磷酸三钙（精选4篇）
磷酸三钙 篇1
随着材料科学的发展,生物陶瓷材料由于具有对机体组织进行修复、替代与再生的特殊功能,已成为当今生物医学工程学中的重要组成部分。早在1894 年,H.Dreeman就报道了使用熟石膏作为骨替换材料,直到二十世纪六十年代,生物陶瓷才得到了足够的重视和发展。生物陶瓷主要是用于人体硬组织修复和重建的陶瓷材料, 在临床上已用于髋、膝关节, 人造牙根, 牙嵴增高和加固, 颌面重建, 心脏瓣膜, 中耳听骨等[1,2,3,4]。磷酸三钙(Ca3(PO4)2,TCP)是众多磷酸盐中的一种,存在多种晶型转变,主要分为低温β相(β-TCP)与高温α相(α-TCP),作为重要的生物陶瓷材料,具有优良的生物相容性、生物活性以及生物降解性,是一种非常理想、临床应用前景十分诱人的人体硬组织缺损修复和替代材料,最近正成为世界各国学者研究的热点。本文对近年来磷酸三钙的合成与制备进行了综述,讨论了磷酸三钙材料的研究发展趋势。
1 磷酸三钙的制备
磷酸三钙晶体的制备方法目前主要有沉淀法、固相反应法、醇化合物法、前躯体法以及其它方法等。
1.1 沉淀法
沉淀法是制备磷酸三钙晶体的一种重要的方法,也是应用最为广泛的方法。林开利等[5]采用化学沉淀法,先制成Ca(NO3)2与(NH4)2HPO4溶液,用氨水保持反应体系的pH值为10左右。沉淀完成后于室温下陈化12 h、过滤、再分别用去离子水和无水乙醇洗涤,过滤后于80 ℃下干燥24 h。干燥后的粉体于800 ℃煅烧2 h得β-TCP粉体。所得的β-TCP粉体为超细粉体,晶粒尺寸约100 nm、且尺寸比较均匀。李素芹等[6]通过化学共沉淀法合成β-TCP时,采用正交实验方案,并对实验结果进行了分析,结果表明控制反应物钙磷源配比为1.50、pH值为11、反应温度为25 ℃、反应时间为3 h时,可制备出纯度较高、晶态较好的β-TCP。赵斌等[7]利用水合沉淀法分别在不同pH值(pH=5~6或pH=8~9),不同反应温度(50 ℃或室温),以及有无氮气的反应条件下得到粉末前体,经过1 100 ℃高温煅烧,得到4组不同β-TCP粉末。结果表明,在低pH值(为5~6),50 ℃,以及有氮气条件下制备的β-TCP粉末,成份更加单纯,并有更好的结晶态结构,颗粒更加细腻均匀。
沉淀法反应装置简单且易操作,产物晶粒细小、纯度高。可得到较纯净的磷酸三钙活性材料,合成过程所产生的杂质易被消除。但缺点是反应速率慢,颗粒容易团聚,需要严格控制pH 值。
1.2 固相反应法
固相反应法是制备磷酸三钙晶体比较常用的一种方法。赵萍等[8]先采用液相反应沉淀法,制得反应活性大的羟基磷灰石粉体(HA),经烘干研磨后与分析纯CaCO3按一定的摩尔比混合,并添加小于3%的含硅、铝的碱金属盐,球磨混合均匀,于1 500 ℃下煅烧并保温5 h后随炉冷却,制得无色透明的斜方晶系α-TCP晶体。张士华等[9]以二水磷酸氢钙和碳酸钙为原料,通过高温固相反应制取β-TCP粉末,既简单又高效,制得的粉末颗粒均匀呈球状,平均粒径为0.2 μm。邵阳等[10] 在低温(60 ℃)条件下,利用适当过量的Ca(OAc)2·H2O与K2HPO4·3 H2O间的固相反应,制得了高纯度的β-TCP粉体。结果表明未经焙烧的β-TCP为晶化差的纳米粒子,有大量的团聚;经过800 ℃焙烧3 h后,β-TCP呈分布均匀的球形,颗粒粒径在500 nm左右。
固相反应法制备的TCP粉末晶体结构无晶格收缩,结晶性好;但粉末晶粒粗,组成不均匀,往往有杂相存在[11]。
1.3 醇化合物法
张大海等[12]用乙二醇钙和P2O5的n-丁醇溶液为先驱体, 用较为简便的方法合成出β-TCP。结果表明:醋酸的引入可以有效控制先驱体间反应,避免两先驱体直接混合时沉淀的产生。当醋酸与钙的摩尔比(HOAC/Ca)为4时,两先驱体以Ca/P比为1.5混合,均可以获得稳定混合溶液。将混合溶液蒸发溶剂后得到的干胶状粉末在1 000 ℃下煅烧,可获得纯β-TCP粉体。
这种方法制得的β-TCP粉体纯度高、化学均匀性好;但其有机溶剂有毒性且易对环境造成污染。它在制备β-TCP方面应用的较少。
1.4 前躯体法
