镁基骨粘合剂与骨组织的界面粘接性能研究进展
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作者:马安博
摘要：镁基骨粘合剂具有生物相容性、且与骨组织具有一定粘接特性而成为深部骨组织粘接修复的候选粘合剂之一，但其粘接能力有限尚无法满足临床要求。针对这一问题，本文提出通过分析镁基骨粘合剂与骨组织的界面粘接行为，探索获得高粘接强度的诱导因素及粘接机理，并以此为基础发展高粘接特性镁基骨医用粘合剂的研究构想。
关键词：镁基骨粘合剂;界面粘接行为;粘接机理
中图分类号：TQ584+.31
文献标识码：A
文章编号：1001-5922（2020）07-0013-03
传统医用粘合剂在深部骨组织粘接方面或因难以克服的生物相容性差（如PMMA等）、或因其与湿骨组织无粘接能力（如CPC等）而难以满足深骨组织粘接修复的要求。随着磷酸镁陶瓷材料作为骨移植材料在2009年获得美国食品和药物管理局（FDA）的批准入市，加之镁基医用粘合剂（主要成分为磷酸盐和氧化镁，Magnesium-based bone adhesive，MBA）的可降解特性、生物相容性及其在与骨组织粘接方面所呈现的粘接特性等”，引起了学术界浓厚的研究兴趣和医学界对其应用开发的极大关注。迄今为止，已有研究对其固化反应过程P5、生物学行为“.1等进行了表征，而对MBA与骨组织界面间的粘接特性也仅仅局限于评价其粘接强度".”。尽管这些工作对MBA从实验室走向临床应用具有推动作用，但MBA与骨组织粘接强度不足仍是短板。本文主要评述了MBA研究现状，并详细分析其与骨组织界面粘接机理及改善途径。
1镁基骨粘合剂研究现状
1.1固化机理
Ding博士叫指出MBA的固化（反应）属于酸碱中和反应的范畴，反应过程中磷酸盐迅速溶解使溶液.pH值降低并产生PO;在酸性条件下MgO开始溶解并释放Mg*，Mg*迅速结合水分子形成Mg（H：O）2”;最后PO、Mg（H2O）+及磷酸盐中的阳离子（Na*，K*，NHA）等发生化学反应并固化形成MBA，如公式（1）所示。
1.2反应速率
已有学者研究通过控制氧化镁的化学活性明、磷酸盐溶解度及添加缓凝剂等方面实现对其固化反应速率的控制，进而避免水化放热反应可能引起的高温感染现象;王爱娟等也通过对氧化镁的煅烧处理并调节液固相比例以实现控制反应速率进而调控放热温度的目的，结果表明放热温度可降低至40C以下。
1.3生物学评价
Yu等分别采用艾姆斯试验、细胞微核实验及非常规DNA合成等手段对MBA有无致突变性、致畸变性及对DNA损伤性等性能进行检测，结果表明具有生物可降解吸收特性的MBA对生物体是安全的;Waselau等以成年马的跖骨修复治疗为研究对象进行动物植人实验，结果亦表明其对马的内脏无明显毒副作用。
1.4粘接特性
虽不如固化行为及生物学行为研究丰富，但也有学者就MBA与骨组织界面间的粘接强度进行了评价。吴建国等指出与磷酸钙骨水泥相比，MBA在与骨组织在生理环境下具有一定粘接强度、且对体内电解质干扰小，可以用于骨折的粘接固定;美国Gulotta医生等！叫以新西兰大白兔的前交叉韧带修复为研究对象，植入6周后对其进行组织学和生物力学测试，结果表明MBA能明显增加肌腱与骨交界组织愈合的速率，同时能明显提高两者粘接强度。
MBA与骨组织界面粘接性能不足成因分析目前，普遍认为MBA自身的内聚强度要高于0.9MPa、而其与骨组织粘接强度主要集中在0.1～1.0MPa，上海交通大学医学院戴克戎院士指出标准体重成，人所需的骨粘合剂一骨界面粘接强度最小值为0.92MPa”。由此可见，MBA自身的内聚强度基本能够满足骨粘合剂一骨界面粘接強度最小值0.92MPa的要求，也就意味着MBA与骨组织界面粘接强度低的根本原因应该在于二者界面结合强度不高。作为连接骨组织与MBA的中介，界面性质直接影响乃至决定着整个组织的力学和生物学行为。为了实现获得高粘接强度的目标，首先要明确影响MBA-骨组织界面粘接强度的主要因素、探明粘接机理及高粘接强度的诱导因素，从而保证骨粘合剂一骨界面所需最低粘接强度的要求。
