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单纯的硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)具有良好的生物活性和生物相容性,但是它们的凝固时间偏长,强度尤其是早期强度偏低,很大程度上限制了它们可能的临床应用。在这篇论文中,我们在保留硅酸钙水泥好的生物活性和生物相容性的前提下,以提高材料自固化性能为出发点,通过复合和配方优化,设计制备了二元或三元复合钙硅基自固化材料并探讨将其作为口腔及骨修复材料的可能性。此外,还探讨了钙硅基水泥作为抗生素药物载体的可能性。
1.制备了C3S-C2S复合材料。结果表明,C3S-C2S具有比单一组分更好的力学强度,更短的凝固时间。在C2S加入量为20％、水灰比为0.5 ml/g的优化条件下,C3S-C2S固化1天后的强度可以达到26.4MPa,28天后的强度超过了50MPa。此外,C3S-C2S具有好的体外生物活性和细胞相容性。因此,C3S-C2S复合自固化材料为硅酸钙水泥的实际应用提供了有效的方案,很有可能应用在硬组织修复领域。
2.制备了硅酸三钙-铝酸三钙(C3S—C3A)和硅酸二钙-铝酸三钙(C2S-C3A)水泥。结果表明,C3A可以减少水泥的凝固时间,改善力学强度。横向对比发现,两种水泥有相同的水化产物,相似的体外生物活性和细胞相容性。尽管C3S-C3A的强度更好,但C2S-C3A周围环境的碱性较弱、放热量更低。这些说明C3S-C3A与C2S-C3A具有互补性,因而设计了C3S-C2S-C3A体系。在C2S与C3S质量比为1:4和C3A比重低于10％的条件下,C3S-C2S-C3A具有小于1小时的凝固时间,高于标准50MPa的抗压强度,良好的体外生物活性以及比临床产品Dycal更好的牙髓细胞相容性,因此,C3S-C2S-C3A有可能发展成为一种新型的口腔修复材料。
3.制备了C3S-C2S-半水石膏(POP)复合体系。结果表明,POP的加入能够使C3S-C2S-POP的凝固时间缩短到临床推荐的时间范围内。当加入30％的POP时,可注射的C3S-C2S-30％POP固化1天后的强度显著提高,并且具有和商用磷酸钙骨水泥可比的力学性能。此外,复合材料的降解速率可以通过改变POP的含量加以调整。当POP含量低于50％的时候,C3S-C2S-POP具有良好的生物活性。因此,含有适量POP的C3S-C2S-POP复合自固化材料很有潜力发展成为新型钙硅基骨水泥材料。
4.针对临床治疗过程中容易出现的炎症如骨髓炎症状,研究了单纯C3S以及C3S-半水石膏复合体系体外释放硫酸庆大霉素的行为。结果表明,负载在C3S中的硫酸庆大霉素在水中以及磷酸缓冲溶液中均显示出较好的缓慢释放效果,没有发生明显的药物突释现象。通过调整一些实验参数以及加入不同比例的硫酸钙,还可以对药物释放的速率进行一定程度的调控。此外,一定量药物的加入并没有显著影响材料的力学性能和良好的体外生物活性。因此,钙硅基自固化材料很可能作为一种生物活性的,同时具有负载抗生素和缓慢释放药物性能的骨填充材料应用于骨缺损修复以及术后感染的预防。