硅磷酸钙骨水泥固化性质及生物降解性
无机生物材料的种类有哪些
无机生物材料的种类有哪些无机生物材料是指由无机物质组成的具有生物功能的材料。
它们在生物体内起着重要的结构支持和功能调节作用。
无机生物材料的种类非常丰富，涵盖了不同的成分和结构。
首先，生物体内最常见的无机生物材料之一是钙磷骨水泥。
钙磷骨水泥是一种能够与骨组织相互粘合的材料，常用于骨折和骨缺损的修复。
它主要由磷酸盐、钙化合物等无机物质组成，具有出色的生物相容性和生物降解性，能够促进骨细胞生长和骨组织再生。
另一种常见的无机生物材料是氧化锆。
氧化锆是一种高强度、高韧性的陶瓷材料，被广泛应用于骨科和牙科领域的种植修复。
氧化锆具有良好的生物相容性，能够与骨组织紧密结合，具有优异的机械性能和耐腐蚀性能。
金属生物材料也是无机生物材料的一类重要代表。
其中，钛合金是最常用的金属生物材料之一。
钛合金具有良好的生物相容性，可以与骨组织直接结合，被广泛应用于骨科和牙科领域的种植修复。
此外，镍钛形状记忆合金具有特殊的形状记忆特性，可用于血管内支架和心脏起搏器等医疗器械的制造。
除了上述常见的无机生物材料，还有一些新兴的无机生物材料不断涌现。
例如，磷酸钙基复合材料被应用于骨修复和组织工程领域，可促进骨细胞的附着和生长。
另外，二氧化硅纳米材料具有优异的生物相容性和生物活性，被广泛应用于生物传感和药物传递等领域。
碳纳米管也是一种热门的无机生物材料，具有高强度、高导电性和生物相容性，在生物传感和组织工程等方面具有广阔的应用前景。
总结起来，无机生物材料的种类非常丰富。
它们在医学和生物工程领域发挥着重要的作用，能够促进组织的修复和再生。
随着科学技术的不断进步，无机生物材料的应用范围将会进一步扩大，为人类的健康和生活质量提供更多的帮助。
骨水泥
0,6
Palacos® Palacos® with Gentamicin
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Swedish Hip Register, 1996
组成与特性
组成与特性
“Revision rate of femoral components fixed with low viscous bone cement are 2.5 times higher compared with
组成与特性
机械学特性
不同的聚合体对骨水泥的机械学特性的影响
骨水泥
粉末
Palacos R CMW 1 Surgical Simplex
MMA/MA异聚体 MMMA同聚体 MMA/Styrene异聚体
静态拉伸疲劳 抗拉强度
应变
(Mpa)
2.1%
50
1.4%
36
1.2%
34
抗压强度 (Mpa)
93
107
定
历史
z 1959年 John Charnley开始利用 骨水泥对股骨假体和髋臼进行固定
z 1969年 抗生素骨水泥开始应用于临床 z ~1980 非骨水泥假体发展 z ~1990 骨水泥技术的发展
骨水泥全髋置换的成功依赖 骨水泥 骨水泥技术 手术技术
作用机制
什么是骨水泥？ 骨水泥是一种用来固定人工关节，具有自凝性
MMA/BMA异聚体 MMA/Styrene异聚体
品牌 CMW1 CMW3 Palacos R Palmed Osteopal Bone cement R Sulfix/Duracem Boneloc Biolos1 Surgical Simplex Ro CMW Endurance
磷酸钙骨水泥的新进展
生 物 骨 科 材 料 与 临 床 研 究
ＯＲ Ｈ ＡＥ Ｃ ＢＩ ＣＨ ＮＩ ＭＡ Ｅ ＩＬ Ａ Ｉ Ｃ Ｌ Ｓ Ｕ Ｙ Ｔ ＯＰ ｉ ＤＩ ＯＭＥ Ａ ＣＳ Ｔ ＲＡ Ｓ ＮＤ ＣＬＮＩＡ Ｔ Ｄ
