兰州大学学报（自然科学版）1种中新型骨组织工程材料CPP纤维的制备和性能石宗利\戴刚2，李重庵\俞然1（1.兰州大学物理科学与技术学院力学系，甘肃兰州730030；2.第三军医大学西南医院骨科，重庆400038）研制出具有可控降解速率的聚磷酸钙纤维。测试了聚磷酸钙纤维的力学性能。降解性能。毒理学性能和生物相容性能，讨论了聚磷酸钙纤维的降解机理。

　　为研制组织工程用支架材料和高强度可吸收性生物医用骨折内固定复合材料，本文采用化学成分与人体骨矿物质相近的磷酸钙或磷酸二氢钙为主要原料，添加适量的稳定剂、阻降剂，用熔融拉丝法研制出一种新型高强度可吸收性生物医用材料一一聚磷酸钙（CalciumPolyphosphate，CPP）纤维。测试了该纤维的力学性能、生物学性能和降解性能，讨论了纤维的降解机理。这对研制和开发骨组织工程支架多孔复合材料、骨折内固定复合材料以及骨缺损修复复合材料具有重要意义。

　　1实验方法1.1CPP纤维的制备将磷酸钙稳定剂和阻降剂混合均匀、研磨、过筛，放入坩埚，并将坩埚置入自制的拉丝炉中，升温至熔融，然后用自制的玻璃纤维拉丝机拉丝得到纤维，经理论和X射线分析表明，该纤维为直链式CPP纤维。

　　1.2力学性能测试用19JA万能工具显微镜测量纤维单丝直径，然后用江苏太仓纺织仪器厂制造的YG003纤维电子强力仪测定纤维的拉伸强度、断裂延伸率和弹性模量，加载速率为2mm 1.3降解性能测试1.3.1模拟体液及不同pH值缓冲液的配制在1 000mL蒸馏水中加入NaCl 3.5g，然后加NaOH配成pH值为7.4的弱碱性模拟液，再用HAc~NaAc，Na2C3~NaHC3分别配成pH值为6.2和8.1的缓冲溶液。

　　基金项目：甘肃省科技攻关项目（GS992-AS~023）和国家自然科学基金重点项目（39830100）资助。

　　1.3.2体外降解实验选取直径为100m左右的纤维，分别放入盛有100mL的上述3种缓冲溶液的试管中，在匿温37C水解，经一定时间后取出、水洗、干燥，测定纤维直径、拉伸强度、弹性模量，用扫描电镜观察纤维的降解表面。

　　1.3.3生物学实验参照美国药典第23版方法，取直径50mCPP纤维300cm，放入100mL无菌生理盐水中，37C下密闭温育48h，制备其材料萃出液，紫外线消毒后备用。实验动物为昆明种（92002号）健康小鼠，体重20.0t1.0g.实验结果采用多个样本率间两两比较的X检验，检验水准T= 2实验结果与讨论1力学性能力学性能的测试表明，拉伸强度和弹性模量随纤维直径的增大而减小，表1是纤维直径在10tWm范围内其力学性能测定的结果，并与聚乳酸（PLLA）纤维的力学性能进行了比较。

　　表1纤维的力学性能纤维拉伸强度/GPa断裂延伸率/% CPP纤维PLLA纤维由表1可以看出，两种纤维的拉伸强度相近，而CPP纤维的弹性模量是PLLA纤维的3倍。因此，用CPP纤维作组织工程软骨制备的支架材料可以克服用可吸收性高分子材料（如|PLLA，PGA等）纤维作支架材料时所产生的弊端，如因刚度不足、受力容易变形而导致种植细胞损伤。

　　2降解性能是降解实验结果，即在不同pH值缓冲介质中，纤维的直径随降解时间的变化规律。可以看出，在弱酸、弱碱缓冲介质中，纤维直径随降解时间的延长而减少，降解速率随pH值的增大而增大。宄其原因，在有碱存在时，则发生碱催化水解，从而加速了降解。对数据进行线性回归，其结果为其中：d为纤维在t时刻的直径；r为线性回归系数。

　　为纤维在降解过程中力学性能的实验结果，即纤维的拉伸强度、弹性模量随降解时间的变化关系。从可以看出，纤维的拉伸强度、弹性模量均随降解时间的增大而增大。这是因为，随降解时间的增大，纤维直径不断减小小，其表面缺陷如微裂纹等不断消除，从而导致纤维拉，％胃伸强度、弹性模量随降解时间的延长而增大。

　　7.3，恒温37C下模拟人体环境的缓冲介质中，CPP纤维的降解速率太大，必需降低纤维的降解速率，才能用作生物医用骨组织工程支架多孔复合材料和可吸收性内固定复合材料的增强纤维。本文通过添加稳定剂S和阻降剂M来降低纤维的降解速率。

　　实验表明通过加入5%的稳定剂（S）后，经96h降解，其降解速率从9%下降到66%.为纤维降解速率与阻降剂M变化关系的实验结果（降解时间96h）。

　　从可以看出，纤维降解速率开始随阻降剂M含量的增加而急剧降低，阻降效果显著，当W（阻降剂3%后，其降解速率趋于稳定。进一步研究证明，》优化阻降剂性能可使纤维的降解速率从15%降低到20 %.因此纤维的降解速率具有可控性。关于稳定剂、阻降剂的作用机理正在研究中。由于稳定剂S和阻降剂G M是人体骨矿物质的微量成分，从而加入后不影响纤阻降剂）/%维的毒理学性能和生物相容性能而有利于细胞的生长纤维的降解速率与阻降剂M的变化关系均能降解。中（a），（b）分别是未降解和降解40h后纤维表面的SEM照片，可以看出纤维表面都很光滑，说明降解后，纤维表面没有空洞、凹坑等缺陷产生，可认为降解是在纤维表面上均匀进行。因此，纤维的降解机理是在降解液作用下的表面水解，这是一个连续的降解过程。其降解过程中发生的化学变化为聚磷酸钙焦磷酸钙偏磷酸钙2.4生物学性能用CPP纤维萃出液腹腔注射*大容许剂量（IP）测得其急性毒性、致突变和致畸作用，毒理学（实验结果见表。Academic（a）未降解纤维（b）降解纤维纤维降解表面SEM照片表2 CPP纤维毒理学检测实验结果组别检查脏器指数致突变致畸实验（畸发率％）精子畸变率％染色体畸变率％微核发生率％胎鼠肝血微核分析实验组阴性对照组阳性对照组注：厶表示与阴性对照组比较，p> 0.05；o表示与阳性对照组比较，p表2表明，CPP纤维对机体无急性毒性；对小鼠内脏器官、精子、骨髓染色体和微核以及胎鼠肝血微核均无异常影响；不导致小鼠畸胎发生。这证明可吸收性CPP纤维是一种无毒性*无致突变和致畸作用的生物医用材料。

　　细胞生物相容性实验证明CPP纤维对代培养软骨细胞的生长过程和形态变化无明显影响，可与软骨细胞完全相容，因而具有良好的生物相容性。

　　3结论aCPP纤维具有良好的生物相容性和降解性能，是理想的生物医用材料之一，具有极大的应用前景。

　　bCPP纤维的降解机理是在溶液介质作用下的表面水解。在弱酸、弱碱介质中其降解速率随pH值的大而大。

　　cCPP纤维的拉伸强度、弹性模量随直径的大而减小，随降解时间的延长而大。

　　石宗利等：一种新型骨组织工程材料