王玥华等[13]将磷酸配成溶液,碳酸钙粉末调和成浆料,按Ca/P比为1.5配料,通过两者的反应制备β-TCP。结果表明:这种反应得到的前躯体为磷酸八钙。该前躯体经950 ℃下煅烧2 h后得到了粒度细而均匀,结晶良好的β-TCP粉体,粒径为3~12 μm。与传统方法相比,本方法不但具有反应速度快、固液分离容易等优点,且在反应过程中未引入杂质。李延报等[14]采用无定形磷酸钙作为先驱体,在800 ℃下热处理3 h获得了纯相α-TCP粉末。实验结果显示:该α-TCP粉末的Ca/P比为1.51±0.02,形貌为表面光滑的尺寸为100~200 nm的不规则颗粒。
1.4 其他方法
沈雁等[15]将Ca(OH)2和H3PO4按Ca/P=1.50配料,且将两者反应所得的沉淀球磨后在80 ℃下保持24 h,所得前驱体在900 ℃下煅烧2 h,即得β-TCP生物陶瓷粉末。研究表明,沉淀反应是一种多相反应,机械球磨处理对反应过程有一定的强化作用,促进了反应进行的程度,采用直接沉淀结合机械球磨处理工艺制备的β-TCP粉体纯度高,成分更接近化学计量,粉体形状较圆整,粒径分布范围较窄。采用直接沉淀法结合机械球磨制备β-TCP粉体的工艺简单,成本低,有利于在批量制备中应用。
2 磷酸三钙在生物医用材料方面的应用
生物陶瓷材料作为无机生物医学材料, 没有毒副作用,与生物体组织有良好的生物相容性、耐腐蚀等优点。生物陶瓷材料的研究与临床应用,已从短期的替换和填充发展成为永久性牢固种植,从生物惰性材料发展到生物活性材料、降解材料及多相复合材料[16]。TCP本身具有良好的生物相容性、生物活性和生物降解性, 可以用于制作骨填充和修复材料等,是生物医用材料发展的一大热点。对于一种理想的骨修复材料首先应该具备的特性有[17]:(1)生物相容性:可与骨直接进行化学结合,不阻止骨细胞在其表面的正常活性或干扰其周围骨细胞的自然再生过程, 对骨组织的分解吸收具有传导性;(2)机械耐受性;(3)生物降解性:在一定时间内被宿主骨替代,不影响骨组织的修复,无毒副作用;(4)诱导再生性:通过自身或添加骨诱导因素,刺激或诱导骨骼生长。
2.1 β-TCP的应用
王征等[18]将主要成分为β-TCP脱有机质骨多孔颗粒保持天然松质骨的孔隙结构,植入骨缺损后外形保持完整。术后4周材料与周边组织紧密结合,新生骨组织长入β-TCP孔隙内,原有骨缺损部位界限清楚,植入材料无明显吸收变小,中心部位无软组织或骨组织长入。植入8周β-TCP周边组织进一步向内部生长。β-TCP中心部位新生成的骨组织较少。植入12周β-TCP被周边新生骨组织严密包裹,且与新生骨组织界限模糊,植入材料部分吸收变小,新生骨小梁增多增厚并长入植入材料内部,但新骨形成量及形成速度降低。研究结果表明: 多孔β-TCP修复包容性骨缺损具有优良的成骨性能,可作为一种骨组织工程多孔支架材料,但需要改善其降解速度。张磊等[19]将β-TCP多孔陶瓷作为构建人工软骨的细胞支架。在支架材料上分别接种从犬骨髓干细胞培养成的具有软骨细胞、成骨细胞表型的细胞,将细胞一支架复合体共同培养1周后,移植到犬关节软骨缺损处。植入后12、16周末取材,进行观察。结果显示:复合体体内移植后,在犬关节软骨缺损处有新生软骨形成,形成的软骨基本保持了支架材料原有形态。这表明β-TCP多孔陶瓷可作为支架材料,复合细胞后具有修复软骨缺损的作用。
2.2 α-TCP的应用
宋宏杰[20]通过在兔颅骨上制造贯通缺损,植入α-磷酸三钙骨水泥。术后分别在4周、8周、12周进行观察。结果显示:4周时见新生骨长入人工骨内,形成钉突;8周时见新生骨与人工骨形成嵌合;12周时见人工骨内成骨。此研究表明α-磷酸三钙具有良好的生物相容性、骨引导性和可降解性,是骨重建的理想材料之一。马英等[21]利用α-TCP的水解作用在牙釉质表面制备羟基磷灰石(HA)涂层,在37 ℃条件下水解6 h,即可在牙釉质表面得到厚度约20 μm的HA涂层。此涂层与牙釉质表面结合紧密,涂层的硬度与正常牙釉质无明显的差异,并且具有良好的耐磨性。此方法有望应用于龋病预防和早期釉质龋治疗。
3 结 论
研制理想的生物材料作为人体硬组织缺损修复和替代材料,是生物医学工程学领域的一个重要研究方向。TCP因具有良好的生物活性、生物相容性以及生物降解性,在生物医用材料领域具有重大的应用价值,受到了相关领域研究工作者的高度重视。目前,研究人员已经通过各种方法制备出了TCP,但仍存在一些问题,如:制备的TCP纯度不高,颗粒尺寸难以控制,现有的制备工艺不够理想以及力学强度低,脆性大,抗折及抗冲击性能远不能满足高负荷人工骨要求等。今后对其研究重点就是如何有效的解决这一系列问题,这对进一步推广生物医用材料的应用将具有重要的意义。
