磷酸钙骨水泥大孔径多孔骨组织工程支架材料的制备与强韧化

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磷酸钙骨水泥具有良好的生物相容性和可注射性,能够塑造成各种形状,固化后形成的羟基磷灰石和人体骨的无机成分相似,是一种具有良好应用前景的新型生物医用材料。本文用一种新型磷酸钙骨水泥,选择可溶粒子造孔法,制备了大孔径多孔磷酸钙骨水泥骨组织工程支架材料,并采用孔隙灌注可降解高分子和复合高分子纤维两种不同方法增强磷酸钙骨水泥多孔支架,复合组织工程支架的强度得到了显著改善,对材料的结构与性能进行了表征,分析了增强的机理。 采用无毒、可溶解性良好的谷氨酸钠棒状晶体作为造孔粒子,通过粒子溶出造孔法,制备出高孔隙率和孔隙间连通性的磷酸钙骨水泥多孔组织工程支架材料。研究表明,支架的孔隙率范围为74.2%-90.4%,孔隙直径在100~600μm,但材料强度较低。通过灌注工艺分别制备了明胶(Gelatin)、聚乳酸/羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)与磷酸钙骨水泥复合的多孔支架。研究表明,灌注高分子可在CPC孔壁上形成不同形貌的膜层,复合支架材料的强度随高分子材料与水接触角的增大而减小,其中Gelatin/CPC复合支架材料的增强效果最好。当磷酸钙骨水泥支架总孔隙率为87%、明胶溶液浓度为16%时,复合支架材料具有最佳的压缩强度,达到3.7 MPa,并具有良好的柔韧性。经多次重复灌注后,支架的大孔隙基本被多孔状明胶填满,力学性能能够与松质骨的力学性能匹配。研究了通过加入甲壳素纤维与磷酸钙骨水泥复合的方法来提高支架材料的强度。结果表明,复合2%质量百分比的甲壳素纤维可提高支架材料的压缩强度达3.58MPa,断裂应变显著增大。同时还研究了纤维含量和纤维长度对支架强度的影响。所制备的支架基本上能够满足非承重部位骨缺损修复的要求,有望经进一步改善后应用于临床。
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