２０ ０ ７年 ０ ２月 第４ 卷 第１ 期
Ｕｎ ｖ ｒｉ ， Ｓｈ ｎ ａ ２００ ３０ ｉ ｅｓｔ ｙ ａ ｇｈ ｉ ０
【 ｓ ａ ｔ Ｃ ｌ ｕ ｈ ｓｈ ｔ Ｃ ｍ ｎ （ Ｐ ） ｉ ａ ｒｍｉｎ ｔｒ ｌｏ ｎ ｐ ｉｂ ｃ ｕｅ ｆｔ ｂ ｃ ｍ Ａｂ ｔ ｃ】 ａ ｉｍ Ｐ ｏ ｐ ａ ｅ ｅ ｔ Ｃ Ｃ ｓ ｏ ｓ ｇ ｅｉ ｒ ｏ ｅ ｅ ａ ｅａ ｓ ｉ ｏ — ｒ ｃ ｅ ｐ ｉ ｍａ ａ ｆ ｂ ｒ ｒ ｏｉ ｏ ｓ
ｐ ｅ ａ ａｉｎ ｃ ｎｄｔｏ ｎｔ ｏ ｅｐｒｐｅ ｉｓｏ Ｃ ｒ ｕ ｍａ ｉｅ ｎ ｅ ｅ ｆｏｒｓｔ ｍ ｐ ｏ ｅｔ ｏ ｅｐ ｏ ｅ ｉｓ ｒ ｐ ｒｔｏ ｏ ｉｉｎｓｏ ｈ ｓ ｏ ｒ ｅ ｆＣＰ ｗｅ ｅｓ ｍ ｔ ｒｚ ｄａ ｄ ｒｃ ｎｔ ｅ ｔ ｉ ｒ ｖ ｈ ｓ ｒ ｐ ｒ ｅ ｏ ｔ ｗｅ ｅｉｔｏｄ ｃ ｄ ｒ ｎ ｒ ｕ ｅ ．
磷 酸 钙 骨 水 泥 （ ｌｉ ｍ Ｐ ｏ ｐ ａｅ Ｃａ ｃ ｕ ｈ ｓ ｈ ｔ Ｃｅ ｎ ， ｍｅ ｔ
ＣＰ ，又 叫 自固 化 磷 酸 钙 ，在 上 世 纪 ８ Ｃ） ０年 代 中 期 ，由 Ｅ Ｂｏ ． ｒ ｗｎ和 Ｌ Ｃ ｏ 发 明 …。它 主 要 由 磷 酸 钙 粉 末 和 ． ｈｗ 液 相 （ 馏 水 ，溶 液 以 及 血 液 等 ）组 成 。当 两 者 混 合 成 蒸 浆 体 后 ， 在 短 时 间 内及 一 定 的 生 理 环 境 （ ７ ， 湿 度 ３℃
磷酸钙骨水泥的临床应用与研究进展
折和骨不连等领域有广阔的应用前景。 目前所载药物
的种类主要有三类： 抗肿瘤药 、 生素和生物活性物 抗 质。
苗军等嘲 研究 了复合抗生素对磷酸钙骨水泥理 化性质的影响 。将不同剂量的头孢他啶和去甲万古 霉素与磷酸钙骨水泥复合 ， 检测固化时间、 抗压强度 及固化产物。发现在加入量小于 ５ ％的情况下 ， 随着
降低， 但仍高于正常松质骨抗压强度 ， 固化产物仍为 碳酸化羟基磷灰石 。因此 ， Ｐ Ｃ Ｃ复合一定量抗生素对
其理化性质影响不大 ， 是理想的抗生素载体。 Ｍｉ ａ ｕ 等将含有 １ｍｇ ｇ ｒ ０ ／ 顺铂 （Ｄ Ｐ ｋ Ｃ Ｄ ）的 Ｃ Ｃ Ｐ 植入到大鼠肢体骨肉瘤模型的瘤体 中， ４周后检测瘤
需 要灵活 地进 行个 体化 治疗 。
解， 以致达不到预期效果 。 如果使用 Ｃ Ｃ作为 Ｂ Ｐ ＭＰ
的载体使其逐步释放 ， 则对发挥功效有重要的作用。
Ｏ ｕａ ｈ ｒ 等将复合不同剂量 ｒ ＭＰ ２（． ｎ ，． ｎ ） ｈ Ｂ 一 １ ６ｇ ６ ８ｇ ２ ２
体体积变化和转移的结节数 目，发现载有 Ｃ Ｄ Ｄ Ｐ的
Ｃ Ｃ显示出良好的抑瘤效果 ； Ｐ 同时将其与 ５ ｇ ｇ ｍ ／ 静 ｋ
收稿日期：０６ ０ — ６ ２０ — ３ １ 作者简介 ： 李建华 ， 工程师 女，
维普资讯
《 陶瓷学报） ０ ６年第 ３期 ） ０ ２
骨水泥介绍及使用
现阶段临床使用的骨水泥有两大类：（1）不可降解的骨水泥：丙烯酸骨水泥，聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）等；（2）可被降解的骨水泥：羟基磷酸钙骨水泥（hydroxyapatie,HA）等。
实验发现羟基磷酸钙骨水泥不能提高椎体强度与硬度。
PMMA是目前PVP最常用的骨水泥。
现在应用比较广泛的是PMMA。
其是一种无机高分子骨修复材料，主要由聚甲基丙烯酸甲脂和单体丙烯酸甲脂聚合而成，属传统的骨替代材料。