磷酸三钙 篇2
造粒主要目的就是经过机械设备来制备符合生产要求的颗粒, 或是直接破碎制备、或是采用搅拌法、喷雾法制备。
工业化生产中, 常见的以下几种造粒方式:
1. 压缩造粒法:是将混合好的原料粉体放在对辊间或一形态的密闭压膜中, 通过外部施加压力使分标题团聚成型。
2. 挤压造粒法:是用螺旋、活塞、辊轮、回转叶片对加湿的粉体加压, 并从设计的网孔中挤出。优点:颗粒截面规则、均一, 生产量大。缺点:模具磨损严重, 颗粒长度和端面形状不能精确控制。
3. 破碎滚动造粒:
4. 干燥喷雾造粒法:
5. 流化喷雾造粒法:
目前我国的粉体造粒技术正取得长足的发展, 但是在我国饲料级磷酸三钙产业中, 这一技术的发展还不是很成熟。我国现在生产饲料级磷酸三钙产品工业中, 多采用高温烧结法, 这一方法对于粉体造粒的要求较高。本文以脱氟磷酸三钙生产中常用的盘式造粒机的成球率为研究方向, 对怎样让圆盘造粒机颗粒满足生产所需;怎样通过提高造粒的成球率减少单位能耗、节约资源最易浅显探讨。
制备满足于采用高温烧结法生产脱氟磷酸三钙的颗粒, 要着重考虑怎样将造粒粒度控制在3~~8mm范围内, 怎么样让在这一范围内的颗粒最多?本文将粒度在3~~8mm范围内的粒子成为核心粒子, 其在粒子中的整体含量成为核心粒子量。主要将对于影响此部分的粒子百分含量的技术操作及其相关的影响因素作整体分析。
二、影响成球率的因素
生产过程中影响造粒机制备合格颗粒的因素多, 根据数据统计分析, 主要有以下因素:
1. 合格精粉原料配伍
配料比 (即:磷矿粉与纯碱的比值) 对于造粒没有影响, 生产数据统计也找不出相应的规律, 由此可以得出配料比对于造粒的好坏没有影响。
2. 圆盘造粒机转速
造粒机电机频率的改变, 对于造粒核心粒子的改变没有影响, 所以电机频率的改变不是影响核心粒子分布状态的一个主要因素。
3. 磷矿粉与纯碱的质量配比对于核心粒子的影响
磷矿粉与纯碱的质量配比关系不是影响造粒机制备核心粒子的因素, 所以物料磷矿粉与纯碱配比的变化不会影响造粒机制备合格粒子。
4. 物料在圆盘造粒机中停留时间
造粒的好坏与物料下料的高度无关, 与物料在造粒机内的停滞时间有关, 统计数据显示:在22秒~~39.6秒范围内, 物料的成球率达到目标要求的最多。
5. 磷酸浓度
磷酸在55.56%~56.45%之间时, 造粒生成核心粒子的个数明显高于在范围之外的磷酸浓度, 且相对含水量在22.0%~~22.7%之间时, 粒度相对较好, 更容易达到目标设定值。
6. 磷酸管道压力对于核心粒子的影响
造粒管道压力在0.18Mpa~~0.4Mpa之间时, 造粒的粒度相对于高于0.45Mpa时明显好很多;磷酸管道的喷雾半径的改变对于造粒的好坏影响不大, 不是其主要因数;磷酸喷头高度 (即:磷酸喷头到物料平面的高度) 对于造粒的好坏不存在较大影响, 在同一位置高度粒度的变化区间较大, 所以不是影响造粒好坏的主要因素。
磷酸流量的稳定与否对于核心粒子的影响:造粒粒度的好坏与磷酸流量的大小、快慢没有直接关系;造粒粒度的好坏与磷酸的总体使用量无关, 统计中找不到明显关系。所以磷酸流量大小及磷酸总使用量不是影响造粒粒度好坏的主要因素。
7. 原料精粉下料位置与磷酸喷淋位置
物料下料位置和磷酸喷头的间距对于粒度没有特殊的影响。在实际生产中, 物料下料位置的改变对于粒度的变化存在影响。物料在圆盘造粒机右侧1.2M位置时, 物料的成球效果不是很理想, 但是当改到左侧相应位置时, 粒度发生了极好的变化, 物料下料口及磷酸喷头间距位置对于粒度的改变影响无规律可循。所以下料口与喷头的间距不是影响粒度好坏的主要因素, 但是下料口和喷头位置同处在物料抛物区时, 粒度的好坏较难控制。
8. 造粒补水方式不同
粒度的好坏与水的添加量、添加方式之间有极大的关联, 采取经混合器加水、独立加水所生产的颗粒粒度达到目标要求的很少, 但是在经混合补水进入磷酸或者不补水的方式生产出来的颗粒达到目标要求的很多, 所以可以得出采取补水入磷酸或者不补水的方式, 很容易掌控造粒粒度的好坏;补水的多少对于造粒好坏也存在着重要影响, 当补水水占投入精粉的比重在0.33%以上时, 造粒效果明显不好, 但是在0.33%以下时, 造粒效果容易控制。
