摘要：自固化磷酸钙(CPC)是数年前在美国研制成功的一种非陶瓷型羟基磷灰石类(HAP)人工骨材料。它克服了陶瓷型HAP烧结形成、修整困难等缺点，具有制备容易、使用方便等优点。1991年以来，CPC开始在临床试用，修复颅骨，获得满意效果。本文报告了CPC的最新研究结果，包括固化过程及固化工艺的研究，快速凝固型、抗水型CPC的研究，有机复合CPC水门汀的研究和作为载体缓释多种药物的体外试验结果等。随着研究范围的不断深入和扩大，CPC有可能会成为未来非负重或低负重部位骨缺损修复的标准材料。

Latest Progress in Studies of Self-Setting Calcium Phosphate Cement

Wang WenboChen ZhongweiChen Tongyi

（Department of Othopaedics,1^stClinical Hospital,Harbin Medical University,Harbin150001）

Abstract：Self-setting calcium phosphate cement(CPC) is a non-ceramic form of hydrxyapatitic artificial bone material (HAP) which was first exclusively produced in America several years ago. CPC is free from the drawbacksto ceramic HAP,including sintering and difficulties in shaping. CPC has the characteristics of simple-producing and easy applyication.In 1991,the clinical application of CPC to repairing the calvarial bone defects was approved,and the results reportedly so far were good or excellent.This paper presents the latest progress in the studies of CPC,concerning the probing into the setting process,the producing of fast-setting and non-decayed types of CPC,the studies of organic compound CPC,the in vitro results of CPC as a drug delivery system,etc.As the research goes on deeply and broadly,CPC is hopefully becoming a standard material in repairing bone defects at the non-or low-bearing site in the future.

Keywords：CPC HAC TTCP Artificial bone Advance▲

自固化磷酸钙，即磷酸钙水泥(Calcium phosphate cement,CPC),亦称羟基磷灰石水泥(Hydroxyapatite cement,HAC),是80年代中期由Brown和Chow研制出来的自固化型(self-setting)、非陶瓷型羟基磷灰石(HAP)类人工骨材料。它由磷酸钙粉末与固化液(重蒸水)组成，二者调和后，在室温或体内环境下自行固化转变成含微孔的HAP晶体。与HAP陶瓷相比，它除具有引导成骨和骨性结合的特点外，更具有制备简便、塑形容易和缓慢降解等优点，适合于非负重或低负重部位骨缺损的修复。作者曾就CPC最初十年的研究做了综述报道^［1］。近二年来，CPC的研究迅速扩大和深入，进展很快，故本文再次综述CPC的研究成果及前一篇综述限于篇幅关系无法涵概的内容。

1固化工艺研究

CPC的固相是几种磷酸钙盐的混合物，包括磷酸四钙(TECP)、无水磷酸氢钙(DCPA)或含2个结晶水的磷酸氢钙(DCPD)、羟基磷灰石(HAP)晶种，以及少量氟化物(氟化钠或氟化钙)。它的水化固化过程与普通水泥的固化反应有相似之处，其材料特性(凝结时间、强度、孔隙率、溶解度等)可受多种因素的影响，包括：(1)粉末中使用DCPA或DCPD的影响；(2)粉末颗粒大小的影响；(3)使用可溶性的氟化钠或不溶性的氟化钙的影响；(4)HAP晶种(颗粒大小、比表面积等)的影响；(5)用水或稀磷酸或其它液体(血浆、血液等)作液相的影响；(6)固化液中的氟、背景电解质以及添加物的影响等^［2］。

Sanin等^［3］观察了粉末颗粒大小对调和物(泥浆)的PH值及固化体强度的影响。结果发现，颗粒大 小对泥浆的PH值影响很大(控制了DCP和TECP的溶解率之故)。Otsuka^［4］报道了粉末颗粒大小与固化体强度的关系。所用的TECP的颗粒直径为1.1～13.1 μm，粉要中含有40wt%的HAP晶种。结果发现，当TECP及DCPA的颗粒均小时，反应物能完全转化为HAP，固化体的强度高；当TECP与DCPA的颗粒均比较大时，不能形成HAP，水化产物的强度很低。

另外，Chow等^［5］用电镜观察了CPC固化过程中HAP的形态变化。发现晶体的大小及形状与反应物的组成、固化时施予的压力以及固化体的寿命(age)等均有关系，储存于水及人工唾液中的CPC，其结晶度随着时间的延长而增加。

CPC的强度与孔隙率密切相关，孔隙率的降低可使强度增加。Ishikawa^6］实验了两种降低孔隙率的方法，一是采用不同的固液比(2.0～6.0)，二是在固化过程中向模具内的CPC加压(0～173 MPa)。发现CPC的抗弯强度(tensile strength,DTS)随孔隙率的降低而增加，但是即使施予173 MPa的压力，固化体的孔隙率最大程度也只能降至26%～28%，此时DTS亦达最大值13～14 MPa。实验同时发现，固化时不施压的标本，在HAP晶体之间出现断裂，而施加过压力的标本，则在晶体内部出现断裂，且随着压力的增加，晶体内部断裂的程度亦增大。由于凭藉降低CPC孔隙率来提高固化本强度的方法较难实现，所以作者建议今后CPC的研究，除着眼于提高强度外，更应集中于如何促进骨的生长替代方面。