其聚合过程大致分为四个时相，包括：（1）稀薄阶段：粉液迅速调匀，在开始30～50s 内呈稀薄液状；（2）黏稠阶段：粉液混合50s后PMMA开始变黏稠，呈糨糊至生面团状，约持续到3min，经皮椎体成形术需在此阶段15～25min内迅速将PMMA注入椎体内，否则，则难于将PMMA注入椎体内；（3）硬化阶段：约5～7min 后PMMA变硬固定、按压不变形；（4）产热阶段：7～12min聚合时产热最高可达70℃，此时组织可能有一定的灼伤。
具体解释：一、混合期又称粥状期/搅拌期：匀浆化，液体状注：聚合体在单体中的溶解膨胀刚刚开始，单体的聚合也仅仅处于起步阶段，既感觉不出温度的变化，也看不到粘度的变化。
粉末与液体依然彼此分开，粉末沉在底部，透明的单体浮在上面。
经不断搅拌后，骨水泥呈灰白色，稀粥状。
二、粘丝期又称等待期/出丝期，混合物变稠，牵拉出丝注：在不断的搅拌下，混合物开始变粘稠，单体与聚合体的界限变得不清了，但尚无明显的温度变化，并逐渐成为浆糊状，用搅拌棒将骨水泥挑起时，可抽出细丝，细丝越来越多，预示即将成团，如图5所示。
此时，将骨水泥从容器中取出，放在手套上。
三、成团期又称面团期/工作期/应用期：开始不粘手套，温度增高，填充骨水泥，置入假体注：出丝期的骨水泥，可粘附在手套上，经过一段时间揉槎，变成表面光滑，不粘手套的面团状。
此时聚合反应速度加快，开始产热，应尽快将骨水泥置入骨面与人工假体之间进行粘合。
四、固化期又称硬化期/凝固期：温度急剧升高，假体固定，骨水泥硬化注：面团状的后期，聚合反应剧烈进行，温度明显升高，在1-2min之间温度可上升到100℃左右（温度达峰值）。
磷酸钙 溶胶凝胶法
磷酸钙溶胶凝胶法磷酸钙溶胶凝胶法是一种制备磷酸钙纳米颗粒的方法，其具有简单快捷、成本低廉的优点，因此在生物医学领域得到广泛应用。
我们需要了解磷酸钙的基本性质。
磷酸钙是一种无机化合物，化学式为Ca3(PO4)2，它是骨骼和牙齿的主要成分。
由于磷酸钙具有良好的生物相容性和生物可降解性，因此被广泛研究和应用于骨修复、药物缓释等领域。
磷酸钙溶胶凝胶法的制备过程如下：首先，将磷酸钙的前体溶解在适当的溶剂中，得到磷酸钙溶液。
然后，通过调节溶液的pH值和温度，使磷酸钙溶液发生凝胶化反应，形成磷酸钙凝胶。
最后，将磷酸钙凝胶经过干燥、煅烧等处理，得到磷酸钙纳米颗粒。
磷酸钙溶胶凝胶法的制备过程相对简单，无需复杂的设备和条件，因此在实际应用中具有很大的潜力。
此外，磷酸钙溶胶凝胶法还可以通过控制制备条件来调控磷酸钙纳米颗粒的形貌和尺寸，以满足不同应用的需求。
经过磷酸钙溶胶凝胶法制备的磷酸钙纳米颗粒具有很多优良的性能。
首先，它们具有良好的生物相容性和生物可降解性，可以很好地与组织相容并逐渐被生物体吸收。
其次，磷酸钙纳米颗粒具有较大的比表面积和较高的生物活性，可以提高药物的载药量和释放速率，从而实现药物的缓释作用。
此外，磷酸钙纳米颗粒还可以作为骨修复材料，促进骨细胞的附着和增殖，加速骨组织的再生和修复。
磷酸钙溶胶凝胶法在生物医学领域的应用非常广泛。
例如，可以将药物包载到磷酸钙纳米颗粒中，制备成药物缓释系统，用于治疗肿瘤等疾病。
此外，磷酸钙纳米颗粒还可以用于骨修复材料的制备，用于治疗骨折、骨缺损等骨骼疾病。
此外，磷酸钙纳米颗粒还可以用于生物传感器、组织工程等领域。
磷酸钙溶胶凝胶法是一种制备磷酸钙纳米颗粒的简单、快捷、成本低廉的方法，具有广泛的应用前景。
通过控制制备条件，可以调控磷酸钙纳米颗粒的形貌和尺寸，以满足不同应用的需求。
经过磷酸钙溶胶凝胶法制备的磷酸钙纳米颗粒具有良好的生物相容性和生物可降解性，可以用于药物缓释、骨修复等领域。
掺锶磷酸钙骨水泥的体外细胞生物学性能评价及其与掺锶量的相关性
