1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
{title}文 献 综 述随着生活方式的改变和人口老龄化问题的加剧，人类正面临着越来越多骨和牙齿这些人体硬组织的疾病和损伤。
这些因外伤、先天性畸形以及老龄化等原因引起的骨组织损伤并不具有一定的自愈合能力，通常会影响人们的正常生活，降低生活质量[1,2]。
骨缺损的修复方法有很多，其中传统的骨修复技术（如钢板固定）仍然被医院广泛采用[3]，然而这种骨修复方法需要进行二次手术取出钢板，这极大地增加了病人的痛苦，目前应用硬组织修复材料对缺损的骨和牙进行填充和修复是临床和研究中解决这一问题的重要途径。
骨修复材料主要包括天然骨材料、医用金属材料、高分子生物材料和生物陶瓷材料。
其中固化材料（又称骨水泥）具有任意塑形、可注射和原位固化成型等特点，还具有良好的生物活性、生物相容性和力学性能[4-6]。
特别适用于复杂构造的骨缺损部位修复，此外，骨水泥生物材料不应对骨组织周围的细胞产生毒性、刺激性或其他副作用[7]，因此在骨修复材料研究领域一直受到比较高的关注，并且已经在临床上得到越来越广泛的应用。
在骨水泥生物材料中，硅酸钙材料具有优异的生物活性、成骨性、生物降解性和机械强度，因此受到广泛关注[8-12]。
硅酸钙还可以释放硅，硅是人体骨骼正常发育的微量元素。
体内Si的吸收水平将直接影响新骨组织生长的最终质量[13]。
硅酸三钙（C3S）是一种典型的硅酸钙生物材料，由于其自凝结特性、生物活性和填充不规则形状缺陷的能力，在牙科和骨科领域起着重要作用[14]。
铁是人体骨组织的重要基本元素之一，可以在骨正常生长和代谢中起着关键作用[15]。
将Fe3 加入C3S化合物后，会取代部分的Ca2 可以减少Ca(OH)2的形成。
此外，Zhang等报道在掺铁磷酸三钙上培养的小鼠骨髓基质细胞具有良好的粘附形态和增殖能力，增强了成骨相关基因的表达[16]。
Xia等人也证实了将铁引入磷酸钙骨水泥支架可以增强骨再生[17]。
生物医学材料是用于诊断、治疗、修复以及替换患病组织、器官和增强机体功能的材料。
根据人体软硬组织的分类，生物医学材料主要可分为软组织修复材料和硬组织修复材料。
其中硬组织修复材料主要包括骨骼、牙齿以及骨关节等硬组织修复和替换材料，软组织修复材料包括各种填充、整复材料[18]。
可任意塑形并能自行固化的生物骨水泥，已成为生物医学工程研究的重要内容之一。
理想的生物骨水泥需具有良好的生物相容性及生物降解性，且降解产物无毒、无致癌和致畸性，与硬组织有匹配良好的力学性能，能经受高温消毒且其有效性不丧失等特性[19-21]。
常见的骨水泥生物材料主要有磷酸钙基骨水泥，玻璃基骨水泥，硫酸钙骨水泥，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）以及近年来备受关注的硅酸钙基骨水泥材料。
其中，硅酸钙基骨水泥是一种新型的骨修复材料，硅酸钙能够释放出一种有利于人体骨骼正常发育的微量元素Si。
之前的研究结果表明，Si元素的吸收水平将会影响新生骨组织生长的最终质量。
在新骨生长的过程中，Si将会在新骨钙化的区域内富集。
此外，在膳食中补充Si元素，可有效提高骨矿物质密度，适量的Si还能够减少骨吸收，促进血管化与成骨分化。
近年来的研究发现，C3S骨水泥具有优异的生物活性和生物相容性。
C3S骨水泥具有较高的抗压强度，较低的水化反应热以及较好的骨诱导性能[22]。
因此，C3S骨水泥可以广泛地应用于生物医学领域，将成为生物学、医学和材料学研究的热点之一[23]。
尽管C3S拥有诸多优点，但其水化后易产生高碱性副产物氢氧化钙（Ca(OH)2），会对缺损处的骨组织有害并且通常不能够为缺损部位提供足够的生物活性，因此需对硅酸三钙骨水泥进行改性研究。
当前的研究发现，通过在骨水泥中掺杂其他成分可以改善骨水泥的性能。
目前的研究已经证明通过在钙硅基骨水泥中复合石膏或者磷酸镁等，可以获得具有快速固化和高强度的钙硅基复合骨水泥，复合骨水泥保持了钙硅基骨水泥诱导矿化的生物活性，并具有一定的降解性能和细胞相容性[24]。
本课题拟将铁离子引入到C3S，制备出不同铁含量的骨水泥材料，对其组成、结构和生物学性能进行表征测试，研究Fe含量等对材料的力学和生物学性能的影响。
参考文献[1] Gandolf M G, Zamparini F, Esposti M D, et al. Highly porous polycaprolactone scaffolds doped with calcium silicate and dicalcium phosphate dihydrate designed for bone regeneration[J]. Materials Science 4H2O）和九水硝酸铁（Fe(NO3)39H2O）依次加入到正硅酸四乙酯（TEOS）中并搅拌1小时。
TEOS-HNO3-C2H5OH的摩尔比为10:10:1。
然后，将上述得到的混合溶液在60℃下陈化48小时，然后在120℃下干燥24小时。
