骨粘连蛋白对β-磷酸三钙陶瓷材料降解的作用

陶瓷材料在骨修复中的应用随着经济的发展和人口老龄化，以及工业、交通、体育等事故导致的创伤增加，人们对生物医用材料及其制品的需求量越来越大。

近30年来，生物医用材料的研究开发取得了令人瞩目的成就，使数以百万计的患者获得了康复，提高了骨伤患者的生活质量。

生物陶瓷作为植入物能满足人工骨的一般要求，而且具有亲水性，能与细胞等生物组织表现出良好的亲和性，具有广阔的发展前景。

根据生物组织的作用机制，被用于人工关节植入体内的生物陶瓷大致可分为生物活性陶瓷、生物可吸收性陶瓷、生物惰性陶瓷。

以下则是对这三种陶瓷材料的性能及其应用的研究。

一、生物活性陶瓷:生物活性陶瓷具有骨传导性，它作为一个支架，成骨在其表面进行。

它还可作为多种物质的外壳或填充骨缺损。

骨传导物质不止能在骨环境中引起成骨反应，即使在骨外环境下它仍可以促进成骨。

1、羟磷灰石(HAp)HAp是一种生物活性陶瓷，钙磷比率为1．67，其组成与天然骨、牙的无机成分相同。

根据测算，一个体重为60kg的成人，其骨髂中含有约2kg重的HAp。

HAp晶体属于六方晶系。

其来源可以有三种：动物骨烧制而成，珊瑚经热化学液处理转化而成和人工化学合成法制备。

从生物学性能方面来看，HAp陶瓷由于分子结构和钙磷比与正常骨的无机成分非常近似，其生物相容性十分优良，对生物体组织无刺激性和毒性。

大量的体外和体内实验表明：HAp在与成骨细胞共同培养时，HAp表面有成骨细胞聚集。

植入骨缺损时，骨组织与HAp之间无纤维组织界面，植入体内后表面也有磷灰石样结构形成。

因为骨组织与植入材料之间无纤维组织间隔，与骨的结合性好，HAp的骨传导能力也较强，材料植入动物骨后四周后就可观察到种植体细孔中有新骨生长，种植体与骨之间无纤维组织存在，两者形成紧密的化学性结合。

许多研究表明HAp植入骨缺损区有较好的修复效果。

需要强调的是，HAp是非生物降解材料，在植入体内3—4年仍保持原有形态。

并且，HAp材料具有普通陶瓷材料的共同弱点：脆性大，耐冲击强度低。

多孔磷酸三钙生物陶瓷的增强与表面修饰研究的开
题报告
一、研究背景和意义
多孔磷酸三钙生物陶瓷是一种生物医学材料，具有良好的生物相容性、生物活性和骨再生性。

它在临床应用中主要用于骨修复、牙科修复和植入体表面涂层等领域。

然而，其力学性能较低，容易产生压缩变形和磨损，限制了其在骨修复领域中的应用。

因此，需要通过增强和表面修饰等措施提高其力学性能和生物活性，以进一步拓展其应用范围。

二、研究内容和方法
本研究的主要内容是通过掺杂和复合等方法增强多孔磷酸三钙生物陶瓷的力学性能，并采用化学处理和物理法修饰其表面性质，提高其生物活性。

具体研究方法包括以下三个方面：
（1）材料制备
选取适当的添加剂和方法制备具有良好力学性能的多孔磷酸三钙生物陶瓷，如通过改变配方、制备方法和烧结工艺等途径实现增强效果。

（2）力学性能测试
采用压缩和弯曲等力学测试方法对增强后的多孔磷酸三钙生物陶瓷进行力学性能测试，并与普通多孔磷酸三钙生物陶瓷进行对比分析。

（3）表面修饰
利用化学处理和物理法等表面修饰方法，改变多孔磷酸三钙生物陶瓷的表面性质，提高其生物活性，如改善其表面粗糙度、化学成分和生物反应性。

三、预期研究结果
通过增强和表面修饰等方法，预计能够显著提高多孔磷酸三钙生物陶瓷的力学性能和生物活性。

本研究成果有望在骨修复、牙科修复和植入体表面涂层等领域中得到应用，具有一定的社会和经济意义。

⽣物可降解材料可⽣物降解的材料有天然⾼分⼦、⽣物合成⾼分⼦、⼈⼯合成⾼分⼦、⽣物活性玻璃、磷酸三钙等。

天然⾼分⼦均为亲⽔性材料,如胶原、明胶、甲壳素、淀粉、纤维素、透明质酸等,它们在⼈体内的降解速度与材料在⼈体⽣理环境下的溶解特性有关。

例如明胶分⼦能够溶于与体液相似pH 值为714 的⽣理盐⽔中,因⽽必须先进⾏交联才能作为材料在⼈体中使⽤[4～6 ] ,其交联产物在⼈体内降解2溶解的速度很快,⼏天内就可被⼈体完全吸收。

