增強型多孔生物陶瓷的制備及實驗研究.pdf

1、一、研究目的
　　 隨著材料科學和骨組織工程技術的發(fā)展，人工骨移植材料趨于替代自體、異體骨移植材料，應用于臨床各種骨缺損的修復。致密型生物陶瓷有較好的力學性能，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胞生長的微結構，因此它的生物學性能較差。目前應用于臨床的主要是生物可控性微結構多孔生物陶瓷。這種微結構能根據(jù)細胞和組織生長的需要，而被完全控制制作，并能控制材料的降解程度。但是它的力學性能又較差，不能對受力部位和器官起

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傳導材料。為了解決以上兩者之間的矛盾，既要有較好的力學性能，又要有較好的生物學性能。通過對天然骨骼的結構進行分析，發(fā)現(xiàn)骨骼優(yōu)異的力學性能得益于其密質(zhì)骨與松質(zhì)骨的復合結構；本研究即是在其啟發(fā)下制作了增強型多孔β-TCP生物陶瓷，并通過動物模型驗證其骨整合、生物降解及生物力學性能。
　　 二、研究方法
　　 (一)增強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，可隨意設計增強體的容積量；或通過公式計算來確定增強體的容積量。
　　 該增強型陶瓷可采用注漿成形、模壓成形或模壓-注漿協(xié)同成形來制作坯體。增強型陶瓷坯體放置到燒結爐中，逐步升溫到200℃至400℃氣化消除有機物質(zhì)，隨后繼續(xù)升溫到800℃至1300℃燒結成陶瓷。該陶瓷含有致密和多孔兩個部分。致密部分主要起到增加力學強度作用，而多孔部分主要起到細胞和組織長入

4、的引導作用，同時能被血管化而獲得足夠的血液供應營養(yǎng)，使新生組織形成相應的功能。該增強型陶瓷的致密部分可含有微孔，微孔率為0.1％～20％。該增強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)動物模型的建立
　　 新西蘭大白兔24只隨機分為二組：A組為實驗組，即增強型多孔β-TCP生物陶瓷組；B組為對照組，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股骨β-TCP生物陶瓷植入術，放入不同類型的β-TCP生物陶瓷。待手術后4、12、24周，每組均處死4只兔子并取出標本，留存?zhèn)溆谩?br>　　 (三)骨整合能力測定
　　 1.骨缺損區(qū)骨礦含量測定術后4、12、24周動物處死，死前用Norland XR-36型骨密度測量儀及小動物檢測軟件測定動物雙側橈骨骨缺損區(qū)的骨礦含量。
　　 2.組織學檢查三組分別于術后4、12和24周用空氣注射法

6、各處死1/3動物。將手術部位下1/3股骨完整取出，然后將標本縱向切割后進行硬組織切片麗春紅染色并進行形態(tài)學觀察。
　　 (四)生物降解能力測定
　　 將標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，由計算機圖像處理軟件給出結果。
　　 (五)生物力學性能測定
　　 將取出的標本圓柱體的兩個端面磨平。測量受壓面積后，試件垂直放置在MTS855型生物力學試驗機(美國MTS)上，測定

7、其抗壓縮強度，加載速度為1mm/min，直至圓柱體破裂，記錄試件破壞時的極限載荷，計算抗壓極限強度。
　　 三、結果
　　 (一)骨整合能力
　　 在術后當天、4周的骨密度值無顯著性差異(P＞0.05)，術后12周、24周實驗組的骨密度值低于對照組(P＜0.05)。隨著時間的延長，兩組的骨礦含量呈增長趨勢。另將24周實驗組和對照組的骨密度值與術前所測得的正常值(0.3375士0.0290)進行單向方差分析(One

8、-Way ANOVA)，發(fā)現(xiàn)三者無顯著性差異(F=3.186，P=0.062)，此時兩組的骨礦含量已接近于正常。
　　 (二)生物降解性
　　 增強型β-TCP中心多孔部分降解較快，周邊致密部分降解緩慢，其生物陶瓷實質(zhì)部分降解速度慢于多孔型，結果有統(tǒng)計學意義，與單純多孔型相比，其周徑變化不大，形態(tài)保持較好。
　　 (三)生物力學性能
　　 增強型多孔生物陶瓷自身強度隨時間減少不顯著，在各時間節(jié)點其強度均強