玻璃离子水门汀加入Sr-HA后机械性能的实验研究

玻璃离子水门汀加入Sr-HA后机械性能的实验研究

陈莹;王健平;李岩;冯瑶;周立波;王佳琦

【摘要】目的:生物活性陶瓷材料是一种功能比较特殊的生物医用材料,一种新型的磷灰石类的陶瓷材料,即掺锶羟基磷灰石.本课题旨在研制成一种能达到牙齿仿生学要求的并应用于临床的牙科修复性的掺锶羟基磷灰石(Sr-HA)复合生物活性材料.方法:将不同质量比例的掺锶羟基磷灰石(Sr-HA)与玻璃离子水门汀(GIC)充分混合后,检测复合生物材料的力学性能.选用Sr-HA(锶含量为5％)为本实验的改性材料,通过向等质量的玻璃离子水门汀(GIC)中添加不同质量比例(5％,10％,15％,20％)的掺锶羟基磷灰石(Sr-HA)后,常规固化,测定改性后生物材料的抗压强度,弯曲强度及扫描电镜后观察了生物材料的断端形态,与玻璃离子水门汀组形成对照.结果:新型复合生物材料的机械性能均有不同程度的提高,当添加质量比例分别为15％,10％时,其抗压强度,弯曲强度,达到峰值,各组数值均高于玻璃离子水门汀组.结论:这些数值为玻璃离子水门汀(GIC)的改性和对其深入的研究奠定了基础,使玻璃离子水门汀即保持了在生物相容性、黏结性、牙髓刺激小、防龋方面的优势,又能在提高机械性能的前提下扩大其应用范围.

【期刊名称】《黑龙江医药科学》

【年(卷),期】2016(039)002

【总页数】3页(P105-106,110)

【关键词】掺锶羟基磷灰石;玻璃离子水门汀;力学性能

【作者】陈莹;王健平;李岩;冯瑶;周立波;王佳琦

【作者单位】佳木斯大学附属第二医院,黑龙江佳木斯154003;佳木斯大学附属第

二医院,黑龙江佳木斯154003;黑龙江省牙病防治所,黑龙江哈尔滨150000;佳木斯

大学附属第二医院,黑龙江佳木斯154003;佳木斯大学附属第二医院,黑龙江佳木斯154003;佳木斯大学附属第二医院,黑龙江佳木斯154003

【正文语种】中文

【中图分类】R783.1

玻璃离子水门汀(glass ionomer cement，GIC)是一种新型材料，能够普遍的应用在临床上是因其具有良好的性能，它以黏结性好，对牙髓刺激小，防龋等特点而倍受青睐。近年来，随着科研人员对玻璃离子的不断改进，使得其在性能方面更趋于理想化。

纳米羟基磷灰石(HA)作为一种较理想的生物材料被广泛的应用，具有生物相容性。是骨骼和牙齿中主要的无机成分，在牙齿中，羟基磷灰石的成分占95%左右。羟

基磷灰石纳米颗粒无论是在基础研究还是临床研究中都显示出较高的优势［1］。锶(Sr)的存在被认为具有增强骨强度的作用，在骨骼中的质量分数约为0.01%［2］。作为人体和某些动物内必要的微量元素，曾被用于防龋和预防骨质疏松［3］。纳米羟基磷灰石(HA)的晶体极其微小，具有很高的表面能、高静电场、强极化力等特殊的理化特性，这些特性使得纳米羟基磷灰石(HA)容易发生置换反应［4］。锶与钙同族，它可以置换羟基磷灰石的的钙而成为锶磷灰石(Sr－HA)，锶元素的适量掺入可以提高骨质的机械性能，起到了化学强化作用［5］。

本实验想利用掺锶羟基磷灰石的机械性能，按不同质量比例(5%，10%，15%，20%)与等质量玻璃离子水门汀充分混合后，将Sr－HA作为添加材料引入到GIC，与玻璃离子水门汀组形成对照。此实验综合二者材料优势，将Sr－HA与GIC复合，探讨添加Sr－HA对GIC的力学性能的影响，为其提供有力的依据。