与此相对应,在正常⽣理环境下不溶解的天然⾼分⼦,如甲壳素(在酸性环境下溶解) [7 ] ,其降解速率就要慢得多。

磷酸三钙具有良好的⽣物相容性、⽣物活性以及⽣物降解性,是理想的⼈体硬组织修复和替代材料,在⽣物医学⼯程学领域⼀直受到⼈们的密切关注。

医学上通常使⽤的是磷酸三钙的⼀种特殊形态—β-磷酸三钙。

β-磷酸三钙主要是由钙、磷组成，其成分与⾻基质的⽆机成分相似，与⾻结合好。

动物或⼈体细胞可以在β-磷酸三钙材料上正常⽣长，分化和繁殖。

通过⼤量实验研究证明：β-磷酸三钙对⾻髓造⾎机能⽆不良反应，⽆排异反应，⽆急性毒性反应，不致癌变，⽆过敏现象。

因此β-磷酸三钙可⼴泛应⽤于关节与脊柱融合、四肢创伤、⼝腔颌⾯的外科、⼼⾎管外科，以及填补⽛周的空洞等⽅⾯。

随着⼈们对β-磷酸三钙研究的不断深⼊，其应⽤形式也出现了多样化，幵在临床医学中体现了较好的性能。

梁⼽等通过实验发现其溶⾎程度<5%，当β-磷酸三钙被植⼊⼈体内后，其在体液中能发⽣降解和吸收，钙、磷被体液吸收后进⼊⼈体循环系统，⼀定时间后植⼊⼈体的β-磷酸三钙逐渐溶解消失，形成新⾻。

Arai等利⽤β-磷酸三钙多孔陶瓷填充8～15cm 的腓⾻节段缺损，获得了腓⾻再⽣。

平均术后2个⽉即可达到重建。

不会发⽣踝关节及胫⾻的移位。

郑承泽等将β-磷酸三钙与⾃体⾻髓复合应⽤于临床，修复包括肿瘤性⾻缺损和陈旧性⾻折⾻缺损,经术后调查，结果显⽰植⼊材料的成⾻作⽤明显，说明β-磷酸三钙与⾃体⾻髓复合是⼀种治疗⾻缺损理想的⽅法。

