Cement som kan användas i människokroppen - bencement

Bencement är ett allmänt använt namn för bencement och är ett medicinskt material som används inom ortopedi. På grund av dess utseende och fysiska egenskaper som liknar vit cement som används i konstruktion och dekoration efter stelning, har den ett så populärt namn. Redan på 1970-talet användes bencement för ledprotesfixering och det kan även användas som vävnadsfyllnings- och reparationsmaterial inom ortopedi och tandvård.

Den största fördelen med bencement är dess snabba stelning, vilket möjliggör tidiga postoperativa rehabiliteringsaktiviteter. Naturligtvis har bencement också vissa nackdelar, som till exempel enstaka högt tryck i benmärgskaviteten under fyllning, vilket kan göra att fettdroppar kommer in i blodkärlen och orsakar emboli. Dessutom skiljer det sig från mänskliga ben, och med tiden kan konstgjorda leder fortfarande lossna. Därför har forskningen om biomaterial av bencement alltid varit ett hett ämne för forskare.

För närvarande är de mest använda och undersökta bencementen polymetylmetakrylat (PMMA) bencement, kalciumfosfat bencement och kalciumsulfat bencement.
PMMA bencement är en akrylpolymer som bildas genom att blanda flytande metylmetakrylatmonomer och dynamisk metylmetakrylatstyrensampolymer, med låg monomerrester, låg utmattningsbeständighet och motståndskraft mot spänningssprickbildning, samt hög draghållfasthet och plasticitet. PMMA bencement har använts i stor utsträckning inom medicinsk plastikkirurgi och har använts inom tandvård, skalle och andra benreparationsområden redan på 1940-talet. Akrylbencement har använts vid human vävnadskirurgi och har använts i hundratusentals kliniska fall både nationellt och internationellt.

Den fasta fasen av PMMA bencement är i allmänhet delvis polymeriserad prepolymer PMMA, och den flytande fasen är MMA-monomer, med vissa polymerisationsinitiatorer och stabilisatorer tillsatta. När fastfas-prepolymeren PMMA blandas med vätskefas-MMA-monomeren sker en polymersampolymerisationsreaktion omedelbart för att uppnå stelning av bencement. Men under denna stelningsprocess frigörs en stor mängd värme, vilket kan orsaka termisk skada på omgivande vävnader, vilket leder till inflammation och till och med vävnadsnekros. Därför behövs mer forskning omgående för att förbättra kvaliteten på polymetylmetakrylat bencement och minska eller eliminera biverkningarna av PMMA bencement.

Kalciumfosfat appliceras vid benreparation på grund av dess utmärkta biokompatibilitet och benregenererande förmåga. Kliniskt används det ofta som ett injicerbart material för att fylla benluckor och förbättra hårdvarufixeringen vid frakturkirurgi. Sammansättningen av kalciumfosfatbencement liknar mineralerna i mänskliga ben, som kan återabsorberas och främja inåtväxt och ombyggnad av naturliga ben. Stelningsmekanismen för kalciumfosfatbencement är en utfällningsreaktion med upplösningshydratisering. Genom att kontrollera reaktionsprocessens pH-värde kan hydroxiapatit (HA) fällas ut inom pH-området 4,2-11. I det inledande skedet styrs genereringen av HA huvudsakligen av ytreaktioner, och HA som genereras mellan partiklar och på ytan av partiklar stärker kopplingarna mellan partiklar. Ju högre halt av HA-kristaller, desto fler kontaktpunkter finns det, och tryckhållfastheten ökar också därefter. I det senare skedet av hydratiseringsreaktionen beläggs partikelytan med ett skikt av HA, och hydratiseringsreaktionen av kalciumfosfatbencement blir diffusionskontrollerad genom hydratiseringsreaktionen. Med den kontinuerliga hydratiseringsreaktionen genereras fler och fler HA-partiklar, och de genererade HA-kristallerna växer. Hydrationsprodukter fyller gradvis utrymmet med vatten som deltar i reaktionen, så att utrymmet som tidigare upptagits av vatten delas upp i oregelbundna kapillärporer av HA-kristallerna.

Gelporerna ökas och porstorleken minskas hela tiden. HA-kristallerna är förskjutna och överbryggade, och bindningsstyrkan mellan partiklar ökar. Bencementmaterialet stelnar till en solid porös struktur med ett stort antal porer, vilket visar en makrohärdningsstyrka.

I klinisk praxis har traumatiska kotbrottsfrakturer en speciell skademekanism och förekommer vanligtvis hos unga människor som har starkare benrekonstruktionsförmåga. Kalciumfosfatbencement kan effektivt användas för att behandla sådana frakturer. Samtidigt är kalciumfosfatbencement också ett effektivt bensubstitut för benign tumörresektionskirurgi. På grund av den långa stelningstiden och den relativt låga värmeavgivningen under stelningsprocessen har kalciumfosfatbencement emellertid relativt dålig vidhäftning och styrka och är benägen att sönderfalla från benet. Därför pågår forskning om kalciumfosfatbencement fortfarande.

Kalciumsulfat är det enklaste alternativa materialet för benreparation och har använts i benreparationsmaterial i över 100 år, med den längsta kliniska applikationshistoriken. Kalciumsulfat har god mänsklig tolerans, biologisk nedbrytbarhet och benledningsegenskaper, vilket gör det till ett viktigt alternativt material för autolog bentransplantation i tidig forskning. Den fasta fasen av kalciumsulfatbencement är vattenfritt kalciumsulfatpulver, och den flytande fasen är fysiologisk saltlösning och andra vattenlösningar. När den fasta och flytande fasen blandas, genomgår kalciumsulfat en hydratiseringsreaktion, vilket genererar nålformade kalciumsulfatdihydrat-whiskers som överbryggar och staplas med varandra, och därmed stelnar till en hög med en viss form och styrka. Men på grund av dålig biologisk aktivitet kan kalciumsulfatbencement inte bilda kemiska bindningar mellan kalciumsulfattransplantat och benvävnad och kommer att brytas ned snabbt. Kalciumsulfat bencement kan absorberas fullständigt inom sex veckor efter implantation, och denna snabba nedbrytning matchar inte benbildningsprocessen. Därför, jämfört med kalciumfosfatbencement, är utvecklingen och den kliniska tillämpningen av kalciumsulfatbencement relativt begränsad.

Dessutom har många studier visat att små organiska molekyler, biologiskt nedbrytbara polymerer, proteiner, polysackarider, oorganiska molekyler, biokeramik och bioglas effektivt kan förbättra bencementens prestanda, vilket ger innovativa idéer för nya typer av bencement.
Sammanfattningsvis kan bencement spela en betydande roll inom klinisk tandvård och ortopedi, och förväntas bli en idealisk läkemedelsbärare och benersättningsmaterial för skelettsystemet.

Med den kontinuerliga innovationen och utvecklingen av vetenskap, teknik och material, tros det att mer högkvalitativa bencementmaterial kommer att utvecklas i framtiden, såsom höghållfasta, injicerbara, vattenbeständiga och snabbhärdande typer. Användningen av bencement i klinisk praxis kommer att bli allt mer utbredd, och dess värde kommer också att öka.