骨組織粘接修復(fù)用聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥膠凝性能分析

龔江峰 崔華 江晨 李青

摘 要：制備骨折粘接固定用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥，對骨水泥的膠凝性能進(jìn)行分析。按照配方配置pH為7.6的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽溶液、抗凝血酶溶液、發(fā)色底物溶液、標(biāo)準(zhǔn)溶液和浸提液，根據(jù)2-甲基-二氧雜環(huán)庚烷濃度的不同，制備出不同組成成分的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥混合液，將其倒入準(zhǔn)備好的模具中，并進(jìn)行脫模處理，將脫模好的試件分為A、B、C、D組，在掃描電鏡中，A、B組試件的孔隙較小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密，同時(shí)，B組試件的粘接強(qiáng)度為461.23 MPa，粘接強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其他3個(gè)組。濃度為3%的2-甲基-二氧雜環(huán)庚烷的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥在實(shí)際應(yīng)用中的效果更好。

關(guān)鍵詞：骨折粘接固定；聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥；膠凝性能

中圖分類號：TQ427.2+6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2023）11-0094-04

Analysis of cementitious properties ofpolymethyl methacrylate bone cement for fracture bonding and fixation

GONG Jiangfeng1， CUI Hua1 ，JIANG Chen1，LI Qing2

（Nantong Haimen People's Hospital Hai 'man，Jiangsu 226100，China

）

Abstract：Polymethyl methacrylate （PMMA） bone cement for fracture bonding and fixation was prepared，and the gelation properties of bone cement was analyzed.According to the formula，trimethylolamine methane hydrochloride solution，antithrombin solution，chromogenic substrate solution，standard solution and extract solution with pH 7.6 were prepared.According to the different concentrations of 2-methyl-dioxohexaheptane，the poly （methyl methacrylate） bone cement mixture with different components were prepared，which were poured into the prepared mold and demolded.The demolded test pieces were divided into four groups：A，B，C，and D.In the scanning electron microscope，the pores of group A and group B specimens were smaller，and the internal structure was more compact.In addition，the adhesive strength of group B specimens was 461.23 MPa，which was much higher than the other three groups.The polymethyl methacrylate bone cement with a concentration of 3% 2-methyldioxane has a better effect in practical application.

Key words：fracture bonding and fixation;polymethyl methacrylate bone cement;gelation property

在以往骨組織修復(fù)手術(shù)中，多采用螺釘固定的方式，這種固定方式能夠?qū)Υ蠊钦蹓K實(shí)現(xiàn)有效的固定，但對小骨折塊的固定強(qiáng)度較弱，很容易造成二次手術(shù)［4］。因此，為了更好地治療骨折等骨組織修復(fù)相關(guān)的疾病，采用生物材料或者生物活性材料替代受損的骨組織，讓自身的骨組織細(xì)胞在短期內(nèi)能夠在生物材料的誘導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)快速增殖或者再生，從而完成對骨組織的修復(fù)［5］。聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥在骨折、關(guān)節(jié)置換等多個(gè)骨組織修復(fù)手術(shù)中應(yīng)用非常廣泛，將其植入到體內(nèi)，能夠改善相關(guān)組織的功能，起到支撐、穩(wěn)定骨組織結(jié)構(gòu)的作用［6］。

在以往研究的基礎(chǔ)上，對骨折粘接固定用聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的膠凝性能展開分析，通過實(shí)驗(yàn)對聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的制備和性能分析，研究其在實(shí)際應(yīng)用中的效果。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

采用的實(shí)驗(yàn)材料如表1所示。

如表1所示，在上述所用的材料中，存在部分材料在購買后并沒有進(jìn)行提純處理，因此，為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度，需要對其進(jìn)行提純處理。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)過程中所使用到的水均為離子水，該離子水為實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備

使用實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備如表2所示。

如表2所示，在實(shí)驗(yàn)中，利用上述實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器完成實(shí)驗(yàn)測試。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)溶液的配制

為保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，需要配制多種溶液。其溶液的配制方法如表3所示。

如表3所示，通過上述方式，完成本次實(shí)驗(yàn)中所需溶液的配制。

2.2 聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的制備

在上述基礎(chǔ)上，制備聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥。在制備過程中，考慮到后續(xù)實(shí)驗(yàn)的需要，根據(jù)不同配方制備出比例不同的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥［7］。在制備聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的過程中，準(zhǔn)備1%、3%、5%、10%不同濃度的2-甲基-二氧雜環(huán)庚烷溶液各500 mL，并將甲基丙烯酸甲酯、N，N-二甲基-對甲苯胺、不同濃度的2-甲基-二氧雜環(huán)庚烷按照體積比64∶32∶1的比例進(jìn)行混合，同時(shí)，將聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化鈷、過氧化苯甲酰按照128∶184∶1的比例進(jìn)行充分混合，再加入900 mL的去離子水進(jìn)行溶解上述混合物，得到溶解后的緩和液體，將上述獲得的兩種液體混合在一起，并進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁?］。再將攪拌好的液體倒入編好號的模具中，制備成試件，并進(jìn)行脫模處理［9］。制備好的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥試模如圖1所示。

