Page 25 - 《精细化工》2023年第3期

第 3 期 李雨晴，等: 硅酸钙类骨水泥改性研究进展 ·481·

渐缩短，在 GO 掺入量为 0.10%时，凝结时间缩短 C 3 S/C 2 S 组成的 CSC 发现，与纯 C 3 S 和 C 2 S 相比，
至 10 min；GO/V-C 3 S 的可注射性和抗压强度随着 复合骨水泥具有更好的抗压强度和更短的凝结时间；
GO 掺入量的增加先增高后降低，当 GO 掺入量为 0 当 C 2 S 掺入质量分数为 20%时，复合骨水泥的初凝
时，可注射性为 10.10%，抗压强度为 10.2 MPa，当 时间由纯 C 3 S 的（110.0±13.2）min 缩短至（87.0±
GO 掺入量为 0.04%时可注射性和抗压强度均达到 6.1）min，终凝时间由纯 C 3S（220.0±10.0）min 缩短
最大值，分别是 13.00%和 12.0 MPa。因此，GO/V-C 3 S 至（142.0±7.5）min。HUAN 等 [66] 研究了一种 C 3 S
具有良好的固化性能、力学性能和注射性能，其原 和 CaCO 3 复合骨水泥，随着 CaCO 3 质量分数从 0 增
因可能是 GO 均匀分布在骨水泥中，使水化产物晶 加到 40%，初凝时间从 90 min 缩短至 45 min；L/P
粒细化，孔隙率降低；同时，GO 添加可以降低骨 为 0.8 mL/g 时，可在 2~20 min（喷嘴直径 2.0 mm）
水泥的静态排斥力，增强骨水泥的粘结力，从而提 内注射，复合骨水泥的抗压强度（24~27 MPa）高
高骨水泥抗压强度。SHA 等 [63] 将 V-C 3 S 和掺铕羟基 于纯 C 3 S（14~16 MPa）。LIU 等 [69] 研究发现，在 C 3 S
磷灰石（Eu-Hap）制备了复合骨水泥 Eu-HAp/V-C 3S， 中加入 HA 会提高材料的生物相容性，但会延长水
结果表明，Eu 质量分数为 0.1%的复合骨水泥的抗 泥的凝结时间。
压强度比纯 V-C 3 S 高 141.06%。 一些天然有机物，如壳聚糖、纤维素和多酚等
此外，其他骨水泥与 CSC 复合也能改善骨水 也可改善 CSC 凝结时间 [67,70-71] 。WANG 等 [67] 将壳聚
泥的力学性能。LIU 等 [64] 将 C 3 S 骨水泥优异的生物 糖和 β-C 2 S 复合研制了一种快速固化根管填充材料，
活性与 MPC 优异的自凝性能和力学强度结合，制 当壳聚糖掺入量为 CSC 粉末质量的 2.5%和 5.0%时，
备了 C 3 S/MPC 复合骨水泥，其抗压强度最高可达 复合骨水泥的凝结时间分别缩短为 10 和 14 min，但
87 MPa，显著高于 C 3 S（25 MPa）和 MPC（64 MPa）。 壳聚糖掺入量为 CSC 粉末质量的 7.5%和 10.0%时，
以上方法通过提高基体的密实性或形成网络结 凝结时间分别延长至 31 和 49 min。DING 等 [70] 采用
构来提高 CSC 的抗压强度，但有机物易降解 [22] ，降 磷酸（PA）、葡萄糖酸和柠檬酸（CA）作为固化剂
解后形成的大孔虽然会使骨水泥结构弱化，从而降 来改善 CSC 凝结时间，结果表明，三者均能缩短
低骨水泥的抗压强度，但是大孔有利于新骨的长入， 凝结时间，但其凝结机制不同，CA 和葡萄糖酸对
当新骨长后会增强植入部位的强度。 水化有抑制作用，PA 对水化有促进作用。WU 等 [71]
2.2 凝结时间及可注射性 以 3 种不同浓度多酚〔没食子酸（GA）、邻苯三酚
凝结时间是影响骨水泥应用的重要性能之一。 （PG）和单宁酸（TA）〕为 CSC 的液相，研究发
如果骨水泥固化时间较长，在充填过程中不能保持 现，多酚加入对 CSC 的相组成和形貌没有显著影
其形状和支撑力，可能会造成临床问题；对于可注 响，但改变了 CSC 的凝结时间和抗压强度，在多
射骨水泥，建议凝固时间控制在 15 min 内 [65] 。CSC 酚质量均为液相质量的 1%时，液相中掺入 TA 的
具有良好的可注射性，但由于其低水化反应速率而 CSC 凝结时间（21 min）明显短于掺入 PG（26 min）
使其凝固时间较长，极大地限制了其临床应用 [66] 。 和 GA（68 min），与对照组（20 min）没有区别，
改善 CSC 凝固时间和可注射性的主要方式为改变骨 CSC 的凝结机理是由硅酸钙固相和水（液相）之间
水泥的固相组成、液固比（液体体积与固体质量比， 的渐进水化反应（CSH 的形成）引起的。尽管杂化
缩写为 L/P），以及在固相或液相中加入各种有机或 骨水泥的机理尚未完全了解，但酚醛化合物的作
无机添加剂。 用、静电相互作用和粒子纠缠等因素也可能影响杂
GUO 等 [24] 研究发现，β-C 2S 骨水泥的固化时间、 化骨水泥的凝结时间。与 PG 和 GA 这两种低相对
可注射时间随 L/P 的增加而增加，L/P 为 1.0~1.2 mL/g 分子质量（简称分子量）酚类化合物相比，高分子
时，可注射时间为 10~30 min（喷嘴直径 2.0 mm）， 量的 TA 可能会诱发粒子纠缠效应，从而缩短凝结
初凝时间为 60~180 min，固化 2~28 d 后骨水泥的抗 时间。
压强度为 4.8~28.8 MPa。WANG 等 [67] 研究发现，Ca/Si CSC 由于水化速度较慢，特别是含有 C 2 S 时，
物质的量之比也影响凝结时间，随着 Ca 含量的增加， 凝结会更慢，降低液固比 [72] 及加入促凝离子 [59,73-74]
凝固时间缩短，从 51 min〔n(Ca)∶n(Si)= 3∶7〕降 能加快水化速度，缩短凝结时间；一些天然高分子
到 13 min〔n(Ca)∶n(Si)=7∶3〕，说明 Ca 在固化反应 化合物也可缩短凝结时间 [67-70] ，但 明胶 [75-76] 和
中的加速作用，这可能是因为 Ca 含量越高则 β-C 2 S γ-PGA [35] 会延长凝结时间。
的含量越高，在最终水化产物中会产生更多的 CSH。 2.3 降解及生物学性能
LIU 等 [59] 研究发现，含 Sr 掺杂的 C 3 S 的凝结时 2.3.1 体外降解
间能缩短至 20 min 以内。LIU 等 [68] 通过研究不同 高理化活性和低降解性是硅酸钙类骨水泥的特