较好,但不利于资料在体内降解,因此实质应用不多。而多孔的β-TCP生物陶瓷其巨大的比表面积能够促进资料在体内降解,这主假如由骨组织的特色决定的,假如植入骨基质的代替物为单位供给支持框架,则骨单位能够此为依靠生长,骨缺损能够重修和修复,假如为骨缺损供给的骨基质代替物在孔隙面貌和构造上与骨单位及脉管连结方式一致,则植入资料会促进骨组织的重修。
多孔型磷酸钙陶瓷的制备有发泡法和加致孔剂法两种。采纳发泡法简单制成必定形状、
构成、密度的多孔陶瓷,但也存在必定的弊端,第一采纳该法制备的多孔生物陶瓷资料的工艺复杂,并且简单产生小孔径闭嘴气孔,其次整个制备工艺过程不可以精准的量化控制,很多状况需要靠经验来调理,从而以致成品率不高。加致孔剂法方便简单,能够制得形状复杂、气孔各异的多孔资料,并且多孔β-TCP生物陶瓷的孔径、孔隙率人为可控,可是气孔率不是很高,气孔的分布不均匀。
多孔β—TCP陶瓷是一种微孔/大孔构造,微孔构造关于资料的生物可汲取性拥有重要作用,它有益于组织的渗透,能产生局部酸性环境,促进资料的降解;大孔构造则有益于发挥资料的骨传导性。
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三、β-TCP复合资料的性能及有关实验
1、β-TCP复合资料性能
力学性能
β-TCP的生物力学性能取决于孔隙,气孔分为微气孔(因为烧成过程中颗粒未充分靠拢造成的与粉末大小相仿的气孔和大气孔(几百微米的气孔,微气孔决定资料的降解速度,大气孔则能够使骨组织长入,多孔资料的总抗压强度是由总气孔率决定的。
骨结合特征
许多研究者以为,供新骨组织长入的TCP孔径不行小于100um,但Eggli等在比较了两种不一样孔径和孔间连通侧孔的TCP资料后,得出了不一样的结论。他发现小
孔(50-100Um孔间连通丰富的TCP资料,在新骨生长深度上,优于(200-400Um而
侧孔少的同种资料,因此他以为孔间丰富的连统统道能够促进血管和组织的长入,对新骨生长的深度更拥有决定意义。3生物降解性
β-TCP资料植入体内后可逐渐发生生物降解,其生物降解有助于植入部位的骨修复。在人体的生理环境下,多孔的β-TCP会发生物理化学溶解,这取决于资料的溶解产物及四周环境的pH值,新的表面相可能形成非晶态磷酸钙等代替物,或在晶界等活性较高的地区发生变化而分解成较小的颗粒,其余一些生理要素的影响,如吞噬作用能够降低四周的pH值,也会使多孔的β-TCP发生降解。Manjubala等以为破骨细胞在β-TCP双相陶瓷的汲取中起重要作用。
生物相容性
β-TCP资料的体外实验显示该资料拥有优秀的细胞相容性,动物或人体细胞能够在β-TCP资料上正常生长、分化及生殖,众多的动物体内实验和临床应用也表示:该资料无毒性,无局部刺激性,不致溶血或凝血,不致突变或癌变。Klein等将4种不一样孔隙率和孔径的β-TCP
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资料植入兔胜骨内,发现上述几种β-TCP资料均表现出优秀的生物相容性,并且无炎性细胞浸润等炎症反响,并且新骨能够直接在资料表面形成。
2、β-TCP复合资料性能有关实验
β-TCP复合资料的降解性能测试实验
a、实验方法:资料住动物体内植入方式:取大鼠33只,雌雄均有,重200—250g,用1%戊巴妥钠腹腔内麻醉后,膝部剃毛消毒,作膝内侧纵埘口,显现双侧股骨于骺端。、深3mm骨腔洞,用生理盐水冲洗腔洞除掉骨屑。将多孔TCP陶瓷制成φ2×2mm大小的网柱形样