在探讨β-磷酸三钙、磷酸钙、硫酸钙和陶瓷骨之前，让我们先了解这些材料的特性和用途。

β-磷酸三钙是一种具有良好生物相容性和生物活性的骨修复材料，被广泛应用于骨科手术和牙科领域。

磷酸钙是一种常见的骨密度增强剂，用于治疗骨质疏松症和骨折。

硫酸钙也是一种常见的骨密度增强剂，用于治疗钙和维生素D缺乏引起的低钙血症。

而陶瓷骨是一种人工合成的骨替代材料，具有高强度和生物相容性。

接下来，让我们逐一分析这些材料的区别：1. β-磷酸三钙β-磷酸三钙是一种具有良好生物活性和生物降解性的材料，可以促进骨细胞的增殖和骨组织的再生。

它的生物相容性非常好，不会引起免疫反应或排斥反应，被广泛应用于骨科手术和牙科领域。

它的主要优点是具有良好的吸收性和生物活性，能够促进骨组织的再生，是骨修复材料中的一种理想选择。

2. 磷酸钙磷酸钙是一种常见的骨密度增强剂，用于治疗骨质疏松症和骨折。

它是一种无机盐，主要包括羟磷灰石、草酸钙等成分。

它的主要作用是提高骨密度和骨强度，预防和治疗骨质疏松症。

它的优点是可以通过口服或注射的方式进行补充，比较方便和易用。

3. 硫酸钙硫酸钙也是一种常见的骨密度增强剂，用于治疗钙和维生素D缺乏引起的低钙血症。

它是一种有机盐，主要包括硫酸钙、骨粉等成分。

它的主要作用是补充钙质和维生素D，提高血钙水平，预防和治疗低钙血症。

它的优点是可以通过口服或注射的方式进行补充，比较方便和易用。

4. 陶瓷骨陶瓷骨是一种人工合成的骨替代材料，具有高强度和生物相容性。

它的主要成分是氧化锆、氧化铝等无机陶瓷材料，具有较好的生物相容性和稳定性，被广泛应用于骨科手术和义齿修复领域。

它的主要优点是具有高强度和较好的生物相容性，可以替代骨组织进行修复和重建。

总结而言，β-磷酸三钙、磷酸钙、硫酸钙和陶瓷骨都是具有良好生物相容性和生物活性的骨修复材料，但它们在成分、用途和特性上有所区别。

对于临床应用和临床选择，需要根据具体的病情和治疗需求进行综合考虑和选择。

生物医学工程材料β磷酸三钙生物陶瓷的体外降解性能研究陆华;卢建熙;林开利;顾国珍;孙皎【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2004(008)023【摘要】目的:对磷酸钙生物陶瓷在体外环境下的降解作用的定量和定性分析,评价其降解性能和生物学安全性.方法:实验选用一种可控性微结构多孔生物陶瓷的不规则形颗粒,参照ISO10993-14的方法,将5 g材料浸泡在极限溶液和模拟溶液中,经120 h后分别过滤并称重,运用ICP法分析其滤液.结果:在极限溶液中材料浸泡后残留质量增加63.7 mg,滤液中钙、磷、钠含量明显增加;而在模拟溶液中浸泡后材料残留质量减少7.6 mg,滤液中钙、磷含量增加.结论:β-TCP多孔生物陶瓷在体外能被降解,其降解成分主要为钙和磷,为进一步探讨该材料的体内生物降解性奠定基础.【总页数】2页(P4712-4713)【作者】陆华;卢建熙;林开利;顾国珍;孙皎【作者单位】上海第二医科大学附属第九人民医院,上海生物材料研究测试中心,上海市,200023;Institut de Recherche sur les Biomatériaux et lesBiote chnologie (IR2B), Université du Littoral et Cote Opale, 52 Rue du Docteur Calot,62608 Berck sur Mer, France;中国科学院上海硅酸盐研究所,上海市,200050;上海第二医科大学附属第九人民医院,上海生物材料研究测试中心,上海市,200023;上海第二医科大学附属第九人民医院,上海生物材料研究测试中心,上海市,200023【正文语种】中文【中图分类】R318【相关文献】1.注射填充β-磷酸三钙生物陶瓷透明质酸混悬液的实验研究 [J], 刘庆阳;卢建熙;周智华;郭新雯;潘舒亚;李平;姚宸维2.BMP-2和地塞米松联合诱导大鼠牙囊细胞与β-磷酸三钙生物陶瓷相容性的实验研究 [J], 徐璐璐;刘洪臣;王东胜;鄂玲玲3.可注射组织工程材料壳聚糖-β-磷酸三钙/富血小板血浆对体外培养骨髓基质干细胞增殖的影响 [J], 程文俊;金丹;裴国献;曾宪利;刘华;周长忍;相大勇4.α-磷酸三钙对磷酸镁骨水泥强度与体外降解性能的影响 [J], 文静;张喆轶;廖建国;马一菡;张娟;商国新;许章斌;张文姣;孙静杰5.硅酸钙/β-磷酸三钙生物陶瓷的光固化成型工艺及性能研究 [J], 胡波;高宗强;鲍崇高因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

《中国组织工程研究》 Chinese Journal of Tissue Engineering Research文章编号:2095-4344(2018)10-01517-06 1517www.CRTER .org·研究原著·庄艳琴，女，1989年生，安徽省阜阳市人，汉族，硕士，主要从事牙槽骨缺损与骨重建方面的研究。

