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聚合磷酸钙[Ca(PO3)2]凭借其优良的生物相容性和骨引导性,近年来成为骨组织修复材料领域的研究热点。聚合磷酸钙是一种新型的线性无机聚合物,其线性链状的骨架结构是由中间基团(Q2)和端部基团(Q1)构成。在水性环境中,端部基团优先断链水解,降解产物为正磷酸根和钙离子,与骨组织成份相近。本文从聚合磷酸钙的结构出发,将材料的结构和性能相关联,研究其降解机理。通过控制烧结温度和改变端部基团在聚磷酸链中的相对比例,实现聚合磷酸钙的降解可控。实验结果表明,随着烧结温度的上升,端部基团在聚磷酸链中的相对比例不断下降。在研究聚合磷酸钙在模拟体液(SBF)中降解性能中,发现含有较高端部基团比例的聚合磷酸钙降解较快,较低抗压强度和pH值均较低。细胞相容性实验表明聚合磷酸钙具有良好的生物活性,能够很好地支持C2C12细胞的黏附、生长、增殖,并保持一定的功能和活性。特别地,含有较高端部基团比例的聚合磷酸钙,细胞增殖能力相对较弱。
本文还研究了定向聚合磷酸钙微晶玻璃。利用界面诱导成核技术,通过向Ca(PO3)2玻璃熔体中引入Al2O3片作为异质界面,制备了各向异性的Ca(PO3)2微晶玻璃。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对制备的Ca(PO3)2微晶玻璃进行分析后,发现Ca(PO3)2晶体按照其晶体c轴垂直于Al2O3片表面定向生长排列,表现了很强的晶体生长取向性。在维氏(Vickers)微硬度实验中,沿垂直于Al2O3片切割的平面,其硬度值比沿平行于Al2O3片切割的平面低500MPa。在SBF中进行的溶解腐蚀性实验中,沿垂直于Al2O3片切割的平面相对与沿平行于Al2O3片切割的平面更容易被溶液侵蚀,浸泡12天后,表面更加粗糙。在进一步的细胞培养实验中发现,与沿垂直于Al2O3片切割的平面相比,细胞在沿平行于Al2O3片切割的平面更容易贴附、生长与增殖,说明材料内部的晶体排列结构的不同对细胞活性有一定的影响。
通过对聚合磷酸钙中的聚磷酸链基团特性和晶体排列结构的研究,以及其结构对材料体外降解性和细胞生物相容性的探讨,阐明了通过控制和改变材料的内部结构来进一步调整和改进材料的物理化学性能以及生物相容性的设想是可行的,这为进一步制备和发展新一代可控生物降解材料提供了一定的理论依据。