9. 精粉温度
物料在纯冷热状态下 (即物料在生产中存储于罐体中不存在集料垮塌, 造成物料温度不恒定, 而全是冷料或全是热料的状态) , 物料造粒生产形成的目标颗粒较多, 易于满足生产要求, 但是一旦两种物料冷热混合不均的状态下, 极难满足生产要求。所以物料的冷热混合不均也是影响造粒好坏的一个重要因素。
三、影响粒子范围的粉体工程学浅析
在粉体工程中, 将细小颗粒状物料的集合体称之为粉体。粉体物料是由无数颗粒构成的, 颗粒是粉体物料的最小单位。工程上常把在常态下以较细的粉体状态存在的物料成为粉体物料, 简称粉体。粉体的大小、分布、结构形态和表面形态等因素, 是粉体其他性能的基础。
如果构成粉体的所有颗粒, 共大小和形状都是一样的, 则称这种粉体为单分散粉体。大多数粉体都是由参差不齐的各种不同大小的颗粒所组成, 这样的粉体称为多分散粉体。粉体颗粒的大小和粉体颗粒群中所占的比例分别称为物体物料的粒度和粒度分布。
对于饲料级磷酸三钙生产, 其生产过程中的造粒工序, 就是对粉体工程学的应用。如何提高其生产, 使得工业生产的稳定运行, 就要对造粒成球的整个过程有一个整体的了解和整体的分析。要更好的提高造粒生产, 我们就必须站在粉体工程学的角度, 对其粉体层的形成及其参数有一个具体的了解。粉体层是由大量颗粒堆积而成, 粉体层内部颗粒会形成某种空间排列。以下仅以瓮福小野田化工有限公司所用原料作为蓝本, 对饲料级磷酸三钙造粒生产中粉体的为粉体层的力学、电学、热传递及流体透过等有关的各种粉体关系作一浅析。
1. 原料生产中造粒机的容积密度
β1=填充粉体的质量/粉体填充体积=5*0.25*1000/ (3.14*1.6*1.6*0.75) =207.4 (kg/m3)
β2=填充粉体的质量/粉体填充体积=9*0.25*1000/ (3.14*1.6*1.6*0.75) =373.2 (kg/m3)
限于数据原因, 计算以瓮福小野田化工有限公司造粒机 (直径为3.2m, 盘边高度为0.75m) 、生产投入量区间为蓝本进行计算推导。故其原料造粒机的容积密度在207.4kg/m3≤β≤373.2kg/m3。
2. 原料生产中造粒机的空隙率ε。
空隙率ε= (粉体填充体积-填充的颗粒体积) /粉体填充体积
生产投入量为5吨是的空隙率ε1=Vb/V= (3.14*1.6*1.6*0.75-3.14*1.6*1.6*0.18) /3.14*1.6*1.6*0.75=76%, 物料的填充率ψ1=3.14*1.6*1.6*0.18/3.14*1.6*1.6*0.75=24%;
生产投入量为9吨是的空隙率ε2=Vb/V= (3.14*1.6*1.6*0.75-3.14*1.6*1.6*0.36) /3.14*1.6*1.6*0.75=52%, 物料的填充率ψ2=3.14*1.6*1.6*0.36/3.14*1.6*1.6*0.75=48%。
3. 原料生产中造粒粉料的含水量
潮湿物料由于颗粒表面的吸附水, 颗粒间形成所谓滑液桥力, 而导致颗粒间附着力的增大, 形成团粒。由于团粒尺寸较一次粒子大, 同时团粒内部保持松散结构, 导致整个物料的堆积率下降。故而想生产出合格的粒子, 必须严格控制好物料的含水量。
通过实际及理论分析, 将采用烧结法生产饲料磷酸三钙的造粒部分做到最好, 在生产过程中应该满足以下几方面的要求:1、物料在造粒机内的停滞时间控制在22秒~~39.6秒范围内;2、造粒管道压力在0.18Mpa~~0.4Mpa之间;3、如果生产中物料较干, 需要补水, 补水量不得超过精粉的比重在0.33%;4、控制物料的投入保障物料的空隙率和容积密度在生产范围内, 不然将严重影响粒度。
摘要：简述现有粉体造粒技术的方法和设备, 对今后造粒技术的发展趋势提出了看法。随着科学技术的进步, 造粒技术已被广泛应用于固体制剂的造粒技术和化工行业。粉体造粒技术在我国还处于起步阶段, 但是此技术以其独特的优势正受到人们越来越多的关注, 根据不同的造粒需求, 做到能满足生产、生活所需的不同粒度。
关键词：造粒,粉体技术,影响因素
参考文献
[1]《我国粉体造粒技术的现状与展望》作者:李建平;李承政;王天勇;田希安;于爱兰.
