黃原膠對磷酸鈣骨水泥性能的影響，目前惟一既能自行固化又能產生骨傳導效果的骨骼 修復材料.雖然CPC具有隨意塑形、使用方便等優(yōu)點， 但其固化時過多的滲血或滲液會溶解調和物。為克服 這•缺點，可通過復合各種有機物對S前的CPC進行 改進[1-21。

黃原膠是一種水溶性生物高分子聚合物，在醫(yī)學 和藥學中用作增稠劑和穩(wěn)定劑。本實驗考察了高分子多糖黃原膠在酸、堿2種液相下對磷酸鈣骨水泥抗沖刷 性官^&凝結時間、抗壓強度、水化產物等的影響。

2實驗過程

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性能測試

固化液組成見表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，按液固質量比1/2加 入到液相中，混合后迅速填充到模具中。測試其固化 性能和岡化后的抗壓強度、物相組成及顯微結構。 凝結時間采用吉爾摩(Gilmore)針測試['試樣置

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

試樣抗壓強度采用英國Testisetric公司 M350-20KNCX材料力學實驗機檢測，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，測抗壓強度^

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

基金項目：天津市基礎研究重點項M資助（F104013),周家0然基金資助（50273026)

作者簡介：李旭，男，1979年生，碩士，天津大學材料學院，天泮300072,電話：022-27402176

做完抗壓強度的樣品在烘箱中烘千后，一部分用 研鉢磨細，采用Rigaku D/Max 2500V/PC X射線衍射 伩進行物相分析。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構。

樣品的抗沖刷性能采用試樣在水中振動情況下 的保型能力來評估[4]。樣品混合好后，考慮到樣品凝 結時間的差異和粘稠度及成型能力的不同，1至4號 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有明顯的潰散變形，那么就認為 該樣品通過了抗沖刷性能測試=

3結果及討論

3.1凝結時間與強度

表2列出了骨水泥的凝結時間和抗壓強度的數(shù) 值。檸檬酸對凝結時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，酸性固化液促進了 樣品的凝結。同時磷酸四鈣在酸性固化液中迅速反應， 易生成粗顆粒物，使所形成的骨水泥結構不夠致密， 空隙大，不易生成均一的網(wǎng)狀結構[51。另一方面，可 能與檸檬酸的含量較低有關，Sumita指出酸的質量含 量在25%~55%為最好，如果低于25%則得不到期望的 強度[6]; 丫〇1«^311^等[7]的實驗也證明了同樣觀點。

在表2中3和4的對比中，黃原膠的加入縮短了 終凝時間。與黃原膠降低了水的流動性有關=

表2骨水泥的凝結時間和強度 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_品水化產物的X射線衍射圖譜。4 種樣品水化產物中均有羥基磷灰石，但酸性固化液的 3, 4的產物比堿性固化液的1, 2的產物多了磷酸鈣。 對于堿性固化液，產物幾乎全為羥基磷灰石，其反應 方程式可寫為：

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

對于酸性固化液，其產物屮有磷酸三鈣而沒有磷 酸四鈣。混合后，黃原膠對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，而磷酸三鈣的水解要慢于磷酸 四鈣的水解，所以在產物中有磷酸¥鈣存在[7]。磷酸 四鈣水解反應方程式可寫為：

3Ca4(P〇4)2〇 + 3H20 — 2Ca5(P〇4)3(〇H) +

2Ca(OH)3(2)

分別對比圖1中1和2, 3和4的譜圖，基本沒有 差別，說明黃原膠對骨水泥固化產物在短期內沒有影

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，黃原膠對水泥固化后的形貌沒有明顯影響。' 由圖2a，圖2b可見采用堿性固化液的樣品水化產物 表面有晶須生長，但晶須之間沒有很好地相互交叉，

且堆積松散有較大空隙，只會形成輕微的網(wǎng)狀結構，

不會有較高的強度。

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

圖2b的堆積還松散，晶粒之間沒有明顯的結合。

3.4骨水泥抗沖刷性能的分析

圖3為樣品放入水中30miti后經振動的照片-1 號和3號樣品的己經有明顯的潰散，且有較多溶出物;

而2號和4號樣品球型基本沒有變化。

圖3樣品做成球型放入水中30min后振動的照片 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-級結構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鏈(如丙酮酸和乙酸基 團)，二級結構是側鏈繞主鏈骨架反向纏繞，通過氫鍵 維系形成棒狀雙螺旋結構；黃原膠對磷酸鈣骨水泥性能的影響，三級結構是棒狀雙螺旋結 構間靠微弱的非共價鍵結合形成的螺旋復合體^

在水溶液中，黃原膠分子十分舒展，其雙螺旋網(wǎng) 狀結構可以有效地吸附反應物和產物，提高黏附在其 上的水化產物的抗沖刷性能。另外，由于黃原膠分子 的側鏈帶有負電荷，具有很強的結合陽離子的能力， 它們與反應物和產物中鈣離子等陽離子的結合也使其 有較強的抗沖刷性能。在pH= 1.5?13范圍內，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， 黃原膠縮短終凝時間，但黃原膠在本實驗的條件下， 對骨水泥的初凝、顯微形貌、抗壓強度和水化產物基 本沒有明顯影響。

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