采用在磷酸钙中掺入锶离子的技术,把快速成型宏孔可控树脂作为模板,构建出“成分可变、结构可控、性能可调”的新型骨支架。该支架强度和降解速率会受宏孔直径与孔隙率的影响。此外,以生物材料角度为理论依据,掺锶磷酸钙是一种良好的新型生物复合陶瓷材料,它的性能较纯磷酸钙来说要好很多,它将会在生物医学临床表现出重要的应用前景。它的制备工艺是配制不同的浆料注入快速成型的模板中,并不断搅拌振荡,把浆料完全充分覆盖在模板表面,去除模板表面多余的浆料,置入37℃,百分百湿度的空气环境下固化24个小时,之后进行干燥。
1.4.1掺锶羟基磷灰石
与人体自然骨和牙齿等硬组织中的无机质相比较,羟基磷灰石在化学成分和晶体结构上与其相似,生物相容性和生物活性良好。自然骨是一种典型的纳米羟基磷灰石,会导致生物性能的变化。而人工合成的HA比自然骨中的更稳定且更易结晶,不会轻易导致生物降解,有利于骨头损伤部位的修复。
为实现更高的要求,我们可以在羟基磷灰石中加入微量元素锶,提高骨容量[28]、减少骨流失的能力[29]。医学上,锶的化合物雷尼酸锶,能够降低骨的再吸收、促使新骨的形成,在预防和治疗骨质疏松症有较好的医学前景。体外研究表明,雷尼酸锶可促进前造骨细胞分化,抑制破骨细胞分化,并降低破骨细胞的功能[30]。在元素周期表中,锶与钙同族,因此锶可以取代HA中的钙,从而形成置换固溶体。由于离子半径和性质这两个因素,锶与钙之间存在差异,锶使HA的发生晶格畸变[31],从而改变其结晶性和生物降解性。以下是制备掺锶羟基磷灰石的几种方法:
(1)酸碱法[32]:设备简便,但是生成的产物较难形成结晶。
(2)沉淀法[33]:制备工艺简单一流,但是生成的产物含有杂质,纯度不高,容易引入碳酸根等离子。
(3)高温固相合成法[34]:合成产物容易形成结晶,但是整个体系反应较慢,产物半径大,容易团聚在一起。
(4)溶胶一凝胶法[35]:该方法制备掺锶羟基磷灰石时需要高温烧结,粉体容易团聚,但过程不受控制。
我们可以通过XRD、IR、TEM、EDX和TG/DTA等方式对产物进行检测,分析产物的化学成分、形貌特征、相和稳定性,并以细胞培养的方式来判断产物是否具有毒性,从而进行评价。
总的来说,在羟基磷灰石中加入了锶,能在很大程度上提高材料的性能,但是对于锶含量的控制也有一定说法。少量的锶具有刺激骨形成的作用,高剂量的锶对于骨的矿化起有害作用。
1.4.2掺锶透钙磷石
透钙磷石是作为动物骨骼无机成分的前体物质,在生理条件下能够降解地较快。但是由于透钙磷石降解速度快,且成骨作用比羟基磷灰石差,所以它也受到了一定的应用限制。为了改善透钙磷石的性能,可以加入亲和力元素锶,协调锶和透钙磷石两个材料,提高种植体骨结合效率。
1.4.3掺锶三磷酸钙
磷酸三钙以白色晶体或者无定形粉末的形式存在,普遍存在于人体骨骼中,是一种良好的骨修复材料,是一种生物降解型材料。它的生物相容性良好,植入体内后能够与骨直接进行融合,没有任何局部炎症反应或者任何副作用或者毒性,是一种应用前景较大的临床材料。掺锶三磷酸钙会出现低疲劳强度,较高的刚性和脆性等缺陷,这是因为高切口的敏感性,而这些缺陷会造成材料难以成型和加工等问题。为了使三磷酸钙具有生物活性,且能够使其吸收速度与新生骨头的生长速度相一致,因此可以在该材料中加入锶,通过X射线照片、横截面积测量、光学显微镜、电子显微镜来观察加入锶后的三磷酸钙的组织相容性和材料吸收与新生骨的情况。发现掺锶的三磷酸钙植入体内后,并没有炎症的产生,而且降解速度快,使其降解速度与新生骨的生成速度相一致,并且能够显著影响三磷酸钙转化为HA的作用,其表面能够生成络合物大分子,减缓水解,阻碍HA进一步晶化,提高稳定性。