[2]《固体制剂造粒技术的研究进展》作者:侯婷;南亚森.
磷酸三钙 篇3
GB/T 13522中规定骨质瓷器中磷酸三钙的含量测定方法是采用磷铝酸喹琳重量法测定五氧化二磷含量,再换算出磷酸三钙的含量。而磷铝酸喹琳重量法这种化学分析方法样品处理过程复杂、测试周期较长,提高了测试成本;并且化学分析方法使用的大量化学药品,蒸发后严重污染大气,产生的大量废酸废液严重污染水源。而X-射线荧光光谱分析法制样简单,大大缩短了测试周期;XRF方法不需要用到任何化学药品,避免了对水源和大气的污染。并且该方法测量灵敏度较高,可以更好的测定微量及痕量元素。
本研究目的是通过利用XRF方法对骨质瓷器中P2O5的含量进行定量分析,从而通过换算计算出骨质瓷中磷酸三钙的含量,本研究一方面可为GB/T 13522标准的修订提供参考意见,另一方面可为提高实验室检测“骨质瓷器”磷酸三钙含量的工作效率以及避免化学分析方法带来的环境污染提供帮助。
1 实验部分
1.1 仪器
日本理学公司生产的波长色散全自动X射线荧光光谱仪(ZSXPrimusⅡ型);
1.2 标准样品的制备
X荧光定量分析的基础就是要把测试分析样品的特征X射线强度转换成相应的元素含量,但是XRF理论强度与试样浓度并不是简单的线性关系。因此在XRF定量分析中需要用到一组和待分析样品成分、物理化学状态都相近的标准样品对仪器进行校正。有鉴于此,本研究根据《GBT 15000.5-1994标准样品工作导则(5)固体化学成分标准样品技术通则》的要求和骨质瓷器磷酸三钙含量测定的实际需要,并参考骨质瓷器的物理化学性能和元素含量特点,研制了一套骨质瓷器X荧光定量分析标准参考物质。
1.2.1 标样配方的确定
根据国家标准GB/T 13522-2008中对磷酸三钙的含量测试方法的描述为先测定出P2O5的含量,再换算出磷酸三钙的含量,换算公式为Wc=2.1853Wp,Wc为磷酸三钙含量,Wp为P2O5含量。并且GB/T 13522-2008规定骨质瓷器中磷酸三钙含量应不低于36%,实际生产中骨质瓷器的磷酸三钙的含量在36~45%之间,根据换算公式换算成P2O5的含量应为16~21%。由于这套标准参考物质在配方上要与骨质瓷器相一致,要能包含所有骨质瓷器中P2O5的含量,并且P2O5含量要有足够宽的含量范围和含量梯度,所以标样中P2O5含量范围应大于16~21%,为了达到足够宽的范围,标样的配方范围选定10~30%之间,具体标样配方见表1。
1.2.2 标样工艺的确定
为保证所有标准样品的均匀性,工艺流程进行了细磨、混匀、压制成型后再进行烧结。制备工艺流程如图1所示。
1)原料的选择
所选原料均为骨质瓷器中所含元素化合物的分析纯药品,均匀性、稳定性以及纯度都能达到制备标样的要求。同时为了保证所制标样的均匀性,还对原料进行了细磨、混匀的处理。
2)原料的配比称重
采用万分之一天平进行称重,精确到0.0001g。
3)混匀及细磨
研磨时使用Al2O3磨罐和玛瑙磨介以避免污染,研将配比称重并混匀完成后的原料放入行星式球磨机内进行细磨,为了使原料在球磨完成后容易干燥,用乙醇代替水添加进球磨罐内,同时使球磨机的球、料、乙醇之比为1∶0.8∶1.2,为了使原料达到一定的细度,设置球磨机转速为450r/min,球磨时间为一小时。球磨结束时应保证99.9%以上的原料颗粒粒径≤74μm(200目),舍弃筛余物。
4)烘干及粉碎
研磨好的泥浆放入烘箱内进行烘干,烘箱温度过高则乙醇易被点燃,所以烘箱温度应维持在45℃。将烘干好后的泥料置于研钵中粉碎成粉料。
5)干压成型
由于泥料有一定的细度,所以比表面积大,流动性很差,干压成型时不容易均匀的充满模具,经常出现成型件有空洞、边角不致密、层裂、弹性失效的问题。为了使干压成型后的坯料圆饼有一定的强度,在干压之前需要进行造粒:将粉料摊开平整的置于小盘内,用玻璃棒蘸取少量的水均匀地洒在坯料表面,不停地抖动小盘,使粉料的颗粒有小范围的聚集,从而增强泥料的比表面积和流动性。取大约10g造粒完成后的坯料用ZHY-401A型自动粉末压样机制成直径30mm的圆饼。
6)烧结
为了规避标样与骨质瓷器不同基体效应的影响,应使标样与骨质瓷器样品有着相同的物理化学状态,所以实验对配置好的标准样品粉末薄片置于高温炉中进行了烧结。烧成制度要严格按照骨质瓷器的烧成制度进行烧结,烧成制度见图2:
2 结果与讨论
2.1 标准曲线的绘制
用烧结过的一套骨质瓷器标准样品按照表3的测量条件分别进行测量。