通讯作者：吴明月，博士，副教授，副主任医师，硕士生导师，安徽医科大学口腔医学院，安徽医科大学附属口腔医院，安徽省口腔疾病研究中心实验室，安徽省合肥市 230032中图分类号:R318 文献标识码:A稿件接受：2017-12-20Zhuang Yan-qin, Master, College & Hospital of Stomatology, Anhui Medical University, Hefei 230032, Anhui Province, ChinaCorresponding author: Wu Ming-yue, M.D., Associate professor, Associate chief physician, College & Hospital of Stomatology, Anhui Medical University, Hefei 230032, Anhui Province, Chinaβ-磷酸三钙复合成骨细胞特异性多肽植入拔牙窝位点保存牙槽骨庄艳琴，陈慧敏，吴齐越，王泽华，吴明月(安徽医科大学口腔医学院，安徽医科大学附属口腔医院，安徽省口腔疾病研究中心实验室，安徽省合肥市 230032)DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.0709 ORCID: 0000-0002-3002-3321(庄艳琴)文章快速阅读：文题释义：成骨细胞特异性多肽：是课题组前期研究成果：基于噬菌体展示技术，采用噬菌体随机肽库筛选方法，以人颅骨成骨细胞为阳性靶细胞，人牙龈成纤维细胞为阴性吸附细胞，对噬菌体展示十二肽库进行全细胞差减筛选获得的与人成骨细胞特异性结合的多肽结构(其氨基酸序列为VLAVPWSEPGYL)。

第15卷第11期精密成形工程2023年11月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING69数字光处理技术成形β-磷酸三钙生物陶瓷及其生物学评价刘玮玮1，李攀1，李浩1，赵一风1，刘荣臻1,2*，李家良3（1.西安增材制造国家研究院有限公司，西安 710117；2.西安交通大学材料科学与工程学院，西安 710049；3.西安红会医院，西安 710054）摘要：目的研究数字光处理技术（Digital Light Processing，DLP）打印β-磷酸三钙（Beta-Tricalcium Phosphaye，β-TCP）生物陶瓷的成形性能与生物学性能。

方法通过表面活性剂硬脂酸改性β-TCP粉体，将改性后的β-TCP 粉体与丙烯酸类及甲基丙烯酸类树脂均匀混合成3D打印浆料，进行3D打印性能研究。

采用X射线衍射仪（X-Ray Diffraction，XRD）、接触角测量仪、数字式黏度计表征β-TCP粉体、浆料及3D打印支架性能，并进行体外细胞试验研究β-TCP多孔支架的生物学性能。

结果粉体XRD结果显示，硬脂酸改性β-TCP粉体并未影响原始粉体的物相组成；而表面活性剂硬脂酸降低了树脂与粉体表面的接触角，提高了粉体与树脂的亲和性。

3D打印β-TCP浆料的固含量为48%（体积分数），在常温下，黏度仅为2.91 Pa·s。

支架XRD结果显示，3D打印β-TCP多孔支架的主要物质仍为β-TCP，仅有部分转化为α-TCP。

体外细胞试验表明，3D 打印β-TCP支架表面可黏附大量细胞，培养7 d后，细胞延伸至支架孔隙内，同时其溶血性结果较钛合金（Ti6Al4V）及聚醚醚酮（PEEK）的优异。