接着，使用高温电阻炉加热至1450℃并保温8h，其升温速率为5℃/min。
最后，用玛瑙研钵对烧结粉末进行研磨粉碎，并用300目筛网对其进行筛分，以便用于进一步研究。
2.3.2 样品制备将骨水泥粉末与0.5 mol/L的磷酸氢二钾溶液混合，其用作固化液。
液粉比为0.3mL/g。
搅拌成糊状后，立即将其填充到模具（Φ6 mm3 mm或Φ6 mm12 mm）中，以得到用于后续实验的统一形状。
2.3.3 样品的表征凝结时间：根据ASTM C 266-15的要求，采用Gilmore针压痕技术测定了试样的凝固时间。
凝固时间由Gilmore针确定，即为从粉末与固化液的混合到试样表面未出现1mm深压痕的时间。
抗压强度：按上述方法制备了骨水泥样品（6mm12mm），脱模后置于37℃和100%相对湿度的养护箱中养护72h，将样品上下表面抛光后进行抗压强度测试。
采用电子万能试验机对骨水泥样品进行抗压强度试验，十字头下降速率为0.5mm/min，每个骨水泥样品的强度测量6次，计算平均值。
孔隙率：根据ISO标准39231/1-1979（E），用液体置换法（阿基米德原理）测定了样品的孔隙率。
先将样品（Φ6mm12mm）在60℃的烘箱中干燥，然后在室温下称取干重。
其次，将样品悬浮在去离子水中以获得样品的悬重。
最后，将样品完全浸入带有去离子水的抽滤瓶中，真空抽滤后记录样品的湿重。
每种骨水泥用三个平行样进行测量。
用以下公式计算样品的孔隙率值。
其中ρ、M1、M2和M3分别是水的密度、样品的干重、悬重和湿重。
抗溃散性：模拟体液（SBF）的制备基于先前的文献研究。
将样品（Φ6 mm3 mm）在37℃下浸泡在SBF溶液中1h。
通过观察和比较样品在浸泡之前和之后的表面形态来评估骨水泥的抗溃散性能。
如果没有明显的颗粒塌陷或散布现象，则表明骨水泥具有良好的抗溃散性能。
pH值：使用pH计测定骨水泥样品（Φ6mm3mm）在SBF溶液中浸泡不同时间后溶液（0，1，3，5，7d）的pH值。
液固比为20ml/g，对每种样品的pH值进行了3次平行实验。
质量损失：将高3mm、直径6mm的骨水泥样品浸泡在SBF溶液中。
质量损失作为浸泡时间的函数来评估样品的生物降解性。
每两天更换一次SBF溶液，溶液体积为10ml /cm2。
将样品圆片浸泡在SBF溶液中不同时间(0，7，14，21，28 d)， 60℃干燥24 h，称重。
根据如下公式，测量样品的失重。
其中M4和M5代表样品的初始重量和浸泡不同时间后样品的干重。
相组成与显微结构：用X射线衍射（XRD）分析了样品粉末浸在SBF溶液中前后的物相组成。
傅里叶变换红外光谱（FT-IR）被用来进一步测定这些粉末的相组成和化学键。
用扫描电镜（SEM）观察了浸泡在SBF溶液中7d后样品的表面形貌。
体外细胞培养试验：与我们以前的细胞研究相似，L929细胞被用于体外细胞培养实验，以评估细胞增殖和细胞毒性。
在细胞培养实验之前，将所有骨水泥样品（Φ6 mm3 mm）在160℃下灭菌8 h。
将细胞在含有10％胎牛血清的Dulbecco's改良的Eagle培养基（DMEM）中进行培养，并保存在37C，5％CO2和95％相对湿度的培养箱中。
将样品在4℃下浸泡在DMEM中3 d以制备离子提取液，固液比为0.2g/mL。
a. 细胞增殖：采用细胞计数试剂盒（CCK-8）对L929细胞在4种不同提取液中的增殖进行了研究。
总之，细胞悬液（104 cells/mL）分别在提取物中培养24、48和72小时，培养基和CCK-8在每个时间点放入96孔板中，并在37℃培养箱中保持4小时。
将上述混合溶液转移到新的孔板后，使用微型读板器在450 nm处读取吸光度。
根据制造商的说明书，用活/死染色试剂盒定性地检测培养24, 48和72小时的细胞，并通过荧光显微镜观察它们的形态和分布。
b. 细胞毒性：通过检测释放到培养基中的乳酸脱氢酶（LDH，碧云天生物技术有限公司，上海）的含量来测量样品对L929细胞的毒性。
在浸泡不同时间（24，48和72h）后的样品离子浸提液中，离心并收集上清液，将细胞（104cells/mL）接种于上清液中，然后用微孔板阅读器读取吸光度，以评估LDH活性。
2.4 可行性分析1）根据本课题组之前的研究，纯硅酸三钙骨水泥本身具有自凝结行为，凝结时间在13min左右，而骨水泥的凝结时间应控制在3至15min间，这与手术的最佳时间一致；2）纯硅酸三钙的抗压强度可达到18.355MPa，这为材料提供了一定的机械强度支撑；3）硅酸三钙具有一定的生物相容性和抗溃散能力，而且可塑性较好，易于塑造各种形状；4）铁元素是骨骼组织中重要的基本元素之一，在骨骼的正常生长和代谢中起着关键作用，因此不会对骨组织周围细胞产生毒性；5）据相关文献记载，掺铁的磷酸钙骨水泥具有良好的细胞粘附形态和增殖能力，增强成骨相关基因的表达以及增强骨再生，因此在硅酸钙基骨水泥材料中添加铁离子可能有益于细胞的增殖。
3、预期目标通过引入铁离子，能够降低C3S骨水泥的碱性值以及能够提高骨水泥的细胞增殖率，促进成骨分化；
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