将标样中P元素的元素浓度Cp为纵坐标,再以测量结果中对应的特征线强度Ip为横坐标做散点图,再用最小二乘法拟合出标准曲线,标准曲线见图3。
标准曲线公式为:Y=-268.1975+29.0746X,线性相关系数为99.5%,标准差为13.70951%。
2.2 方法的精密度
为了验证X射线荧光方法测试P2O5含量的可重复性,将骨质瓷器样品进行多次测量,观察统计其平均值、标准偏差以及相对标准偏差:
X射线荧光的测试数据表明该方法具有较好的重现性,精密度较好。
2.3 分析结果对比试验
为了验证X射线荧光方法测试P2O5含量的准确性,实验将典型骨质瓷器样品平均分成4份,分别送到不同(下转第72页·Continued on page 72)单位进行了湿化学分析法和熔融法X射线荧光光谱方法测试,将测试结果分别进行对比分析(见表3和表6),并做折线图(见图4和图5),根据折线图可见被测样品P2O5含量的分析误差均在规定的允许误差范围之内,能够满足分析测试需要。
3 分析与总结
通过X-射线荧光分析法分析骨质瓷器中五氧化二磷的含量,进而分析出磷酸三钙含量的方法,相对于化学分析方法制样简单,具有较高的工作效率,分析测试速度提高了数十倍,较好的降低了测试人员的工作强度,节约了人力;并且该方法测定结果精密度较高,降低了随机误差;通过实验数据的对比验证,证明该方法完全可以满足骨质瓷器磷酸三钙的定量分析需要。
参考文献
[1]GB/T13522-2008.骨质瓷器.中国国家标准化管理委员会.2009
[2]GB/T1871.1-1995.磷矿石和磷精矿中五氧化二磷含量的测定-磷钼酸喹啉重量法和容量法.中国国家标准化管理委员会.1996
[3]SN/T2697-2010.进出口煤炭中硫、磷、砷和氯的测定-X射线荧光光谱法.国家质量监督检验检疫总局.2010
[4]侯金红,高良豪,刘磊.X荧光光谱法测定烧结矿中SiO2等7个成分的含量.光谱实验室,2003,7:601～606
磷酸三钙 篇4
1材料和方法
1.1材料
颗粒型多孔β-TCP(不规则颗粒,直径>3.5mm)及粉末型多孔β-TCP,由上海贝奥路生物材料有限公司提供,Ca/P比例1.55±0.3,孔隙率>85%,孔径(450±50)μm,孔间连接径(150±50)μm,孔沟通率>99%;自制冻干异体骨颗粒(直径3-5mm)。
1.2仪器
自制环钻和平头锉(外径10mm),冷冻干燥机(ALPHAl-2LD plus),深低温冰箱(REVCO),硬组织切片机(Leica 1600型),光学显微镜、图像采集及分析系统(Lecia-LA Qwin3.2),X线摄片机(Philips DIGTAL),CT(GE/Hispeed)。
1.3冻干异体骨颗粒的制备
1只健康成年中国青山羊,无菌条件下手术取出髂骨及各长骨干骺端富含松质骨的部分,去除表面软组织,将松质骨制成直径3-5mm小骨粒。于V氯仿和V甲醇(1∶1)混合液中脱脂12h,蒸馏水充分清洗,彻底去除骨髓、血液及脂肪组织,再置于庆大霉素生理盐水(4wU庆大霉素/100mL生理盐水)中浸泡0.5h,-80℃深低温冷冻后置于冻干机干燥,双层无菌血浆袋封装,60Co照射灭菌,放于4℃冷库12h后经-30℃降温,最后贮存于-80℃深低温冰箱内保存2周以上备用。
1.4实验分组
实验材料多孔β-TCP分为颗粒型多孔β-TCP组(A组)和粉末型多孔β-TCP组(B组),以冻干异体骨颗粒组(C组)和空白组(D组)为对照。
1.5骨缺损模型的建立及分组修复
健康成年中国青山羊18只,12月龄,体重20-25kg,雌雄不限,由西京医院实验外科提供。速眠新Ⅱ注射液0.1mL/kg肌肉麻醉,备皮、消毒、常规铺单,左侧膝关节外侧切口显露股骨下端和胫骨上端,以关节间隙上10mm为中心,用自制环钻(外径10mm)制备深20mm的股骨下端骨缺损,以关节间隙下10mm为中心制备胫骨上端骨缺损,底部锉平,生理盐水冲洗,同法制备右侧。取下骨缺损对应之皮质骨盖。每只动物骨缺损区随机分为A,B,C,D 4组,相应植入A,B,C组材料,覆以对应之皮质骨盖,D组为空白对照,不植入任何材料,逐层严密缝合伤口,无菌敷料包扎,常规换药,术后1周内每只动物肌注青霉素80wU/d,术后14d拆线。无异常后雌雄分栏放养,任其自由活动。实验动物按取材时间随机分为4周、12周和24周3组,每组6只,耳标标记。
1.6术后观察
术后观察实验动物饮食、活动、切口愈合情况及有无炎症、植入材料有无脱出。
