黃原膠對(duì)磷酸鈣骨水泥性能的影響，目前惟一既能自行固化又能產(chǎn)生骨傳導(dǎo)效果的骨骼 修復(fù)材料.雖然CPC具有隨意塑形、使用方便等優(yōu)點(diǎn)， 但其固化時(shí)過(guò)多的滲血或滲液會(huì)溶解調(diào)和物。為克服 這•缺點(diǎn)，可通過(guò)復(fù)合各種有機(jī)物對(duì)S前的CPC進(jìn)行 改進(jìn)[1-21。

黃原膠是一種水溶性生物高分子聚合物，在醫(yī)學(xué) 和藥學(xué)中用作增稠劑和穩(wěn)定劑。本實(shí)驗(yàn)考察了高分子多糖黃原膠在酸、堿2種液相下對(duì)磷酸鈣骨水泥抗沖刷 性官^&凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、水化產(chǎn)物等的影響。

2實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1 CPC粉末的制備

磷酸三鈣的制備是將磷酸氫鈣和碳酸鈣按摩爾 比2:]充分混合，黃原膠對(duì)磷酸鈣骨水泥性能的影響，在130CTC保溫2h后迅速取出，在空 氣中急冷，球磨lh,均過(guò)篩孔58uni的篩。磷酸四鈣 的制備是將磷酸氫鈣和碳酸鈣按摩爾比1:]充分混合 均勻，在1450°C保溫6h,球磨30O11IU 2.2性能測(cè)試

固化液組成見(jiàn)表1。固體粉料由a-磷酸三鈣和磷 酸四鈣按摩爾比2:1均勻混合，按液固質(zhì)量比1/2加 入到液相中，混合后迅速填充到模具中。測(cè)試其固化 性能和岡化后的抗壓強(qiáng)度、物相組成及顯微結(jié)構(gòu)。 凝結(jié)時(shí)間采用吉爾摩(Gilmore)針測(cè)試['試樣置

子37°C，100%濕度環(huán)境中，自加水時(shí)起，至試針沉 入漿體不超過(guò)111«11時(shí)> 所需時(shí)間為凝結(jié)時(shí)間。

試樣抗壓強(qiáng)度采用英國(guó)Testisetric公司 M350-20KNCX材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)檢測(cè)，施加荷載速度 為J mm / min?；旌虾蟮臉悠费杆偬畛涞?mm xl2mm的模具中，并放在37’C, 100%濕度下養(yǎng)護(hù)lh, 然后從模具中取出放入水中，4幼后將樣品從水中取 出，用濾紙吸干樣品表面水分，測(cè)抗壓強(qiáng)度^

表1固化液的組成

Table 1 Composition of setting Liquids41

NO, S?DD**j w/°/〇 Citric acid, cy/% Xanthan gum, <w/%

]12--

212-0.5

31215-

41215v 〇.5

*The content of SPDD and citric acid is based on the liquid phase, while the content of xanthan gum is based on the solid phase. **SPDD: sodium phosphate dibasic dedocahydrate (Na2HP〇4 12H,0)

收稿日期：2004-10-14

基金項(xiàng)目：天津市基礎(chǔ)研究重點(diǎn)項(xiàng)M資助（F104013),周家0然基金資助（50273026)

作者簡(jiǎn)介：李旭，男，1979年生，碩士，天津大學(xué)材料學(xué)院，天泮300072,電話：022-27402176

做完抗壓強(qiáng)度的樣品在烘箱中烘千后，一部分用 研鉢磨細(xì)，采用Rigaku D/Max 2500V/PC X射線衍射 伩進(jìn)行物相分析。另一部分取其斷面，采用PHILLPS XL30環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察其顯微結(jié)構(gòu)。

樣品的抗沖刷性能采用試樣在水中振動(dòng)情況下 的保型能力來(lái)評(píng)估[4]。樣品混合好后，考慮到樣品凝 結(jié)時(shí)間的差異和粘稠度及成型能力的不同，1至4號(hào) 樣品分別在40min，20min，20min，lOmin后用手做 成球型并放入蒸餾水中，考察其抗沖刷性能。如果樣 品的球型在溶液中沒(méi)有明顯的潰散變形，那么就認(rèn)為 該樣品通過(guò)了抗沖刷性能測(cè)試=

3結(jié)果及討論

3.1凝結(jié)時(shí)間與強(qiáng)度

表2列出了骨水泥的凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度的數(shù) 值。檸檬酸對(duì)凝結(jié)時(shí)間的縮短起到了決定作用。由于 CPC粉末中磷酸四鈣為堿性物質(zhì)，酸性固化液促進(jìn)了 樣品的凝結(jié)。同時(shí)磷酸四鈣在酸性固化液中迅速反應(yīng)， 易生成粗顆粒物，使所形成的骨水泥結(jié)構(gòu)不夠致密， 空隙大，不易生成均一的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[51。另一方面，可 能與檸檬酸的含量較低有關(guān)，Sumita指出酸的質(zhì)量含 量在25%~55%為最好，如果低于25%則得不到期望的 強(qiáng)度[6]; 丫〇1«^311^等[7]的實(shí)驗(yàn)也證明了同樣觀點(diǎn)。