掺锶磷酸钙骨水泥的体外细胞生物学性能评价及其与掺锶量的相关性（作者:___________单位: ___________邮编: ___________）作者：岳进，郭大刚，孙翔，雷德林，毛天球【摘要】目的评价“SrHPO4/Ca4(PO4)2O/CaHPO4”系掺锶磷灰石骨水泥的生物相容性及其与掺锶量的关系。
方法通过急性全身毒性、热原性、溶血性、体外细胞毒性以及成骨细胞在材料表面的黏附、增殖与表达等实验，检测材料的性能及生物降解潜能。
结果“SrHPO4/Ca4(PO4)2O/CaHPO4”系掺锶磷灰石骨水泥的急性全身毒性、热原性、溶血性、体外细胞毒性均为合格。
Sr-CPC的热原性、溶血性以及碱性磷酸酶值与掺锶量呈非线性关系。
结论含锶磷酸钙骨水泥体外细胞生物相容性良好，是安全的新型骨组织工程支架材料。
【关键词】掺锶磷灰石骨水泥生物相容性成骨细胞成纤维细胞ABSTRACT: Objective To investigate the biocompatibility of Sr-containing calcium phosphate cement series ［SrHPO4/Ca4(PO4)2O/CaHPO4］. Methods A series tests, including acute systemic toxicity test, pyrogen test,hemolysis test, cytotoxicity test and in vitro biological behavior of osteoblasts, were designed to evaluate the cytobiology of the material. Results Sr-containing calcium phosphate cement had excellent biocompatibility and all of the biological evaluation tests were up to the standard. Pyrogen test, hemolysis test and ALP value of Sr-containing calcium phosphate cement behavior had non-linear relationships with the Sr-doped content. Conclusion Sr-containing calcium phosphate cement series are good in biocompatibility and can be widely used in tissue engineering research.KEY WORDS: Sr-containing calcium phosphate cement; biocompatibility; osteoblast; fibroblast羟基磷灰石(hydroxyapatite, HAP)块体陶瓷虽然具有良好的生物相容性与生物活性，但降解极其缓慢［1］。
第三章-无机非金属生物材料讲解
4.2.1 氧化铝陶瓷
▪ 1932年开始临床应用 ▪ 1963年氧化铝陶瓷人工骨 ▪ 1964年牙科移植物 ▪ 1970年氧化铝瓷球、窝和不锈钢杆制成的
全髋关节人工假体 ▪ 1981年氧化铝陶瓷全膝关节假体开始应用 ▪ 1980’s初，单晶氧化铝陶瓷骨螺钉在外科
矫形手术中应用
一、氧化铝陶瓷的组成、制备工艺 氧化铝陶瓷：Al2O3含量在45％以上，主晶相为-
第三章 无机非金属生物材料
3.1 概述
水泥、玻璃、陶瓷
无机非金属材料
