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1材料制備和方法

2.1雙相磷酸鈣粉末合成

本研究采用Ca(NO3)2和(NH4)2HPO4作為起始原料濕法合成混合均勻的羥基磷灰石（hydroxyapatite,HA）/磷酸三鈣(TricalciumPhosphate,TCP)。通過控制反應(yīng)液中的pH值和Ca/P原子比可以制備不同HA/βTCP比例的共沉淀粉體?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式如下：

Ca(NO3)2+(NH4)2HPO4+NH4OH→Ca5(OH)(PO4)3↓+Ca3(PO4)2↓＋NH4NO3（式－1）

經(jīng)老化，將沉淀過濾并用蒸餾水反復(fù)清洗至pH7，烘干，球磨機(jī)研磨成粉末備用。

1.2磷酸鈣多孔支架的制備

磷酸鈣陶瓷多孔支架材料采用有機(jī)泡沫浸漿法，將上述合成的磷酸鈣粉料加入蒸餾水調(diào)制成磷酸鈣漿料，浸漬有機(jī)泡沫，干燥，然后經(jīng)過1250℃的高溫?zé)Y(jié)，去除有機(jī)泡沫，即可制備多孔磷酸鈣陶瓷。

根據(jù)文獻(xiàn)［6］，多孔磷酸鈣骨水泥粉末由αTCP（αCa3(PO4)2）、DCPD（CaHPO4.2H2O）、HA（Ca5(PO4)3OH）、CaCO3按58∶25∶8.5∶8.5的質(zhì)量比混合而成。采用NaCl顆粒作為致孔劑，致孔劑占70wt％，其中60％的致孔劑的粒徑小于200μm，剩下的40％分布在200～450μm之間。采用磷酸緩沖液作為液相，將粉相和液相混合后，磷酸鈣骨水泥發(fā)生固化。在蒸餾水中將易溶造孔劑溶解，即形成多孔磷酸鈣骨水泥。

1.3磷酸鈣多孔組織工程多孔材料的表征

1.3.1孔隙率的測定本研究采用直接稱重體積計(jì)算法測定多孔磷酸鈣陶瓷的孔隙率。先切取形狀規(guī)則且大小合適的多孔材料樣品，注意切割試樣時(shí)盡量不要使材料的原始孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，且試樣形狀應(yīng)便于測量和進(jìn)行體積計(jì)算。利用天平稱出試樣質(zhì)量，利用游標(biāo)卡尺進(jìn)行樣品的尺寸測量，并計(jì)算其體積，根據(jù)公式得出孔率［7，8］。

本實(shí)驗(yàn)中制備的骨水泥樣品，每個(gè)質(zhì)量都為1g。凝固后形狀為圓柱狀，測得直徑為15mm，高3mm.本實(shí)驗(yàn)采用的NaCl的密度為2.16g/cm3.

1.3.2形貌觀察采用掃描電鏡觀察了組織工程多孔支架材料的高倍形貌。分別取兩種多孔磷酸鈣生物材料，鍍金，利用掃描電鏡（FEI，Quta200）觀察多孔磷酸鈣生物材料的孔隙結(jié)構(gòu)和形貌。

1.3.3成分分析采用X射線衍射測定兩種組織工程支架材料的相組成，測試條件采用X射線衍射儀（Philip，Xpert）對樣品粉末進(jìn)行分析，選擇銅靶在35mA、45kV的測試條件［9］。

2結(jié)果

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多孔材料的孔率（又稱孔隙率或孔隙度），是指多孔體中孔隙所占體積與多孔體總體積之比，一般以百分?jǐn)?shù)來表示，該指標(biāo)是多孔材料中的最基本的參數(shù)之一，也是決定多孔材料的其它性能的關(guān)鍵因素。多孔材料的孔隙包括貫通孔、半通孔和閉合孔3種，這3種孔率的總和就是總孔率［10］。

本研究所制備多孔磷酸鈣陶瓷的孔隙率約為72％；多孔磷酸鈣骨水泥的孔隙率約為67％.

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采用掃描電鏡觀察了多孔磷酸鈣陶瓷和磷酸鈣骨水泥的形貌，如圖2所示。從圖中可以觀察到，在兩種多孔支架材料大孔的孔壁上均有大量孔徑在幾個(gè)至數(shù)十微米的微孔，尤其是磷酸鈣多孔陶瓷。

2.3成分分析

X射線衍射結(jié)果如圖3所示。從圖中可分析磷酸鈣陶瓷中主要相成分為羥基磷灰石（HA），此外還含有少量的磷酸三鈣（βTCP）。磷酸鈣骨水泥粉末主要為磷酸三鈣，其中主要包括β相的磷酸三鈣（βTCP）和少量的β相磷酸三鈣（βTCP）。磷酸鈣粉相和液相混合固化后，主要成分為HA、βTCP和βTCP，經(jīng)過蒸餾水的浸泡后，其中的βTCP、βTCP的含量下降，尤其是βTCP的衍射峰基本消失，而HA的含量明顯增加［11］。

磷酸鈣骨水泥能夠自行硬化并轉(zhuǎn)化為羥基磷灰石的原理基于不同磷酸鈣鹽在水中的溶解度的差異。由于在pH4.2～11范圍內(nèi)，羥基磷灰石在水中的溶解度是最小的，因而在熱力學(xué)上是最穩(wěn)定的。其它磷酸鈣鹽在水中會(huì)向HA轉(zhuǎn)化，因此，本實(shí)驗(yàn)制備的磷酸鈣骨水泥隨著固化以及在蒸餾水中浸泡后，HA的含量明顯增加，而磷酸鈣骨水泥粉相中的αTCP等，溶解或轉(zhuǎn)化成HA。雖然自然骨中無機(jī)相主要為HA，但也有少量的TCP，因此HA、αTCP和βTCP三種磷酸鈣鹽均具有優(yōu)良的生物相容性，已成功地被應(yīng)用于臨床［12］。