1.7 X线观察
术后及术后4周、12周及24周麻醉下拍摄双侧膝关节正位X线片,统一条件为46kV,50mA,曝光时间0.14s,投照距离1m,DICOM格式保存。观察骨缺损区X线表现。并测定图像骨缺损修复区以及骨缺损邻近正常松质骨区灰度值,二者求比值进行数据分析。
1.8 CT观察
于术后4周、12周及24周拍摄术区横断面CT,统一条件为100kV、80mA,层厚2mm,DICOM格式保存。观察术区局部细微情况。所得图像取骨缺损新骨生成区5mm 2平均像素值,并取邻近正常松质骨区域平均像素值,求得二者之比进行数据分析。1.9植入材料大体观察
取组织学标本时将骨缺损区沿长骨长轴锯开,肉眼观察植入材料与宿骨间的界面情况。
1.10组织学观察
分别于术后4周、12周及24周处死动物,手术区取材,10%中性甲醛固定2周,脱水、脱脂,塑料包埋,垂直长骨长轴30μm连续切片,改良丽春红三色及骨粉染色,光镜观察。另进行组织计量学测定,每份标本随机抽取3张,利用计算机图像分析系统低倍镜下分段采集含有植入材料全部视野的图像,然后将各个视野合成一幅完整的图片,分别计算新骨形成面积比和材料降解率。公式为:新骨形成面积比(%)=新骨形成面积/植入材料面积×100%,同理可得材料残余面积比,进而得到材料降解率。
1.11统计学分析
采用SPSS11.5统计软件进行两因素析因设计的方差分析,两两比较用LSD法,P<0.05认为有统计学意义。
2结果
2.1术后动物情况
所有动物均完成实验,术后活动、进食基本正常,精神状态良好。未见瘫痪、惊厥、呼吸抑制等不良反应。切口无感染,愈合良好,无材料脱出。膝关节活动范围正常,无术后骨折等发生,动物无死亡。
2.2 X线观察
术后当天X线片示骨缺损形态、部位良好,植入材料无脱出。术后4周X线片A,B,C组骨缺损区边缘植入材料模糊、密度不均匀减低,D组空白对照骨缺损区呈外形规则低密度区;12周X线片可见A,B,C组骨缺损区密度均匀减低,边缘、中心植入材料均呈模糊不清云雾状(图1),D组缺损边缘硬化;24周X线片可见A,B,C组骨缺损区密度较为均匀,骨缺损呈骨性愈合,D组未愈合(图2)。
术后24周X线片灰度值分析结果表明,A组(64.33±4.12)%和B组(62.87±5.05)%之间无统计学差异(P>0.05),C组(74.63±5.86)%和A组(64.33±4.12)%、B组(62.87±5.05)%间有显著性差异(P<0.05)。
2.3 CT观察
术后4周CT可见A,B,C组各层面邻近宿骨骨缺损区植入材料形态模糊,彼此间界限不清,骨缺损中心区局部材料清晰可辨,D组各层面骨缺损区均呈低密度;12周CT可见A,B,C组各层面植入材料在骨缺损边缘和中心均呈崩解模糊状(图4),D组各层面D组各层面骨缺损区均呈低密度,边缘硬化(图5);24周CT可见A,B组各层面骨缺损中心区有少量植入材料痕迹残留,C组各层面基本为较均匀的高密度区,骨缺损基本愈合,D组各层面骨缺损区依然为低密度区,骨缺损未愈合。
术后24周CT图片像素值分析结果示:A组(61.76±3.68)%和B组(59.78±3.42)%之间无统计学差异(P>0.05),C组(72.43±3.97)%和A组(61.76±3.68)%、B组(59.78±3.42)%间有显著性差异(P<0.05)。
2.4植入材料大体观察
4周时植入材料与宿骨紧密接触,边界可辨;12周植入材料与宿骨边界模糊,不易辨别;24周植入材料基本与宿骨组织融为一体,A,B组仅可见骨缺损区少量模糊的材料痕迹。
2.5组织学观察
4周时A,B组可见边缘有少量新生骨,近中部位材料部分崩解,C组边缘可见少量新生骨,崩解的异体骨粒被骨性肉芽组织包绕,D组亦可见边缘处少量新生骨生成;12周A,B,C组可见中心有散在骨岛,不成熟的骨小梁由边缘向中心长入(图7),边缘区域成熟骨小梁中出现骨髓,D组边缘新生骨较4周无明显增多;24周A,B组中心仍有部分未降解的材料(图8),新生骨组织向中心延伸,C组基本为较成熟骨组织替代,多为成熟骨小梁结构,D组为纤维组织填充。
各时间段组织学图片计算机分析结果见表2。各时间段新骨生成面积比A组和B组间无统计学差异(P>0.05),C组和A组,C组和B组间有显著统计学差异(P<0.05)。
3讨论