如圖1所示，將上述制備的試件根據(jù)組成成分的不同，劃分成A、B、C、D組，用于后續(xù)的實(shí)驗(yàn)測試。

2.3 聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥膠凝性能測試

為了對聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的膠凝性能進(jìn)行分析，以聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的粘接強(qiáng)度作為評價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)測試［10］。選用豬股骨作為實(shí)驗(yàn)對象，利用聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥將斷裂的豬股骨粘接在一起，再用準(zhǔn)備好的萬能試驗(yàn)機(jī)對其進(jìn)行抗拉強(qiáng)度測試［11］。當(dāng)豬股骨發(fā)生斷裂時(shí)，記錄好此時(shí)所使用的壓力，從而計(jì)算出試件的粘接強(qiáng)度［12］。其具體計(jì)算過程：

P=FS（1）

式中：P表示試件的粘接強(qiáng)度;F表示股骨斷裂時(shí)的萬能試驗(yàn)機(jī)所使用的拉力;S表示股骨斷裂面的面積。

為了更直觀地展現(xiàn)制備的骨水泥的膠凝性能，利用掃描電鏡，對四組試件的微觀表征進(jìn)行觀察［14］，分析不同配方下骨水泥的膠凝性能。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

掃描電鏡下，四組骨水泥試件的具體情況如圖2所示。

由圖2可以看出，4個(gè)組骨水泥試件中，前2個(gè)組骨水泥試件的孔隙較小，后2個(gè)組骨水泥試件的孔隙較大，孔隙較小的骨水泥試件內(nèi)在結(jié)構(gòu)會更加緊密，在受到外力作用時(shí)，骨水泥出現(xiàn)斷裂情況的可能性很低［15］。同時(shí)，當(dāng)遇到外界物質(zhì)的侵襲時(shí)，由于前2個(gè)組的孔隙較小，外界物質(zhì)很難進(jìn)入到試件內(nèi)部，使其在實(shí)際應(yīng)用中使用的時(shí)間更長，且使用效果更好。

為分析聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的膠凝性能，本次實(shí)驗(yàn)對四組試件的粘接強(qiáng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，經(jīng)過萬能試驗(yàn)機(jī)測試和式（1）計(jì)算，A組試件的粘接強(qiáng)度為399.12 MPa，B組試件的粘接強(qiáng)度為461.23 MPa，C組試件的粘接強(qiáng)度為212.36 MPa，D組試件的粘接強(qiáng)度為201.24 MPa，可見，B組的粘接強(qiáng)度最強(qiáng)，B組骨水泥試件的膠凝性能最好，在實(shí)際應(yīng)用中能夠取得較好的效果。因此，本次實(shí)驗(yàn)中制備的含有3%的2-甲基-二氧雜環(huán)庚烷的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥粘接強(qiáng)度的更好，在骨折粘接固定用領(lǐng)域中能夠取得不錯(cuò)的應(yīng)用效果。

4 結(jié)語

綜上所述，實(shí)驗(yàn)在制備聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥時(shí)，按照添加了不同濃度的2-甲基-二氧雜環(huán)庚烷。隨著2-甲基-二氧雜環(huán)庚烷濃度的增加，聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的粘接強(qiáng)度也在不斷上升，但等到其濃度增加到一定程度時(shí)，聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的粘接強(qiáng)度又開始不斷下降。通過實(shí)驗(yàn)對不同濃度的試件進(jìn)行分析，含有3%的2-甲基-二氧雜環(huán)庚烷的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥的粘接強(qiáng)度最高，膠凝性能最好，在實(shí)際應(yīng)用中能夠起到更好的治療效果。

【參考文獻(xiàn)】

［1］

楊鑫，李素鎧.磷酸鈣/聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合骨水泥治療老年骨質(zhì)疏松性椎體骨折的臨床研究［J］.大醫(yī)生，2023，8（11）：17-20.

［2］ 徐富成，李梅，夏建陵，等.去除木質(zhì)素木材/聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合材料制備及性能研究［J］.林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2022，42（6）：17-23.

［3］ 苗春賀，袁良柱，陸建華，等.聚甲基丙烯酸甲酯的沖擊破碎擴(kuò)散特性［J］.物理學(xué)報(bào)，2022，71（21）：292-300.

［4］ 關(guān)瑋豪，魏鑫鑫，代文意.鼻咽癌序貫加量調(diào)強(qiáng)放療中個(gè)體化聚甲基丙烯酸甲酯支架對口腔正常黏膜的保護(hù)作用研究［J］.癌癥進(jìn)展，2021，19（24）：2526-2529.

［5］ 周亦超.土遺址聚甲基丙烯酸甲酯支護(hù)材料抗光老化性能研究［J］.合成材料老化與應(yīng)用，2023，52（2）：40-42.

