α-氮化硅对硅磷酸钙生物陶瓷力学强度和生物活性的影响

贺博 王宁 邓繁艳 富灵杰 宁聪琴

摘  要： 理想的骨再生材料需要具有良好的生物活性和力学强度.前期的研究表明硅磷酸钙（Ca5（PO4）2SiO4，CPS）陶瓷具有良好的生物活性，可诱导骨髓基质干细胞的成骨分化，并在体内可促进新骨的形成.研究了α-氮化硅（α-Si3N4）对CPS生物陶瓷显微结构、抗弯强度、体外磷灰石形成能力及细胞相容性的影响.结果表明：α-Si3N4的添加可在一定程度上提高CPS生物陶瓷的抗弯强度，当其质量分数为1.5%时，Si3N4-CPS陶瓷的抗弯强度为相同温度下纯CPS陶瓷的1.2倍.模拟体液浸泡实验表明：Si3N4-CPS生物陶瓷均具有良好的磷灰石形成能力.CCK-8细胞相容性实验结果表明：Si3N4-CPS生物陶瓷无明显细胞毒性，展示出良好的生物相容性.

关键词： 硅磷酸钙（CPS）; α-氮化硅（α-Si3N4）; 抗弯强度; 磷灰石形成能力; 生物相容性

中图分类号：  O 611.6    文献标志码： A    文章编号： 1000-5137（2021）06-0688-09

Abstract： Ideal bone regeneration materials should have good biological activity and mechanical strength. Previous studies have shown that silicocarnotite （Ca5（PO4）2SiO4， CPS） bioceramic has good biological activity， which can induce osteogenic differentiation of bone marrow matrix stem cells and promote the formation of new bones in vivo. This paper investigated the effects of α-silicon nitride （α-Si3N4） on microstructure， bend strength， apatite forming ability and cytocompatibility of CPS bioceramic. The results show that the addition of α-Si3N4 can improve the bending strength of CPS bioceramic to some extent， and when its mass fraction is 1.5 %， the bending strength of Si3N4-CPS ceramic is 1.2 times of that of pure CPS ceramic at the same sintering temperature. The simulation body fluid immersion experiment shows that Si3N4-CPS bioceramic has good apatite forming ability. The experimental results of CCK-8 cytocompatibility test show that Si3N4-CPS bioceramic has no obvious cytotoxicity， exhibiting a good biocompatibility.

Key words： silicocarnotite（CPS）; α-silicon nitride （α-Si3N4）; bending strength; apatite formation ability; biocompatibility

0  引 言

生物陶瓷是修复和重建患病或受损骨组织的常用材料[1].在过去的几十年里，磷酸钙类生物陶瓷，如羟基磷灰石（Ca10（PO4）6（OH）2，HA）陶瓷和磷酸钙（Ca3（PO4）2，TCP）陶瓷，因其良好的生物相容性和骨传导性，成为最受欢迎的人工骨材料[2].20世纪70年代初，CARLISLE[3]发现了硅（Si）是骨钙化的重要因素，MOTISUKE等[4]也发现含Si的生物玻璃具有良好的生物活性，其在生理溶液中具有优异的诱导骨状磷灰石形成的能力，在体内可诱导新骨的生成，并与周围宿主组织形成骨性结合.自此，含Si的生物玻璃和生物陶瓷得到了特别的关注[5-6].为了结合TCP陶瓷和Si元素的优点，有研究将Si掺入磷酸钙陶瓷中，制备了掺硅磷酸钙（CPS）陶瓷，如……