结论 3D打印β-TCP多孔支架可作为骨替代植入物，为治疗临床骨缺损疾病提供新途径。

关键词：数字光处理；3D打印；β-磷酸三钙；生物陶瓷；生物学性能DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2023.011.008中图分类号：TH145.9；TB321 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2023)011-0069-07 Fabrication of β-tricalcium Phosphate Bioceramics by Digital Light ProcessingTechnique and Its Biological EvaluationLIU Wei-wei1, LI Pan1, LI Hao1, ZHAO Yi-feng1, LIU Rong-zhen1,2*, LI Jia-liang3(1. Xi’an Additive Manufacturing National Institute Co., Ltd., Xi’an 710117, China; 2. School of Materials Science andEngineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China; 3. Xi’an Honghui Hospital, Xi’an 710054, China)ABSTRACT: The work aims to study the formability and biological properties of β-Tricalcium Phosphate (β-TCP) bioceramics printed by digital light processing (DLP) technique. β-TCP powder modified by surfactant stearic acid was evenly mixed with acrylic resins and methacrylic resin to form 3D printed slurry, and then the 3D printed process was verified. An X-ray diffracto-收稿日期：2023-10-07Received：2023-10-07基金项目：陕西省重点研发计划重点产业创新链项目（2017KTZD6-01）；陕西省科技统筹创新工程计划（2016KTZDGY4-06）Fund：Shaanxi Province Key R&D Programme Key Industrial Innovation Chain Project (2017KTZD6-01); Shaanxi Province Science and Technology Coordination and Innovation Engineering Programme (2016KTZDGY4-06)引文格式：刘玮玮, 李攀, 李浩, 等. 数字光处理技术成形β-磷酸三钙生物陶瓷及其生物学评价[J]. 精密成形工程, 2023, 15(11): 69-75.LIU Wei-wei, LI Pan, LI Hao, et al. Fabrication of β-tricalcium Phosphate Bioceramics by Digital Light Processing Technique and Its Biological Evaluation[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2023, 15(11): 69-75.70精密成形工程 2023年11月meter (XRD), a contact Angle measuring instrument, and a digital viscometer were used to characterize the properties of β-TCP powder, slurry and 3D printed scaffolds. The biological properties of β-TCP porous scaffolds were studied by cell and animal experiments. The powder XRD results showed that the modification of β-TCP powder did not affect the phase composition of the powder. The surfactant stearic acid reduced the contact angle between the resin and the powder surface, and improved the af-finity between the powder and the resin. The solid content of 3D printed β-TCP slurry was 48vol.% and the viscosity was only2.91 Pa·s at room temperature. The scaffold XRD results showed that the main substance of sintered scaffold was β-TCP, andpart of it was transformed into α-TCP. In vitro cell experiments showed that the surface of 3D printed β-TCP scaffolds could adhere to a large number of cells. After 7 days of culture, the cells extended into the pores of the scaffold. And the hemolytic re-sults were better than those of Ti6Al4V and PEEK. 3D printed β-TCP porous scaffolds can be used as bone replacement implants, providing a new way to treat clinical bone defect diseases.KEY WORDS: digital light processing; 3D printed; β-tricalcium phosphate; bioceramics; biological propertiesβ-磷酸三钙（β-Tricalcium Phosphate，β-TCP）陶瓷属于生物活性陶瓷材料，一般表现为在植入体内后，其表面会形成强基碳酸根磷灰石层，与人体骨相连，早在20世纪70年代就被报道并迅速应用于临床[1-2]。

网络出版时间：２０２２－０６－２８９：４９　网络出版地址：ｈｔｔｐｓ：／／ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３４．１０６５．ｒ．２０２２０６２４．１７４１．０１９．ｈｔｍｌ壳聚糖 β磷酸三钙复合层状支架的制备与研究陆依凡１，２，３，邹多宏４，５，６，丁如愿１，２，３，侯爱兵１，２，３２０２２－０５－１３接收基金项目：国家自然科学基金（编号：３１８７０９６９）作者单位：１安徽医科大学口腔医学院，合肥　２３００３２２安徽医科大学附属口腔医院，合肥　２３００３２３安徽省口腔疾病研究重点实验室，合肥　２３００３２４上海交通大学口腔医学院，上海　２００００１５上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔外科，上海　２００００１６上海市口腔医学重点实验室，上海　２００００１作者简介：陆依凡，男，硕士研究生；侯爱兵，男，副教授，硕士生导师，责任作者，Ｅ ｍａｉｌ：ｈｏｕａｉｂｉｎｇ１９６４＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ摘要　目的　通过合成壳聚糖 β 磷酸三钙（ＣＳ β ＴＣＰ）支架，测试其力学性能、生物相容性和体外成骨向分化能力，研究其作为生物支架修复骨缺损的可能性。

方法　通过双向冻干技术制备ＣＳ β ＴＣＰ支架，使用扫描电子显微镜电镜（ＳＥＭ）、能量分散光谱（ＥＤＳ）和Ｘ线衍射仪（ＸＲＤ）对该支架进行结构表征、元素分布和组成成分分析，力学万能仪测试其压缩强度。

通过ＣＣＫ ８法和活死染色探究其生物相容性，采用荧光染色法检测复合组（ＣＳ β ＴＣＰ）支架的细胞黏附生长情况。

ｑＲＴ ＰＣＲ法检测成骨相关基因：骨形态发生蛋白（ＢＭＰ２），ＲＵＮＸ相关转录因子２（ＲＵＮＸ２）和Ⅰ型胶原（ＣＯＬ１）的表达，ＡＬＰ染色检测ＢＭＳＣｓ的成骨分化效果。

结果　扫描电镜结果显示ＣＳ β ＴＣＰ支架呈平行排列的薄层状结构，疏松多孔，β ＴＣＰ颗粒均匀的分布在壳聚糖骨架上，具有良好的机械性能，ＣＳ β ＴＣＰ支架的ＣＣＫ ８结果与对照组无明显差异，活死染色结果表明复合组支架上细胞具有较高的细胞活性。