1.1材料的制备

①纳米Sr－HA的制备:以四水硝酸钙［Ca (NO3)2·4H2O］、磷酸氢二铵［(NH4)2HPO4］、硝酸锶［Sr(NO3)2］为原料，180℃下水热处理8h制得Sr

－HA。

②掺锶羟基磷灰石(Sr－HA)复合生物活性材料的制取:将制得的白色Sr－HA粉体(即Sr－HA)研磨、过200目筛，按质量比例5%、10%、15%、20%向玻璃离子

水门汀中加入掺锶羟基磷灰石(Sr －HA)，将容器置于超声振荡器中，400 W功率条件下，超声振荡15min，并机械搅拌后形成复合生物材料。

1.2试件的制备

①抗压强度:将铁片弯制成半径2mm、高为6mm的中空圆柱形模型，共计40个。

②弯曲强度:将铁片弯制成长为25mm，宽为2mm，高为2mm的矩形，共计40个。③弯曲强度力学性能检测后试件的断端作为扫描电镜观察生物材料形态的试件。

1.3测试方法

先将玻璃离子水门汀组和掺锶羟基磷灰石(Sr －HA)生物活性材料(按质量比例的5%，10%，15%，20%)与等质量的玻璃离子水门汀混合调拌。

①抗压强度的检测

将调拌后充填到半径2mm、高为6mm的中空圆柱形模型中，固化后从模具中取出，用硅砂纸进行打磨抛光，并保证每组有8个测试抗压强度的最终试样。将试

样存贮在37℃恒温干燥箱48h后测试备用。用万能材料试验机以1mm/min的加速度进行加荷，在达到断裂时，记录下瞬间最大的负荷值P (N)。将8组试件的负荷值取平均值。

②弯曲性能的检测将调拌后充填到标准模具中(长×宽×高: 25mm× 2mm×2mm)，固化后从模具中取出，将制好的试件分别用硅砂纸进行打磨，并保证每组有8个

试件作为最终样本。放入37℃恒温干燥箱中48h后待测。用万能材料试验机以

0.75mm/min，支点间距离20mm，支座和压头圆角半径1mm，使压头和试件

成一条直线垂直加压，构成3点加荷直至试件断裂，检测试件的弯曲强度。记录

最大负荷值P(N)。

③断裂表面形态观察

弯曲试验样本断面用丙酮清洁喷金后，用扫描电镜观察断裂表面形态，统计裂纹个数和裂纹尺寸，进行对比分析。

1.4统计学方法

采用SPSS 19.0软件进行统计学分析，验数据均采用均数士标准差(±s)表示，各

组均数之间总体差别，两两比较，采用LSD－t检验分析，以P＜0.05为差异有显著性意义。

2.1抗压强度

随着不同质量比例Sr－HA加入后，复合生物活性材料的抗压强度均高于玻璃离子水门汀。其抗压强度出现先升高再下降，当添加质量比例为15%的掺锶羟基磷灰

石时达到峰值，此时抗压强度最大。

2.2弯曲强度

随着不同质量比例Sr－HA加入后，复合生物活性材料的弯曲强度均高于玻璃离子水门汀。其弯曲强度先升高后下降再升高，总体呈现上升趋势，当加入质量比例为10% Sr－HA时，数值最大。

2.3断裂表面形态观察

扫描电镜观测裂纹结果见图1，分别为加玻璃离子水门汀组和将掺锶羟基磷灰石按质量比例的5%，10%，15%，20%与玻璃离子水门汀混合后复合生物材料的断端形态，图1中(a) (b)材料断面可见多处裂痕，而且比较宽。图1中(c) (d) (e)材料

端口裂痕数目减少，并且变细，裂痕逐步得到了改善。表明随着不同质量比例的掺锶羟基磷灰石(Sr－HA)加入，生物活性材料韧性增大，改善了其脆性。结果见表1，