淀粉磷酸酯对含锶磷酸钙骨水门汀性能的影响

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1、淀粉磷酸酯对含锶磷酸钙骨水门汀性能的影响【摘要】目的探讨复合淀粉磷酸酯对含锶磷酸钙骨水门汀(CPC)性能的影响。方法在含锶CPC固化液中加入淀粉磷酸酯,考察其凝固时间、压缩强度、溶解率的变化,采用X射线衍射、红外光谱、扫描电镜分析其水化产物结构及表面形貌。结果淀粉磷酸酯不妨碍含锶CPC的水化进程,添加浓度<1.2%时,含锶CPC的凝固时间稍延长,浓度为0.5%时最高压缩强度达32.6MPa,体外溶解率增大。结论适量的淀粉磷酸酯可改善含锶CPC的性能，使其压缩强度和体外溶解率增大。【关键词】淀粉磷酸酯类酸钙类锶生物相容性材料磷酸钙骨水门汀(CPC)具

2、有可塑性、自固化性、良好的生物相容性和作为抗生素、抗肿瘤药物和各种生长因子优良的缓释载体等优良性能[1]。CPC作为骨缺损修复材料存在降解缓慢等缺点。羟基磷灰石(HA)的钙能被锶置换生成锶磷灰石(SrHAP)。有研究表明SrHAP比HA具有更好的生物相容性和降解性能,为更好的骨缺损修复材料[2]。含锶CPC具有优良的理化性能[35]。作者前期研究表明,在反应物中添加适量的碳酸锶可使αCPC的压缩强度和体外溶解率增大[6]。与有机物复合是改善CPC理化性能的有效的方法。淀粉磷酸酯是淀粉的酯衍生物,具有优良的生物相容性和降解性能。为了进一步提高CPC

3、的表面活性和生物降解性能,笔者在CPC固化液中加入淀粉磷酸酯,考察其对含锶CPC理化性能和表面形貌的影响。1材料和方法1.1材料1.1.1试剂与仪器α磷酸三钙(αTCP)、磷酸二氢钙、羟基磷灰石、碳酸锶(四川大学生物材料教研室)；淀粉磷酸酯(中科院成都分院化学研究所)；电子式万能试验机(X1E，美国Nicolet公司)；X射线光谱仪(X'PertMPD,荷兰Philips公司)；扫描电镜(JSE5900L,日本电子公司)。1.1.2固化体的制备αTCP、磷酸二氢钙粉末、羟基磷灰石及碳酸锶粉末,按一定比例混合[7],在研钵中研磨混合均匀,过400

4、目筛,干燥备用。将水溶性淀粉磷酸酯0.3,0.5,0.8,1.2及1.5g分别加入0.25mol/L磷酸二氢钠/磷酸氢二钠缓冲溶液各100mL中,以浓度分别为0.3,0.5,0.8,1.2及1.5%固化液为实验组;固化液中不含淀粉磷酸酯为对照组。CPC粉液按液固质量比(L/P)=0.35的比例均匀调和60s,将浆体填充入6mm×12mm的圆柱形不锈钢模具,于37℃、100%湿度环境中固化,1h后脱模,将固化体浸泡于PBS溶液中,37℃恒温水浴。1.2方法1.2.1凝固时间、压缩强度、溶解率测定CPC粉液(L/P=0.35)均匀调和,据3.2X射线衍射和红

5、外线衍射光谱分析淀粉磷酸酯的加入并不影响含锶骨水门汀向HA的转化(图1)。生成的HA特征峰宽而且强度较低,说明HA的结晶化程度较低,这也和人体正常骨组织中的低结晶度的矿物质相类似。从红外光谱的比较看,淀粉磷酸酯在1400cm-1附近出现了新的吸收峰为P=O的伸缩振动所致。另外,POC的1个很强的伸缩振动吸收带应出现在指纹区1000cm-1附近,该吸收峰对应着淀粉分子吡喃环中C6O的伸缩振动(图2)。由于每个葡萄糖单元只有1个C6OH,且该羟基易参与化学反应而消失,导致红外光谱中对应的峰强度减弱,而在图2中该峰的强度不仅无明显的削弱,甚至有所增强,

6、这也反映了由于POC的引入而弥补了因C6OH参与反应而造成峰强度的削弱,说明淀粉磷酸酯分子可能引入了P=O双键及POC基团。另外图谱中其他官能团的特征吸收峰并没有明显的变化,说明磷酸化处理后的淀粉并未破坏原淀粉的基本结构,只是在原来的淀粉分子链上增加了新的基团。本文中对照组与实验组红外衍射光谱对比,羟基磷灰石的特征吸收峰基本相似(图3),说明淀粉磷酸酯的加入并没有妨碍含锶CPC向HA的转变。水化产物为缺钙型羟基磷灰石[6,12]。3.3扫描电镜分析含锶CPC微结构的孔隙主要是CO2气体形成的大孔、浆体水化形成的毛细孔和有机物溶出后的不规则孔隙。

7、孔隙的存在使得CPC固化体溶解增加,利于血管及成骨细胞的长入。实验组骨水门汀由于淀粉磷酸酯的溶出具有更多不规则的孔隙。短棒状、针状结晶更细小均匀,互相缠绕得更紧密,这可能和淀粉磷酸酯中的磷酸根对钙离子的螯合作用使晶体结构更致密有关。适量的淀粉磷酸酯不妨碍含锶CPC的水化反应,可使其压缩强度和体外溶解率增大。【参考