从目前的报道看，国外对CPC固化过程的研究尚有许多空白或不尽完善的地方。国内华东理工大学国家超细粉末工程研究中心的刘昌胜等，比较详细地研究了CPC固化中各种因素的影响，优化出抗压强度在60～70 MPa、凝结时间为5～15 min且可自控的超细CPC^［7］。

2CPC加固松质骨螺丝钉的研究

临床上广泛使用的PMMA骨水泥具有粘结固定假体的作用，Mermelstein^［8］则研究了用CPC加固松质骨螺钉。他先在6例犬离体的股骨远端拧入15枚松质骨螺钉，然后测量这些螺钉拉出时的拉力、位移、刚度及能量吸收等指标。然后将这些螺钉再拧入原骨孔内，螺钉周围填入CPC调和物。CPC固化后，重复上述拉出试验，结果发现，CPC能增加松质骨螺钉的固定作用。

3快速凝固型、抗水型CPC的研制

虽然CPC具有可随意塑形的优点，但它的不足之处是凝结时间偏长、固化时过多的渗液会溶解调和物。凝结时间，一般地讲，是指从粉末调和至调和物具有一定的强度所需的时间。目前所用的CPC，体外凝结时间是15 min，凝固的环境条件是37℃和90%～100%的相对湿度下。而在体内，因血浆中某些离子(如Mg²⁺)及大多数的有机物均有阻止或延迟HAP形成的作用，而使其体内凝结时间较体外延长。这既不便于手术，又易使CPC调和物被溶解。为克服上这缺点，有人开始对CPC进行工艺改进。

Miyamoto^［9］报道了一种快速凝固型CPC(Fast-setting CPC,FSCPC)，它在大鼠肌肉内的凝结时间缩短至5～7 min,而对照组CPC(c-CPC)的凝结时间为48 min。FSCPC的改进之处在固化液，是由相同浓度的磷酸氢钠和磷酸二氢钠调和而成的中性磷酸钠溶液(NaxH₃-xPO₄)。X射线衍射分析(XRD)证实，FSCPC凝结时间缩短及强度提高的原因在于HAP的转化速度较c-CPC更快。作者认为FSCPC在骨科、整形外科及口腔额面外科等都将有广泛的用途。

Ishikawa^［10］报道了在FSCPC基础上进一步地改善CPC的抗水性，称为不溃散型、快速凝固型CPC(Non-decay type FSCPC,nd-FSCPC)。方法是在固化液中加入一定量的藻酸钠。结果发现nd-FSCPC调和后立即放入水中也不会溃散掉，并能正常固化；而c-CPC调和后放入水中，在1 min内即完全溃散。XRD证实，藻酸钠的加入，对FSCPC转化为HAP无任何影响(因而凝结时间没有改变，仍为5 min)，并且在一定浓度范围(0～0.8wt%)内，随着藻酸钠的增加，CPC的强度很快上升，当藻酸钠的量达到0.8wt%时，nd-FSCPC的强度亦达最大值。以后随着藻酸钠的浓度超过0.8wt%，CPC的强度开始下降。藻酸钠的作用机理是它能与从TECP或DCPA中溶解的Ca^2-形成不溶于水的藻酸钙水凝胶，后者能较好地阻止CPC调和物不被水浸蚀而溃散。Ishikawa同时提出了增强CPC抗水性的添加物应符合的6个条件，藻酸钠均完全或基本符合。

4有机复合CPC水门汀的研究

CPC最初是作为牙科水门汀(cement)材料研制出来的，但是作为水门汀，CPC在凝结时间、固化体强度方面却不及目前临床上使用的聚羧酸锌水门汀、氢氧化钙水门汀等。Rakkugi^［11］等实验发现，α-TCP和TECP在有机酸(苹果酸等)中的凝结时间短、固化体强度高，且反应后转化为HAP。受此启发，Miyazaki等观察了在多种有机酸中固化的CPC粉末的特点，旨在筛选出一种较CPC更佳的水门汀^［12］。所用的水溶性有机酸包括：明胶、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PCA)以及丙烯酸与乌头二酸的共聚物(PAIA)。结果发现，以明胶、PVA为液相的水门汀，其凝结时间、固化体强度与无机CPC相似，固化后有相当多的HAP形成。后两种聚链烯酸类(PVA，PAIA)水门汀，其固化反应明显加快，凝结时间缩短至1 min，固化体强度也较CPC显著提高。PCA水门汀的DTS最大，为11.7 MPa,PAIA水门汀的抗压强度最高，达到87.3 MPa，但这两种水门汀中，HAP的形成均很少。由于有机酸中的酸根能与碱性的TECP发生快速的酸-碱反应，使水门汀很快地凝固成水凝胶，使得这种水门汀的调和物过于粘稠，凝结时间过短，极不便于临床操作。

为克服PCA-CPC水门汀的上述缺点，Miyazaki进一步试验了在有机酸中加入