材料 金属材料 高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维
无机非金属材料主要有陶瓷、玻璃、水泥 三大类。
➢ 陶瓷主要是以黏土为原料烧制而成的一种多晶多相 (气体、液体、晶体和非晶体)的聚集体； ➢ 水泥为一种细磨材料，加入适量水后成为塑性浆体， 能在空气中硬化，或在水中硬化，并能把其他增强材 料牢固地胶结在一起的水硬性材料； ➢ 玻璃为熔融物冷却硬化而得到的非晶态固体。
成本低
二、氧化铝陶瓷的结构与性能
▪ 氧化铝陶瓷具有优异的生物相容性，在生理环境下相当 稳定，抗腐蚀，无溶出物，具低膨胀性能。
▪ 氧化铝生物陶瓷密度大于3.9g／cm3，室温抗压强度约为 4000MPa、抗弯强度大于400MPa、杨氏模量为380GPa、抗 冲击强度4000J／m2，耐磨性和耐腐蚀性符合ISO规范实验 要求。
▪ 尤其是它的较高的抗血栓性、耐磨性、低比重和 长期使用不劣化等性能，使碳素材料几乎是目前
唯一可选用的人工心脏瓣膜材料。
3.4 羟基磷灰石陶瓷
▪ 羟基磷灰石（ HA）是人体骨组织的主要无 机成分，占90％，碳酸钙等其它成分占10 ％。
▪ 羟基磷灰石具有很好的生物相容性
3.4.1 羟基磷灰石的原粉的合成和制品成型
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性，随后相继研究了硫酸钙（ CaSO4 ） 、二结晶水磷酸 氢钙（ DCPD） 、碳酸钙 （ CaCO3 ） 等添加物与硅酸钙 （ 硅酸二钙 C2 S、C3 S） 相复合的骨水泥［6 － 8］，与传统 的 CPC 相比，硅酸钙骨水泥具有较长的固化时间， 较低的水化热，较高的力学强度，能够刺激骨细胞增 殖，添加上 述 钙 盐 的 硅 酸 三 钙 骨 水 泥，固 化 时 间 缩 短，机械性能一定程度上得到改善。
的固化性质和在模拟体液（ SBF） 中浸泡后材料降解性。与 CPC 骨水泥相比，复合 C3 S 骨水泥的固化时间延长，一定量的 C3 S
可提高 CPC 的抗压强度。在模拟体液浸泡设定时间后，含 C3 S 骨水泥降解率明显增加。含 C3 S 的骨水泥水化反应产物有缺钙
型羟基磷灰石（ CDHA） 相生成，因此有良好的生物相容性，有可能作为一种可降解的骨组织再生材料使用。
cements are higher than that of pure apatite cement． And the compressive strength of the TTCP / DCPA / C3 S composite paste increases with increasing the proportion of C3 S in a certain concentration range． Compared with C3 S-free pastes，the composite pates show significant increase in degradation rate under the soaking in simulated body fluid （ SBF） ． The composited cements is able to form calcium deficiency hydroxyapatite （ CDHA） phase ans show good biocompability．
Key words： tricalcium silicate； calcium phosphate cement； self-setting； in vitro cytotoxicity