3MBA与骨组织界面粘接机理分析
粘接本身是一个复杂的物理化学过程，涉及到粘合剂与粘接对象的相互作用，包括润湿与粘附、化学反应、界面元素互扩散等。显然，粘接剂与骨组织的粘接可能涉及到上述全部或者部分作用。基于粘合剂粘接行为的差异，比利时布鲁塞尔自由大学Erasme医院的Donkerwolcke博士等叫在Biomaterials杂志上发表论文，提出将医用粘合剂大致分为医用胶和医用水泥两类。其中，医用胶（如a-氰基丙烯酸酯系及甲基丙烯酸甲酯类等）与粘接对象之间一般存在化学键，而医用水泥（磷酸钙系列等）则以粘接界面处两者的机械咬合力为主。有关MBA与骨组织界面间粘接强度的是以机械咬合力为主，还是二者间存在化学键的问题还有争议。
一方观点认为MBA应属于水泥基粘合剂范畴，如Donkerwolcke博士等认为MBA固化前具有一定流动性，借助自身流动度及施加的外力作用，很容易渗人至泡沫状多孔结构的骨组织内部进而与其相互咬合，在机械咬合力的作用下获得一定粘接强度。美国纽约州立大学Miller等吲针对粘合剂的粘度对粘接特性的影响做了系统研究，他们也认为粘合剂的粘度影响了其渗入骨组织内部的形态，从而影响了粘合剂与骨组织的粘接强度。Dennis Janssen等！叫结合有限元分析亦认为作为水泥基粘合剂，MBA与骨组织的力学行为仅与粘合剂与骨组织间的摩擦作用有关，而与二者间是否产生化学键合无关。
而另一方观点则认为MBA与骨组织界面存在化学键，如Thomopoulos博士等叫认为当粘合剂中含有大量的PO广、OH等基团存在时，这些基团会与骨组织内无机组分中的PO-，Ca’t及OH等产生化学键，便于在粘接界面处产生牢固键合;Schendel等！也认为既然MBA与骨组织的组分中都含有PO3、OH一等基团，那么在粘接界面处应该会产生一定数量的化学键。此外，有研究已经表明当处于体液中时骨组织的主要无机成分一羟基磷灰石组分中的Ca2t、OH离子等易与其它离子交换，另外还会因Ca2+的溶解而形成Ca（1）、Ca（2）吸附点，如羟基磷灰石的上述特性能与具有降解特性的MBA中所释放出的PO，、OH、Mg*等基团发生相互交换或者吸附作用，从而论证了Thomopoulos及Schendel等学者提出的存在化学键的观点。 4提高MBA与骨组织界面粘接强度途径
粘接界面处MBA与骨组织一般不大可能达到原子间的接触状态而形成密集的化学键连接，但当二者具有能够产生化学反应的活性基团时，有可能形成一定数量的化学键，这必然将利于进一步提高粘接强度"。再者，即使MBA与骨组织间产生的化学键较少或者没有化学键的存在，那么可通过向MBA加人与骨组织内活性基团类似或者能与其发生化学键合的添加剂以促进化学键的产生，从而在一定程度上进一步提高二者粘接强度。此外，MBA与骨组织在粘接界面处的接触程度是产生强粘附作用的关键，而二者的浸润作用是MBA在表面扩散和产生粘附作用的必要条件。为了使MBA能够浸润骨组织内的孔隙结构并润湿固体表面，MBA对固体的润湿角越小，润湿效果越佳。因此，如果能够调控MBA制备工艺获得其与骨组织润湿性能的润湿剂，应该能够促进MBA渗入骨组织内的速率，从而在一定程度上提高粘接强度。
5结语
随着MBA与骨组织界面粘接特性研究的不断深人，通过优化界面特性以进一步提高二者间粘接强度，进而满足成人所需的最低界面粘接强度的要求，这必将加速MBA从实验室研究走向临床应用。本文认为提高MBA粘接强度有两种有效途径：①向MBA加入与骨组织内活性基团类似或者能与其发生化学键合的添加剂以促进化学键的产生，从而在一定程度上提高二者间粘接强度;②调控MBA制备工艺获得其与骨组织润湿性能的润湿剂，应该能够促进MBA渗人骨组织内的速率，从而在一定程度上提高粘接强度。
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