［6］ 石紅錦.一種聚甲基丙烯酸甲酯小型生產(chǎn)裝置［J］.橡塑技術(shù)與裝備，2023，49（2）：11-13.

［7］ 李大玉，趙坤，周魁斌，等.背板對聚甲基丙烯酸甲酯向下火蔓延的影響［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2023，63（5）：783-791.

［8］ 劉志，劉飛，淡宜，等.無金屬、鹵素、硫等雜元素的聚甲基丙烯酸甲酯納米微球的合成［J］.高分子材料科學(xué)與工程，2023，39（3）：1-7.

［9］ 周穎，王少凡，左曉玲.可見光乳液聚合制備OMMT/聚甲基丙烯酸甲酯納米復(fù)合乳液及表征［J］.化工新型材料，2023，51（1）：281-284.

［10］ 李東昇，劉雷艮，吳建兵，等.十八烷基聚甲基丙烯酸甲酯相變微膠囊的制備及其表征［J］.毛紡科技，2022，50（10）：64-71.

［11］ 王琪，李可，吳益華，等.靜電紡絲制備高疏水性的CsPbBr_3納米晶聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合纖維薄膜［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2022，36（16）：250-254.

［12］ 申晉琛，林明桂，馬中義，等.十八烷@聚甲基丙烯酸甲酯微膠囊相變材料的制備及表征［J］.燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2022，50（11）：1511-1516.

［13］ 王一名，尤偉，俞煒.聚甲基丙烯酸甲酯/聚醋酸乙烯酯/納米二氧化硅體系的相分離行為研究［J］.高分子學(xué)報(bào)，2022，53（8）：962-972.

［14］ 趙偉，戴培邦，田磊.水相沉淀聚合法制備聚甲基丙烯酸甲酯的研究［J］.塑料工業(yè)，2022，50（S1）：44-48.

［15］ 王建光，許有銀，吳俊賢，等.側(cè)推椎體內(nèi)注射聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥治療骨質(zhì)疏松性椎體隱匿性骨折的應(yīng)用研究［J］.北京生物醫(yī)學(xué)工程，2022，41（3）：271-274.

［16］ 翁婷婷，彭慧蓮，謝奕標(biāo)，等.沉淀聚合法制備交聯(lián)聚丙烯酸-聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合微球及其增稠性能［J］.廣州化工，2022，50（11）：43-45.

［17］ 丁堯，張曉雯，鄭夢瑤，等.溫度與加載應(yīng)力對雙軸取向聚甲基丙烯酸甲酯蠕變行為的影響［J］.高分子材料科學(xué)與工程，2022，38（3）：81-88.

［18］ 牛振威，何嶸，竹文坤，等.聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯各向異性光學(xué)性質(zhì)理論研究［J］.原子與分子物理學(xué)報(bào)，2023，40（1）：15-26.

［19］ 王麗，朱忠猛，蔣晗.聚甲基丙烯酸甲酯材料（PMMA）納米壓/劃痕變形熱恢復(fù)的實(shí)驗(yàn)研究［J］.實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2022，37（2）：161-174.

［20］ 宋玨汝，涂強(qiáng)，羅蘭，等.聚甲基丙烯酸甲酯表面改性炭黑的研究［J］.電子元器件與信息技術(shù)，2022，6（3）：18-19.

［21］ 趙濉，江琴，杜悅春，等.支鏈化延展型陰離子表面活性劑在聚甲基丙烯酸甲酯表面的吸附行為［J］.天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，41（1）：39-46.

［22］ 邢君，曹玉.磷酸鎂骨水泥在骨折粘接固定中的應(yīng)用效果分析［J］.粘接，2021，48（12）：74-78.

［23］ 李常青，霍炳鑫，許楠，等.粘接技術(shù)在年輕恒牙外傷固定治療中的應(yīng)用分析［J］.粘接，2020，44（12）：12-15.

［24］ 古發(fā)美.一種新型水泥基裂縫粘接修復(fù)劑制備及性能測試［J］.粘接，2023，50（4）：91-95.

［25］ 張洪瑞，梁勇，張文豪.納米管改性磷酸鎂水泥膠凝料裂縫粘接修補(bǔ)性能研究［J］.粘接，2023，50（1）：87-90.

收稿日期：2023-06-18；修回日期：2023-09-26

作者簡介：龔江峰（1976-）男，副主任醫(yī)師 ，研究方向：骨關(guān)節(jié)損傷、運(yùn)動創(chuàng)傷；E-mail：gongjf117@sina.com。

通訊作者：崔 華（1972-）男，主任醫(yī)師 ，研究方向：關(guān)節(jié)與運(yùn)動醫(yī)學(xué)；E-mail：hmch123@163.com。

引文格式：龔江峰，崔 華，江 晨，等.骨組織粘接修復(fù)用聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥膠凝性能分析［J］.粘接，2023，50（11）：94-97.