自固化性质的骨水泥具有可任意塑性的特点， 因此骨水泥在临床中得到广泛应用。磷酸钙（ CPC） 骨水泥具有良好的生物相容性，在众多的骨水泥材 料中占有重要的地位。常见的磷酸钙（ CPC） 骨水泥 材料体系常以磷酸四钙 （ Ca4 （ PO4 ） 2 O，TTCP） 和磷 酸氢钙（ CaHPO4 ，DCPA） 等为固相原料，与液相（ 蒸 馏水、磷酸盐缓冲液、磷酸等） 混合一定时间后胶凝 固化，产物多为羟基磷灰石（ HA） 或者缺钙型羟基 磷灰石（ CDHA） ［1］，该水泥具有可调的固化时间范 围，水化产物与骨、牙组织中无机成分接近，有良好 的生物相容性并且具备一定的机械性能，在临床上 常用于骨填充和牙科材料使用。但该材料结晶为 HA 或 CDHA，在生理环境下，不易溶解，降解性较 差，其应用的范围受到限制［2 － 3］。
硅酸三钙（ Ca3 SiO5 ，C3 S） 是波特兰水泥中主要 的水化胶凝成份。早期以硅酸三钙为主要成分的三 氧化矿物凝聚体（ mineral trioxide aggregate，MTA） 作 为一种牙科修复材料在临床使用，表现出良好的抗 菌性、密封 性 和 生 物 相 容 性［4］。 文 献［5］在 细 胞 水 平上研究了纯 C3S 骨水泥的理化性质和生物相容
第 33 卷第 1 期 2013 年 1 月
现代化工 Modern Chemical Industry
Jan． 2013 ·65·
硅磷酸钙骨水泥固化性质及生物降解性
杨 洪，江 泳，刘 璨，赵慧娟，师明旭，刘晓娜 ( 河南师范大学生命科学学院，河南 新乡 453007)
摘要： 共沉淀反应法制备硅酸三钙（ C3 S） ，研究了含硅酸三钙（ C3 S） 的磷酸钙系（ 磷酸四钙 + 磷酸氢钙） 骨水泥（ CPC） 材料
关键词： 硅酸三钙； 磷酸钙骨水泥； 自固化； 模拟体液浸泡
中图分类号： O611． 3
文献标志码： A
文章编号： 0253 － 4320（ 2013） 01 － 0065 － 03
Self-setting properties and in vitro degradability of apatite cements composited with tricalcium silicate
YANG Hong，JIANG Yong，LIU Can，ZHAO HuXiao-na
（ College of Life Science，Henan Normal University，Xinxiang 453007，China）
Abstract： Tricalcium silicate（ Ca3 SiO5 ，C3 S） is synthesized by coprecipatition method． A novel bioactive composite cement is obtained by incorporation of tricalcium silicate into an apatite cement composed of tetracalcium phosphate （ Ca4 （ PO4 ） 2 O，TTCP） and anhydrous dicalcium phosphate （ CaHPO4 ，DCPA） ． The setting properties of the new cements are studied． The degradation rate of the pastes soked in SBF is detected． The results indicate that setting times of composited