新型骨水门汀的研究——机械强度的研究
摘要目的：研制一种具有骨诱导性和骨传导性的新型骨水门汀。方法：以机械强度为标准筛选骨水门汀配方，并进行机械强度的测试，即在骨水门汀中加入不同比例的甲壳质、玻璃纤维、硼酸铝晶须或脱矿骨，确定一力学性能较好的配方，制成新型骨水门汀。结果：硼酸铝晶须和玻璃纤维对各种骨水门汀的强度均有增强作用，脱矿骨能显著提高甲基丙烯酸正丁酯水门汀的机械强度。几种水门汀中，羟基磷灰石人工骨的晶须加强型和脱矿骨甲基丙烯酸正丁酯水门汀的机械强度较好。结论：
脱矿骨甲基丙烯酸正丁酯水门汀具有较好的机械强度和较好的应用前景。
目前,生物材料已广泛地应用于人体组织的替换［1］，人工合成材料作为骨修复材料的替代物有可能避免生物源修复材料的缺陷［2］，因而具有较好应用前景。但是，具有骨传导能力的人工合成材料不具备骨诱导能力，本研究将生物相容性好的、有骨传导能力并在体内可生物降解的人工材料与具有骨诱导能力的脱矿骨粉结合，以使骨缺损修复材料同时具备骨传导和骨诱导双重特性［3］。
1 材料和方法
1.1 实验材料
生物水泥(西北轻工业学院赠)，羟基磷灰石人工骨(上海第二医科大学附属第九人民医院生物材料研究室)，羟基磷灰石（粒径<100目），玻璃纤维（直径d=20μm)，甲壳质（CH，日本三荣工业株式会社），硼酸铝晶须，兔脱矿骨粉（DBP)。实验分组如下：
1号： 生物水泥，2号：羟基磷灰石人工骨，3号：氰基丙烯酸酯骨水泥(自制)。各材料的组成如表1。表1 各种骨水泥材料组成
组别 成 分类 型1号Ca3(PO4)2,CaCO3,CaF2,HPO3等粉、液型2号CaHPO4,CaCO3,Ca3(PO4)2,柠檬酸粉、液型3号羟基磷灰石, 氰基丙烯酸酯粉、液型
1.2 实验方法
1.2.1 实验试件
将各组材料按产品说明进行调和，粉：液=1g：0.5ml，压缩强度试件为：直径d=4mm, 高度h=8mm的圆柱体，径向拉伸强度试件为：直径d=6mm, 高度h=4mm的圆柱体，每组试件6个。试件制作完成后，在模具中静置40min，待其固化后再脱模，将试件放入37℃恒温浴槽中，24h后取出，测试试件的机械强度。
1.2.2 实验仪器
LJ-500拉力实验机，压头下降速度为10 mm/min。
2 结果(表2)表2 甲壳质、硼酸铝晶须或脱矿骨对几种骨水泥机械强度的影响
组别压缩强度（MPa）
拉伸强度（MPa）
1号10.43±1.21
1.77±0.11
1号+晶须 21.25±1.73 4.09±0.231号+DBP 7.98±1.62 0.14±0.10 1号+CH+晶须19.21±1.25 3.67±0.492号 18.46±1.54 1.83±0.172号+晶须 30.19±0.76 3.08±0.41 2号+DBP 6.92±1.17 1.59±0.12 2号+CH 15.92±1.51 1.56±0.713号 7.64±0.97 1.64±0.093号+晶须 29.55±0.98 2.91±0.073号+DBP 39.40±2.78 3.50±0.463号+CH+晶须 26.83±1.103.98±0.32
3 讨论
3.1 硼酸铝晶须对骨水泥机械强度的影响
硼酸铝晶须分子式为2Al2O3*B2O3，呈纤维状，晶须长20～50μm，直径1μm。有报道将其加入玻璃离子水门汀中，可显著提高材料的机械强度［4］。但在骨水泥中加入该材料未见报道。由表2可知，在各种骨水泥中加入一定量的硼酸铝晶须，均能够显著提高骨水泥的机械强度（P<0.01)。其中，1号材料的机械强度提高最多，达一倍以上。其机理可能为硼酸铝晶须与偏磷酸形成螯合物，这方面还有待于进一步研究。
3.2 脱矿骨对骨水泥机械强度的影响
大量研究表明，脱矿骨具有骨诱导性［5，6］。但为了研制一种除具有骨诱导性外，又具有骨传导性的骨水泥，本研究在不同骨水泥中加入一定量的脱矿骨。由表2可知，脱矿骨对不同种类骨水泥机械强度的影响有着明显的差异。对于1号和2号材料，脱矿骨的加入会造成骨水泥机械强度的降低，其原因可能为脱矿骨不能与骨水泥的液剂发生化学反应，并使得骨水泥粉、液间的结合力减弱，从而造成其机械强度降低。但脱矿骨可以显著提高3号材料的机械强度，其与其他组数值相差显著（P<0.01)。其机理尚不清楚，可能为脱矿骨中的某些有机成分与氰基丙烯酸酯发生了化学反应，还有待于进一步研究。
3.3 甲壳质对几种骨水泥机械强度的影响
甲壳质主要是从螃蟹、虾等甲壳类动物的壳中提取，已被证明具有良好的组织相容性和体内的可降解吸收性，并具有抑菌作用以及可提高机体免疫功能等优点［7，8，9］。由表2可知，一定量的甲壳质加入后，材料的机械强度将稍有降低，但相差不显著（P>0.05)。由此可见，甲壳质对于材料的机械强度没有显著影响。
综上所述，脱矿骨氰基丙烯酸酯骨水泥具有较好的机械强度，是否将成为一种具有较好的临床应用前景材料，也有待进一步研究。