3討論

通過體外培養(yǎng)細(xì)胞或在磷酸鈣生物材料中添加一定的生物因子，如骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP），轉(zhuǎn)移生長因子（TGFβ）等,或者在生物材料體外培養(yǎng)細(xì)胞，通過添加生長因子或細(xì)胞賦予生物材料誘導(dǎo)組織再生的能力，這種在體外構(gòu)建組織的方法被稱為“組織工程”，是目前研究的方向［13］。根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)其定義為：“在體內(nèi)和體外應(yīng)用科學(xué)原理和方法構(gòu)建組織工程醫(yī)療產(chǎn)品，用于醫(yī)學(xué)診斷和治療。各種原理和技術(shù)是工程學(xué)和生物醫(yī)學(xué)基本的實(shí)踐和方法，例如：制造傳統(tǒng)醫(yī)療器械和生物制品的細(xì)胞、基因，或藥物治療，胚胎學(xué)或其他形式的發(fā)育學(xué)和生物學(xué)，外科修復(fù)方法和技術(shù)等。組織工程也可用于生產(chǎn)非人體用產(chǎn)品。”，根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，其定義為：“指制造一類醫(yī)療產(chǎn)品的技術(shù)和工藝，這類醫(yī)療產(chǎn)品中活組織或細(xì)胞應(yīng)能修復(fù)、改善或再生受者細(xì)胞、組織和器官和/或其結(jié)果和功能”。

組織工程的三大要素分別為：細(xì)胞、細(xì)胞生長因子和細(xì)胞載體材料。由于分離的細(xì)胞自身不能形成組織，它們需要特殊的環(huán)境，通常包括細(xì)胞生長臨時(shí)的支架材料。這種三維支架材料常常模擬其自然對應(yīng)物——體內(nèi)的細(xì)胞外基質(zhì)，既起物理支架的作用，又是細(xì)胞在體外培養(yǎng)和后期植入的粘附物質(zhì)。運(yùn)用于骨組織工程的支架材料主要有無機(jī)材料和生物可吸收高分子材料或它們的復(fù)合物，無機(jī)材料主要包括羥基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）、磷酸三鈣（Tricalciumphosphate,TCP）以及它們組成的雙相磷酸鈣材料等［14］。但如何制備模仿自然骨組織的孔隙結(jié)構(gòu)，尤其是適合細(xì)胞長入的孔隙結(jié)構(gòu)，包括適當(dāng)?shù)目紫冻叽纭⒁约翱紫兜呢炌ㄐ缘?，是?dāng)前骨組織工程研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

貫穿式多孔結(jié)構(gòu)有利于組織液的滲入，使組織液能夠進(jìn)入材料內(nèi)部，材料與組織液接觸面積增加，有利于材料的生物降解［15］。為了適應(yīng)新生骨組織長入材料的要求，微孔的最小孔徑必須大于100μm，此時(shí)，骨細(xì)胞可以在孔內(nèi)生長，有利于材料的血管彼此連通，以保證長入材料深部的組織有營養(yǎng)供給，同時(shí)種植體可以起到支架作用［16］。

作者采用有機(jī)泡沫浸漬法和加入致孔劑的方法,制備出多孔磷酸鈣陶瓷和磷酸鈣骨水泥，通過控制有機(jī)泡沫的孔隙率和孔隙結(jié)構(gòu)，以及致孔劑的加入量和尺寸，有效控制多孔磷酸鈣陶瓷和骨水泥中的孔隙率和孔隙尺寸，并分別采用掃描電鏡、X射線研究分析其表面形貌和孔隙結(jié)構(gòu)，測定磷酸鈣陶瓷和骨水泥的孔隙率，以及相成分，證實(shí)其有利于細(xì)胞和細(xì)胞生長因子在體外構(gòu)建組織，是具有適合新骨長入的孔隙率、孔隙尺寸和結(jié)構(gòu)的多孔磷酸鈣組織工程支架材料。

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【摘要】目的制備適合新骨長入的孔隙率、孔隙尺寸和結(jié)構(gòu)的多孔磷酸鈣組織工程支架材料。方法通過濕法共沉淀法合成羥基磷灰石（HA）/磷酸三鈣（TCP）雙相粉末，采用有機(jī)泡沫浸漿法和適當(dāng)?shù)闹驴讋?，分別制備多孔磷酸鈣陶瓷和多孔磷酸鈣骨水泥。采用掃描電鏡觀測試樣的孔隙結(jié)構(gòu)，測量其孔隙率，利用X射線衍射分析其相成分。結(jié)果多孔磷酸鈣陶瓷和磷酸鈣骨水泥的孔隙率分別為72％和67％；孔隙尺寸分布在200μm和280μm左右；孔壁上分別存在大量孔徑為數(shù)微米至數(shù)十微米的微孔；X射線衍射結(jié)果證明多孔磷酸鈣陶瓷的組成包括HA和βTCP，骨水泥的成分為HA，αTCPandβTCP。結(jié)論試驗(yàn)制備的多孔磷酸鈣生物材料具有適合新骨長入的孔隙直徑、孔隙率和良好的生物相容性。

【關(guān)鍵詞】多孔磷酸鈣陶瓷;骨水泥;微孔;生物相容性