品,高压消毒后植入双侧骨腔洞内,并使植入资料表面低于骨皮质表面,分层缝合切口。植入后8、24周各处死4只动物,将植入资料连同四周骨组纵一同拿出,取植入区中心横断面作为标本,用10%福尔马林固定,脱钙,再用白腊包埋,切成6微米厚切片,HE染色,在光学显微镜下观察标本的组织学变化。
b、结论:动物实验表示。多孔β—TCP资料拥有优秀的生物相容性及生物降
解特征,同时,。
β-TCP复合资料成型实验
a、实验方法:采纳中国科学院应用化学供给的PLGA,采纳温州市化学用料厂生产的的TCP。使用快速成型低温堆积工艺,质量比分别为9:::3的TCP用溶剂配成浆料,在快速成型低温堆积设施长进行成型,制成35X25X12mm的立方体,。成型结束后将成型件用冻干机进行冻干。
b、结论:在快速成形低温堆积过程中,质量比为的9:1的TCP复合资料出丝粗细均匀,连续稳固,能够适应的扫描速度范围较宽,工艺参数易丁调理控制。质
量比为8:2的资料出丝较均匀,基本能够保持其面貌,但不是很稳固,易断裂,且因为缺点积累易以致破坏,成形件不可以做得很高工艺参数不易调理质量比为的资料出
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丝不均,出丝极易断裂甚至不出丝,在形体搭建过程中新出丝线简单和四周已成形部分随机粘接,形成局部资料积聚,工艺参数较难控制。
β-TCP复合资料细胞毒性实验
a、实验方法:采纳细胞系L-929在MEM&10%小牛血清培育基上,制成3种TCP不一样配比资料的立方切成1-2mm的薄片,冲洗,浸泡于无血清MEM中37°C水
浴72h(。
b、结论:由此可知,TCP的质量配比分别为9:1和8:2的两种资料的细胞毒性
性能不合格,而7:3的资料刚刚合格。跟着TCP复合资猜中的TCP含量增加,资料的细胞毒性降落。
四、β-TCP复合资料的应用
1、β-TCP复合资料在骨架资猜中的应用
β-TCP复合骨架资料
骨形态发生蛋白(BMPS是一种存在于人和动物骨基质中的非胶原蛋白,能够刺激骨髓基质干细胞(MSCS向成软骨和成骨方向分化,其骨引诱活性拥有非种属特异
性,能跨种引诱成骨。拥有生物活性和骨传导作用的β-TCP与BMP复合能更好地发挥陶瓷和BMP之间的共同作用。β-TCP为细胞生长和分化供给基质,同时其骨传导性可刺激骨形成。
β-TCP骨髓复合骨架资料
骨髓拥有成骨的特征,当骨髓被栽种到骨缺损部位后可引诱新骨形成,从而修复
骨缺损。实验研究己证明在人和动物健康红骨髓的基质细胞中含有定向性前成骨
细胞(DOPC,DOPC拥有定向地分化为骨组织的能力。何悦等将犬骨髓和支架资料
β-TCP复合物植入裸鼠体内,观察到成骨作用明显,这表示自体犬骨髓/β-TCP陶瓷复合人工骨拥有优秀的成骨作用。天然BMP在骨内含量少,分别提纯困难,从而限制了多孔β-TCP/BMP人工骨的研制和应用。3β-TCP聚合物复合骨架资料
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聚合物类资料主要指可生物降解的G-聚酯类资料,如聚L-乳酸(PLLA、聚乙醇酸(PGA及其共聚物。将其与β-TCP复合,能够填补各单调资料的弊端,产生单调资料所不拥有的优秀性能。陈锐等采纳浇铸-模压成型-沥滤法研制了不一样孔
隙率、孔径的PLLA/β-TCP多孔复合资料,改良资料的力学性能。Bennett利用β-