骨缺损修复一直是骨科临床的一个重要问题,骨缺损修复的实验研究也成为一个研究的热点。然而以往的骨缺损模型多为节段性骨缺损[1,2,3,4],不能很好地模拟腔隙性骨缺损环境。与节段性骨缺损不同,腔隙性骨缺损相对闭合,也能为植入材料提供相对稳定的局部微环境环境。有别于皮质骨缺损由膜内化骨或软骨内化骨修复,松质骨缺损是通过骨小梁的长入来修复的,骨形成和材料生物降解较为均衡[5]5],单纯的松质骨缺损能更好地评价生物材料的性能。对生物陶瓷材料在皮质骨或松质骨缺损所引起的组织学反应,卢建熙等[6]6]发现生物陶瓷材料在皮质骨缺损的成骨能力优于松质骨,而在松质骨内降解速度较皮质骨快,他认为评价生物陶瓷的生物性质的理想植入部位是松质骨,因为在此生物陶瓷内的成骨和降解能达到平衡。
自体骨移植是骨缺损修复的“金标准”,却由于来源有限以及会引起供区并发症等[7,8]限制了其在临床中大量使用。同种异体骨移植并不存在这些问题,特别是20世纪50年代研究发现冷冻法处理后异体骨免疫原性显著下降,异体骨移植更得以广泛开展。冷冻干燥会使骨细胞死亡,同时将残余水分减少到总重5%以下,降低异体骨免疫原性同时使得异体骨可以在常温下保存。规范综合骨库因此大量出现,异体骨有了固定的来源和科学的制备方法,目前在临床有着广泛的应用并且显示出出色的骨修复能力。本实验24周时冻干异体骨组新骨形成面积比(55.67±4.38)%明显高于颗粒型多孔β-TCP组(37.67±5.52)%和粉末型多孔β-TCP组(39.11±6.43)%。然而经处理的异体骨移植引起受者的免疫反应、传播HIV等疾病以及骨诱导能力、机械性能减低等[9,10]问题依然困扰着临床工作,使得研究者们不得不去寻找更加理想的骨移植替代材料。
TCP由于其化学组成与骨组织无机物成分相似,很早就被用于骨缺损修复。随着研究的深入,β-TCP表现出的良好的骨结合性、降解性、骨传导性已经促进新骨生成的能力[11,12,13,14]已经越来越受到重视。然而不同制作工艺生产的β-TCP有着不同的特性,不同特性的β-TCP促进骨生成的能力也有很大差异。实验表明,孔径大于5 0μm可形成类软骨和类骨样组织,大于100μm才能矿化成骨;孔于孔间的连接也起着关键作用,孔内连接径20-50um可形成类软骨和类骨样组织,大于50μm才能形成矿化骨15。本文所用的多孔β-TCP采用新技术烧制,孔隙率(75±10)%,球形孔径(500±150)μm,孔内连接径(150±50)μm,最显著的特性是其孔沟通率>99%,可良好地促进骨生成和矿化。实验表明颗粒型和粉末型β-TCP材料在促进骨缺损修复上无明显差异,而较之冻干异体骨尚有不足。这可能是因为β-TCP本身并无骨诱导能力,而异体骨中还有诱导骨生成的活性物质。
本实验所建立腔隙性松质骨模型稳定、可靠,可良好地完成对负重区松质骨缺损修复的实验研究。鉴于以往文献中大量的节段性骨缺损修复的实验研究,我们应该逐渐重视对负重区腔隙性松质骨缺损的研究。本实验所用的新技术烧制的多孔β-TCP在孔径、孔内连接径以及孔沟通率等关键特性上有着杰出的表现,更利于促进新骨生成和矿化从而完成对骨缺损的修复。然而β-TCP材料本身还存在着降解率和成骨率不协调等问题,还需要进一步研究其制作工艺和特性以不断改进其力学性能、化学性质和物理结果,使β-TCP能更好地完成骨缺损修复。
摘要：建立一种新型松质骨缺损的动物模型,观察和评价新型多孔β-磷酸三钙(β-TCP)对该骨缺损的修复能力。成年中国青山羊双侧股骨下端、胫骨上端制备腔隙性松质骨缺损(直径10mm、深20mm),以颗粒型多孔β-TCP(A组)、粉末型多孔β-TCP(B组)进行修复,同时设立冻干异体骨(C组)和空白对照组(D组)。术后4周、12周、24周进行X线片、CT及组织学以观察和评价骨缺损修复情况。结果表明D组不能自行愈合;X线、CT示24周时A、B、C组均骨性愈合,图像数据分析示A组和C组、B组和C组间有统计学差异(P<0.05);组织学示A、B、C三组4周新骨开始长入,24周骨缺损基本修复,4周、12周、24周三组新生骨面积比分别为(6.82±0.84)%、(6.68±1.13)%、(19.98±1.32)%,(16.32±2.21)%、(16.88±2.43)%、(38.63±3.31)%,(37.67±5.52)%、(39.11±6.43)%、(55.67±4.38)%,统计学分析示C组修复效果好于A组、B组(P<0.05),A组、B组间无差异(P>0.05)。该骨缺损模型稳定、可靠,可较好得模拟一些临床中的腔隙性骨缺损环境;新型多孔β-TCP可良好修复该腔隙性松质骨缺损。