液态金属骨水泥：可固化并承重

骨水泥是广泛应用于骨外科、整形手术和口腔修复等临床领域中的一类重要的生物医用材料（图12.4）。常见的骨水泥材料为丙烯酸类树脂材料，这种骨水泥是通过粉剂和液剂混合后产生面团再至固化成型，从而发挥其在体内受力的功能。然而，丙烯酸类骨水泥在应用过程中仍存在一些问题：聚合反应时间较长，易造成热损伤；反应未完全留下的有毒单体会引起组织坏死；过程不可逆，翻修过程复杂等。为克服上述不足，Yi等引入了低熔点金属骨水泥的概念和技术［5］。

图12.4　骨水泥的应用

a.经皮椎体成型术［3］；b.骨水泥型全关节假体置换［4］。

作为验证，Yi等研究了熔点为57.5℃的Bi-In-Sn-Zn（质量比为35.0：48.6∶16.0∶0.4）低熔点合金［5］。通过测试合金骨水泥工作的温度曲线，基于骨水泥标准的要求，确定合金骨水泥的最高温度和凝固时间，结果表明，合金骨水泥能很好地符合标准要求。同时，将合金骨水泥灌注到骨组织当中，借助温度测定和病理组织检查，证明了合金骨水泥的放热量不会对周围骨组织造成热损伤（图12.5）。

临床上要求骨水泥具有合适的力学性质。因此，需要对合金骨水泥的流变力学性质和机械力学性质进行测试。实验发现，熔化后的合金骨水泥，黏度低、具有良好的流动性、可注射性和可塑性均很高。同时，作为骨骼替代物，还需对固化的合金骨水泥进行多种机械力学性质的测定，包括抗压缩性、抗弯曲性、抗断裂能力和疲劳度。通过与传统骨水泥材料标准对比，得出Bi-In-Sn-Zn合金的力学性质满足骨水泥要求的结论。(www.xing528.com)

值得注意的是，合金骨水泥与传统骨水泥材料工作原理不同［5］。传统丙烯酸类骨水泥是通过不可逆的化学反应实现相变，而合金骨水泥则是通过可逆的物理过程完成相变。所以基于合金骨水泥可逆固液相转换的特点，证明了其固化后的机构可通过加热变成液体后抽吸出，对应的翻修过程（即取出）不仅具有可行性和易操作性，而且可有效地避免对骨组织造成机械损伤。

另外，合金骨水泥在模拟体液中表现稳定，说明具有一定的抗腐蚀能力；使用合金骨水泥的浸泡液培养细胞，根据细胞的相对生长率，能够判定合金骨水泥基本没有细胞毒性；进一步，通过小鼠长达1月有余的在体皮下植入实验，也证明了合金骨水泥良好的在体生物相容性。

图12.5　骨-骨水泥界面组织［5］

a.填充骨水泥的股骨头被锯成两部分；b.剥离组织的固态合金骨水泥；c.处理成正方体的组织切块，包含完整的骨骨水泥界面；d.股骨病理组织的提取示意图，切片取自虚线中间部分组织。

不仅如此，由于合金骨水泥的金属特性，所以其在体内具有较好的放射成像能力。综合来看，低熔点液态金属材料作为骨水泥具有很大的潜力和独特优势，结合医用封装材料后也可发展成形状可调的绷带。