TCP加强二氧杂环己烷和乙交酯的共聚物,获取一种可注射、模塑性好的灰泥。聚富马酸丙烯酯(PPF可生物降解,并在常温下能随意塑型,将其与β-TCP复合加强其机械性能,作为一种可注射式填补资料,能很好地用于不规则骨缺损部位的修复,还可作为药物载体。
β-TCP胶原蛋白复合骨架资料
胶原蛋白是一种合适制造生物资料的拥有理想分子的物质,主假如因为胶原是骨的主要成分,I型胶原及其交联纤维构造是骨细胞外基质中最丰富的蛋白。胶原
的构造对矿物堆积拥有引诱作用,它的表面含有堆积矿物的位点,可有效地引起和控制矿化过程、促进骨形成并引发到植入物中。凌翔等将胶原(CO与纳米磷酸三
钙(N-TCP复合制成复合资料并植入兔颅骨,观察到CO/N-TCP复合资料拥有指引成骨能力,并且复合资料在骨表面指引成骨能力优于HA。
β-TCP羟基磷灰石(HA复合骨架资料
将可汲取β-TCP与羟基磷灰石烧结在一同,因为β-TCP在体内的降解速度较快,
它会
快速溶解在多孔的HA的构造中形成局部高浓度的磷酸钙区,节余的多孔羟基磷灰石构造能够促进组织长入和新骨形成,并为完好的愈合供给长远的支架。
2、β-TCP复合资料在骨科中的应用β-TCP资料的在口腔颔面外科、眼科、耳鼻喉科等均有宽泛应用,临床上用于齿周骨性缺损的维修、颔面重修、根管充填以
及药物的缓释载体等。当前,因为更多的其余资料及因子获取认识和开发,β-
TCP的应用形式也日趋丰富多样,比较常有的是以下几种方式:β-TCP人工骨,β
-TCP复合人工骨以及β-TCP药物载体。β-TCP植入骨组织后,在其界面形成一
种钙磷的固-液均衡。保持这类均衡的离子来自四周的骨组织和植入资料。这些钙
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磷离子“媒介”最后以生物性磷灰石的形式形成钙磷固
体堆积在界面,形成β-TCP
与骨的直接结合或骨性结合。Rawling等以为二者的结合是一种
化学性磷灰石和
生物性磷灰石的归并。β-TCP与其余资料复合,能优化β-TCP人工骨的性能,
如多孔β-TCP与BMP及红骨髓等活性成分复合,或许在此基础上再增加其余活
性成分,形成兼具骨传导和骨引诱两重特征的
复合资料,能够明显提升资料的成
骨能力。也有将TCP和其余种类资料结合,如
Kawamura等利用微量金属元素Zn
对成骨细胞的增殖效应,用适当的Zn对TCP进行表面涂层办理,使资料
的成骨
性能获取明显提升;Beroto等则将水分别相的TCP加入到聚***丙烯酸甲酯
(PMMA中,所制成的多孔人工骨资料力学性能与人体骨相当;
还有研究者将
TCP陶瓷颗粒和经交联办理后的明胶制成复合资料,
体外细胞培育实验表示该材
料拥有优秀的生物相容性,能促进成骨细胞生长。以β-TCP为基体的药物载体
连同药植入体内患处,体液由微孔渗透载体,
使药物溶解,形成药液,并在病区
局部连续缓慢释药,从而达到杀灭病灶区细茵,提升疗效的目的,并减
少副作
用,还可用于骨癌及其余骨病的治疗。Mitenmuller等利用带微孔的陶瓷颗粒作为
抗结核药及抗茵素的载体,填塞至骨髓炎患部约10周后,缺损骨基本修复,陶瓷
粒几乎所有被组织汲取。β-TCP为基体的药物载体主要拥有使用方便、局部释药
浓度可控、减少对正常细胞的伤害以及资料可被汲取等长处。总之,跟着其余资料研究的不停进展,TCP人工骨的应用远景也将日趋广阔。3、β-TCP复合资料作为细胞载体的应用骨缺损的理想治疗不仅要恢复骨骼的连续性,并且要缩短康复的时间,使骨骼初期获取机械应力刺激,防范长远不负重或外固定以致废用性骨萎缩。最近几年来跟着细胞生物学和资料科学的发展,已应用培育的成骨细胞和合成的资料复合治疗骨缺损,并获得了满意的临床效6
