增強(qiáng)型多孔生物陶瓷的制備及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、一、研究目的
　　 隨著材料科學(xué)和骨組織工程技術(shù)的發(fā)展，人工骨移植材料趨于替代自體、異體骨移植材料，應(yīng)用于臨床各種骨缺損的修復(fù)。致密型生物陶瓷有較好的力學(xué)性能，可以起到支撐和支架作用，但是由于它不存在能適合組織和細(xì)胞生長(zhǎng)的微結(jié)構(gòu)，因此它的生物學(xué)性能較差。目前應(yīng)用于臨床的主要是生物可控性微結(jié)構(gòu)多孔生物陶瓷。這種微結(jié)構(gòu)能根據(jù)細(xì)胞和組織生長(zhǎng)的需要，而被完全控制制作，并能控制材料的降解程度。但是它的力學(xué)性能又較差，不能對(duì)受力部位和器官起

2、到良好地支撐作用，因此目前多孔生物陶瓷僅能作為填充材料和非承重部位的組織生長(zhǎng)傳導(dǎo)材料。為了解決以上兩者之間的矛盾，既要有較好的力學(xué)性能，又要有較好的生物學(xué)性能。通過(guò)對(duì)天然骨骼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)骨骼優(yōu)異的力學(xué)性能得益于其密質(zhì)骨與松質(zhì)骨的復(fù)合結(jié)構(gòu)；本研究即是在其啟發(fā)下制作了增強(qiáng)型多孔β-TCP生物陶瓷，并通過(guò)動(dòng)物模型驗(yàn)證其骨整合、生物降解及生物力學(xué)性能。
　　 二、研究方法
　　 (一)增強(qiáng)型多孔型生物陶瓷的制備
　

3、　 根據(jù)產(chǎn)品形狀和大小，制作相應(yīng)的分體式模具，根據(jù)產(chǎn)品的用途及使用的方法，可隨意設(shè)計(jì)增強(qiáng)體的容積量；或通過(guò)公式計(jì)算來(lái)確定增強(qiáng)體的容積量。
　　 該增強(qiáng)型陶瓷可采用注漿成形、模壓成形或模壓-注漿協(xié)同成形來(lái)制作坯體。增強(qiáng)型陶瓷坯體放置到燒結(jié)爐中，逐步升溫到200℃至400℃氣化消除有機(jī)物質(zhì)，隨后繼續(xù)升溫到800℃至1300℃燒結(jié)成陶瓷。該陶瓷含有致密和多孔兩個(gè)部分。致密部分主要起到增加力學(xué)強(qiáng)度作用，而多孔部分主要起到細(xì)胞和組織長(zhǎng)入

4、的引導(dǎo)作用，同時(shí)能被血管化而獲得足夠的血液供應(yīng)營(yíng)養(yǎng)，使新生組織形成相應(yīng)的功能。該增強(qiáng)型陶瓷的致密部分可含有微孔，微孔率為0.1％～20％。該增強(qiáng)體的多孔部分孔徑為50～1000μm，氣孔率為50％～85％，孔的內(nèi)連接徑20～500μm，孔隙溝通率10％～100％。
　　 (二)動(dòng)物模型的建立
　　 新西蘭大白兔24只隨機(jī)分為二組：A組為實(shí)驗(yàn)組，即增強(qiáng)型多孔β-TCP生物陶瓷組；B組為對(duì)照組，即多孔型β-TCP生物陶瓷組。

5、每組均為12只。每只大白兔均行雙側(cè)股骨β-TCP生物陶瓷植入術(shù)，放入不同類型的β-TCP生物陶瓷。待手術(shù)后4、12、24周，每組均處死4只兔子并取出標(biāo)本，留存?zhèn)溆谩?br>　　 (三)骨整合能力測(cè)定
　　 1.骨缺損區(qū)骨礦含量測(cè)定術(shù)后4、12、24周動(dòng)物處死，死前用Norland XR-36型骨密度測(cè)量?jī)x及小動(dòng)物檢測(cè)軟件測(cè)定動(dòng)物雙側(cè)橈骨骨缺損區(qū)的骨礦含量。
　　 2.組織學(xué)檢查三組分別于術(shù)后4、12和24周用空氣注射法

6、各處死1/3動(dòng)物。將手術(shù)部位下1/3股骨完整取出，然后將標(biāo)本縱向切割后進(jìn)行硬組織切片麗春紅染色并進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察。
　　 (四)生物降解能力測(cè)定
　　 將標(biāo)本制作為硬組織切片，X線顯微照相后，依據(jù)各種組織在X線透視中透光度不同，由計(jì)算機(jī)圖像處理軟件給出結(jié)果。
　　 (五)生物力學(xué)性能測(cè)定
　　 將取出的標(biāo)本圓柱體的兩個(gè)端面磨平。測(cè)量受壓面積后，試件垂直放置在MTS855型生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)(美國(guó)MTS)上，測(cè)定

7、其抗壓縮強(qiáng)度，加載速度為1mm/min，直至圓柱體破裂，記錄試件破壞時(shí)的極限載荷，計(jì)算抗壓極限強(qiáng)度。
　　 三、結(jié)果
　　 (一)骨整合能力
　　 在術(shù)后當(dāng)天、4周的骨密度值無(wú)顯著性差異(P＞0.05)，術(shù)后12周、24周實(shí)驗(yàn)組的骨密度值低于對(duì)照組(P＜0.05)。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，兩組的骨礦含量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。另將24周實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的骨密度值與術(shù)前所測(cè)得的正常值(0.3375士0.0290)進(jìn)行單向方差分析(One

8、-Way ANOVA)，發(fā)現(xiàn)三者無(wú)顯著性差異(F=3.186，P=0.062)，此時(shí)兩組的骨礦含量已接近于正常。
　　 (二)生物降解性
　　 增強(qiáng)型β-TCP中心多孔部分降解較快，周邊致密部分降解緩慢，其生物陶瓷實(shí)質(zhì)部分降解速度慢于多孔型，結(jié)果有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與單純多孔型相比，其周徑變化不大，形態(tài)保持較好。
　　 (三)生物力學(xué)性能
　　 增強(qiáng)型多孔生物陶瓷自身強(qiáng)度隨時(shí)間減少不顯著，在各時(shí)間節(jié)點(diǎn)其強(qiáng)度均強(qiáng)