在表2中3和4的對(duì)比中，黃原膠的加入縮短了 終凝時(shí)間。與黃原膠降低了水的流動(dòng)性有關(guān)=

表2骨水泥的凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度 Table 2 Setting time and strength of bone cements

NO.Initial setting time/minFinal setting time/minCompressive strength /MPa, Mean (SD)

J>60-5.06(1.20)

2>60-4.38(0.77)

312350.63(0.05)

411250.68(0.02)

3.2 X射線分析

圖1是4神樣_品水化產(chǎn)物的X射線衍射圖譜。4 種樣品水化產(chǎn)物中均有羥基磷灰石，但酸性固化液的 3, 4的產(chǎn)物比堿性固化液的1, 2的產(chǎn)物多了磷酸鈣。 對(duì)于堿性固化液，產(chǎn)物幾乎全為羥基磷灰石，其反應(yīng) 方程式可寫(xiě)為：

2Ca3(P04)2 + Ca4(P04)20 + H20 -2Ca5(P04)3(〇H)(1)

對(duì)于酸性固化液，其產(chǎn)物屮有磷酸三鈣而沒(méi)有磷 酸四鈣?；旌虾螅S原膠對(duì)磷酸鈣骨水泥性能的影響，檸檬酸首先與鈣發(fā)生螯合，再發(fā)生 磷酸四鈣的水解反應(yīng)，而磷酸三鈣的水解要慢于磷酸 四鈣的水解，所以在產(chǎn)物中有磷酸¥鈣存在[7]。磷酸 四鈣水解反應(yīng)方程式可寫(xiě)為：

3Ca4(P〇4)2〇 + 3H20 — 2Ca5(P〇4)3(〇H) +

2Ca(OH)3(2)

分別對(duì)比圖1中1和2, 3和4的譜圖，基本沒(méi)有 差別，說(shuō)明黃原膠對(duì)骨水泥固化產(chǎn)物在短期內(nèi)沒(méi)有影

響。

3.3掃描電鏡分析

圖2是4種樣品水化后的掃描電子顯微鏡圖片。

可以看出，黃原膠對(duì)水泥固化后的形貌沒(méi)有明顯影響。' 由圖2a，圖2b可見(jiàn)采用堿性固化液的樣品水化產(chǎn)物 表面有晶須生長(zhǎng)，但晶須之間沒(méi)有很好地相互交叉，

且堆積松散有較大空隙，只會(huì)形成輕微的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，

不會(huì)有較高的強(qiáng)度。

由圖2c,圖2d可見(jiàn)采用酸性固化液的樣品水化 產(chǎn)物表面較光滑，晶粒之間類似凝膠狀物質(zhì)估計(jì)為檸 檬酸與鈣的螯合物，它難以提供有力的聯(lián)結(jié)，比圖2a，

圖2b的堆積還松散，晶粒之間沒(méi)有明顯的結(jié)合。

3.4骨水泥抗沖刷性能的分析

圖3為樣品放入水中30miti后經(jīng)振動(dòng)的照片-1 號(hào)和3號(hào)樣品的己經(jīng)有明顯的潰散，且有較多溶出物;

而2號(hào)和4號(hào)樣品球型基本沒(méi)有變化。

圖3樣品做成球型放入水中30min后振動(dòng)的照片 Fig,3 Photos of sampk balls immersed in water after 30miti with Agitation:(a)l sauip]€f (b)2 sample, (c)3 sample, and (d) 4 sample

黃原膠-級(jí)結(jié)構(gòu)具有類似纖維素的聚々-1,4-吡喃 型葡萄糖的主鏈以及含糖的側(cè)鏈(如丙酮酸和乙酸基 團(tuán))，二級(jí)結(jié)構(gòu)是側(cè)鏈繞主鏈骨架反向纏繞，通過(guò)氫鍵 維系形成棒狀雙螺旋結(jié)構(gòu)；黃原膠對(duì)磷酸鈣骨水泥性能的影響，三級(jí)結(jié)構(gòu)是棒狀雙螺旋結(jié) 構(gòu)間靠微弱的非共價(jià)鍵結(jié)合形成的螺旋復(fù)合體^

在水溶液中，黃原膠分子十分舒展，其雙螺旋網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)可以有效地吸附反應(yīng)物和產(chǎn)物，提高黏附在其 上的水化產(chǎn)物的抗沖刷性能。另外，由于黃原膠分子 的側(cè)鏈帶有負(fù)電荷，具有很強(qiáng)的結(jié)合陽(yáng)離子的能力， 它們與反應(yīng)物和產(chǎn)物中鈣離子等陽(yáng)離子的結(jié)合也使其 有較強(qiáng)的抗沖刷性能。在pH= 1.5?13范圍內(nèi)，其溶液 不受pH值變化的影響。所以在酸堿兩種溶液情況下， 均能使樣品有很好的抗沖刷性能。

4結(jié)論

黃原膠提高骨水泥的抗沖刷性能。在酸性條件下， 黃原膠縮短終凝時(shí)間，但黃原膠在本實(shí)驗(yàn)的條件下， 對(duì)骨水泥的初凝、顯微形貌、抗壓強(qiáng)度和水化產(chǎn)物基 本沒(méi)有明顯影響。

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