二水磷酸氢钙/硫酸钙/明胶骨组织工程支架的制备及性能研究

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骨支架材料具有良好的生物相容性、生物降解性、骨传导性和一定的骨诱导性等,在临床中被用于修复人类的骨组织缺损、替代失去功能的或者衰竭的组织、甚至替代病损器官的部分或全部,近年来该方面的研究有很大发展,这是人类对健康和长寿提出的迫切要求,也是我们研究的原动力。硫酸钙人工骨材料和磷酸钙人工骨材料是当前应用范围最为广泛的骨修复用生物陶瓷材料。所以,本文首在研究分析已有材料的基础上,选出了具有代表性的α-半水硫酸钙和二水磷酸氢钙(Brushite),希望得到一种降解性、生物相容性、骨传导及骨诱导性有良好表现的支架材料。考虑到两种材料的降解差别,本文拟采取核壳结构的设计,达到梯次降解,用降解的钙离子引导产生骨诱导性的设计,进行支架材料的构筑。文中首先制备出了α-半水硫酸钙粉体以及磷酸氢钙粉体,将磷酸氢钙粉体在硅胶的辅助下制备成磷酸氢钙球状颗粒,并将硫酸钙粉体在水溶液的辅助下裹覆在磷酸氢钙球状颗粒的外表面,制备出了以二水磷酸氢钙为核,二水酸硫钙为壳的核壳结构复合球状颗粒材料,使得复合球状颗粒材料比单一的硫酸钙材料以及单一的磷酸氢钙材料在生物活性、生物降解性等方面拥有更突出的优势,在未来具备着更广泛的应用前景。而为了进一步提高二水磷酸氢钙/二水硫酸钙核壳结构复合球状颗粒材料的性能,用明胶与制备的核壳结构复合球状颗粒在自制的模具中进行了微、纳孔合理构建。最终,得到了明胶/二水磷酸氢钙/二水硫酸钙复合多孔生物支架,并对支架进行了成分、结构和性能等方面的探讨。本文主要对以下工作进行了以下探究:(1)以十六烷基三甲基溴化铵(C19H42BrN)、二水氯化钙(CaCl2·2H2O)、磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)为原料,用沉淀法辅以超声震荡制备了二水磷酸氢钙粉体(CaHPO4·2H2O,Brushite),最终得到了片层状结构的二水磷酸氢钙粉体,且制备出来的二水磷酸氢钙纳米片的长度约为3-5μm,宽度约为150 nm。由粉体的细胞毒性试验的结果可知,该粉体无细胞毒性。在实验室自制了α-半水硫酸钙粉体,并对其结构进行了鉴定分析。(2)采用滚动制球制备出二水磷酸氢钙/二水硫酸钙核壳结构复合球状颗粒,该球状颗粒的粒径大小为1.02.0 mm。通过体外生物降解实验发现二水磷酸氢钙/二水硫酸钙核壳结构复合球状颗粒浸泡于人体模拟体液中后,45天的时间基本降解完成。对核壳结构球状颗粒进行细胞毒性实验,由结果可知,二水磷酸氢钙/二水硫酸钙核壳结构复合球状颗粒无细胞毒性。(3)采用明胶作为粘接剂、交联剂和降解调节剂,并通过将二水磷酸氢钙/二水硫酸钙核壳结构复合球状颗粒在自制的模具中堆垛聚集的方法制备出了多孔二水磷酸氢钙/二水硫酸钙/明胶生物多孔支架。研究表明,复合支架的孔隙率达到60%左右;明胶/二水磷酸氢钙/二水硫酸钙生物多孔支架的平均抗压强度达到了6.1MPa;体外生物降解实验发现,明胶/二水磷酸氢钙/二水硫酸钙生物多孔支架浸泡于人体模拟体液的过程中有磷灰石的沉积出现,说明了该支架具有良好的生物活性。本实验的80天周期内明胶/二水磷酸氢钙/二水硫酸钙生物多孔支架仍然未完全降解。细胞毒性实验的结果显示,明胶/二水磷酸氢钙/二水硫酸钙生物多孔支架的细胞毒性为0级或1级,说明了该支架材料无细胞毒性。本研究制备的材料达到了骨支架材料的基本要求,需要通过进一步的动物实验,对其生物性能和体内生物医学表现进行进一步的研究。
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