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骨水泥作为一种良好的骨粘结修复材料得到了广泛的研究和重视。传统的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)因其生物相容性差,降解产物对人体有害等,已逐渐被具有良好生物活性的磷酸钙骨水泥(CPC)和玻璃基骨水泥(GBC)所取代。CaO-P2O5-SiO2系统生物玻璃,是制备骨修复用生物活性陶瓷材料和玻璃基骨水泥的基础,目前已得到了广泛的研究。与传统的熔融法相比,采用溶胶-凝胶法制备的CaO-P2O5-SiO2生物玻璃均匀性好,比表面积高,并具有优良的生物活性和降解性能,目前已广泛用于制备粉体和涂层,但用于制备玻璃骨水泥固相填料的研究较少。
本文采用溶胶-凝胶法制备58S(58wt%SiO2-33wt%CaO-9wt%P2O5)生物活性玻璃粉,发现经600℃热处理后为无定形态结构。在此基础上调整玻璃配方研究了30S(30wt%SiO2-50wt%CaO-20wt%P2O5)玻璃,发现30S玻璃粉在600℃热处理后就出现了明显的析晶现象,将热处理温度提高至900℃后晶相进一步完整,形成了含有HA晶体的生物玻璃粉,说明提高组成中Ca含量有利于羟基磷灰石的析晶。
用无定形的58S生物玻璃粉和900℃热处理后制得的30S玻璃粉为原料,选用不同调和液进行固化,制备了复合玻璃骨水泥,研究玻璃粉的结构和组成对玻璃骨水泥力学性质和生物活性的影响。通过Gilmore双针法测定了骨水泥的凝结时间,并对样品进行了模拟体液(SBF)的浸泡实验。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、EDS能谱、原子吸收光谱、红外光谱(FTIR)等测试方法对其浸泡前后的物相和微观结构变化进行了分析对比研究。结果表明,用30wt%柠檬酸调和后制备的58S生物活性骨水泥固化时间能满足临床要求,但强度相对较低(<5MPa),用30S玻璃粉为原料可以将骨水泥固化后的抗压强度提高至16.68MPa。两种玻璃骨水泥都具有良好的生物活性,在模拟体液中浸泡后材料表面都生成了新的HA晶体。
用羟基磷灰石晶体和弱结晶的羟基磷灰石-壳聚糖(HA-CS)复合粉体为30S玻璃骨水泥的添加相,可以提高骨水泥固化后的抗压强度。SEM观察发现,HA-CS复合玻璃骨水泥在模拟体液中浸泡一定时间后,骨水泥表面形成大量微孔,这些结构有利于新组织和新骨的生长,因而材料具有较高的生物活性.