果,从而使组织工程骨的出现成为可能。陶瓷资料在重修骨科中的主要作用
是骨传导支架,当前在骨修复和再生研究最宽泛的陶瓷资料是羟基磷灰石、-TCP
以及二者的混淆物。β这些资料极少在周边的组织内引起免疫反响。β-TCP快速
汲取,块状β-TCP的孔隙率较低且孔隙间的连结不完好,β-TCP资料在重汲取前
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不行能达到有效的骨长入,这使得TCP在临床应用遇到限制。高度结晶羟基磷灰
石是稳固的,在体内的汲取率只有每年5%~15%。珊瑚羟基磷灰石是多孔、高结
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晶HA在当前应用的模范。为解决羟基磷灰石缓慢汲取的弊端,采纳双相磷酸陶
瓷,由羟基磷灰石和β-TCP构成。当资料移植人体内后,植入体内后,β-TCP快
速汲取,余下的羟基磷灰石支架资料同意骨堆积,形成稳固和长远的支架。安洪等引采纳多孔双向羟基磷灰石(由羟基磷灰石和少许β-TCP制成的一种人工骨资料治疗49例骨缺损患者,,均获得优秀的成效。五、结语骨骼是人体的支架,担负着支持、保护、承重、造血、贮钙和代谢等功能,是人体重要的组织器官。尽管骨拥有必定的再生和自我修复能力,但临床上因为肿瘤、外伤、
感染和先本性发育不良等造成的大面积骨缺损,以及因为人均寿命增加以致的骨
质松散,超出了骨组织的自我修复能力,需要采纳外科手术进行骨移植治疗。β-TCP作为人体硬组织代替资料是生物资料发展的一大热门,跟着全世界老龄化的发
展,B-TCP生物活性资料拥有广阔的研究价值和市场远景。β-TCP在应用上获得
了必定的成就,可是其疲惫强度低、脆性大、抗折及抗仲击性能远不可以满足高负
荷人工骨要求;其余,修复资料的降解率与成骨速率不协调,要战胜这些弊端,
此后的研究要点应放在将不一样类生物资料复合,并且采纳特定的加工技术,研制
专心学性能、化学性质、物理构造等方面近似于人体骨组织性质的生物资料。随
着生物医学的进一步发展,各样制备技术的不停完美,β-TCP势必更多地应用于
临床,更好地为人类造福。其余,跟着生物医用资料的发展,β-TCP对探究新式
降解陶瓷也拥有重要意义。经过这段时间对生物陶瓷资料的查阅与认识,认识到我国在这方面的研究还落伍与西方某些发达国家。生物陶瓷资料作文一种生物医用资料拥有广阔的应用远景,相信经过科学家的努力,我国在生物陶瓷研究方面会有一个很大的飞奔。六、参照文件[1]龚立,陈际达,-TCP的研究进展及其在骨科中的应用[J].河北化工,2006,9:54-57[2]周杰,高金睿,王志强,[J].硅酸7
盐通知,2009,6:495-499[3]刘佳祺,[J].中国美容医学,2011,4:688-691[4]樊冬辉,徐政,李世普,闫玉
华,—TCP资料的生物降解性能及有关机理研究[J].中国康复医学杂
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工程PLGA/TCP复合资料的性能研究[J].资料导报,2003,12:76-79[6]胡卫
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