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随着纳米技术在生命科学和医药领域的发展,纳米尺度范围内的功能化生物材料和生物结构得到越来越多的研究,从而也取得了很大的进展。近年来的一些研究发现材料的粒度、比表面积、微观多孔结构都对生物材料的生物活性和细胞相容性有很大的影响。本文从提高生物活性玻璃的生物活性,拓宽生物活性玻璃的功能出发,在传统生物活性玻璃制备和研究的基础上,设计和开发了新型的介孔生物活性玻璃和纳米生物活性玻璃。一方面研究了材料结构(包括比表面积、颗粒尺寸)对体外生物活性的影响;另一方面研究了介孔生物活性玻璃作为药物缓释及控释载体,药物分子在介孔生物活性玻璃中的装载和释放行为。最后以介孔生物活性玻璃和纳米生物活性玻璃为起始材料,成功制备出具有仿生结构的多孔支架。
本研究内容和结果包括以下几个部分。⑴以三嵌段共聚物为模板制备出了具有高度有序介孔结构、成分可控的生物活性玻璃。此种具有高比表面积、较大孔容的材料比普通的溶胶凝胶法制备的生物活性玻璃具有更强的诱导沉积羟基磷灰石的能力。⑵作为药物载体的实验研究证明介孔生物活性玻璃是一种具有优良生物活性的药物缓释载体。其与一般的溶胶凝胶生物活性玻璃相比载药量高出3-5倍,药物释放速度更缓慢,并且对释放介质的pH值有很高的响应性。⑶在此基础上,制备出基于介孔生物活性玻璃与聚肽类高分子纳米胶束复合双载药药物释放系统。实验结果表明,可以通过调节释放介质的pH值来分别控制这两种不同类型药物的释放顺序和速度。⑷采用改进的碱催化的溶胶凝胶法制备得到了纳米生物活性玻璃粉体,粉体直径可控制在20-40nm。通过电纺丝法制备得到了平均直径为85nm的纳米生物活性玻璃纤维。体外活性实验证明这两种材料都体现出了比传统材料更强的诱导沉积磷灰石的能力。这一结果说明纳米尺度生物材料的生物活性要比传统材料的高。⑸以脱钙骨为模板,制备得到具有煅烧骨结构的无机仿生多孔支架。在大孔结构上(包括孔结构、孔径)和微观结构上都与煅烧骨类似;孔壁上的颗粒排列具有导向性,并且在孔壁中有与孔壁外表面连通的孔道。与天然聚合物明胶复合后,支架强度可达4.921±0.235MPa,接近天然松质骨(6.803±2.368 MPa),并且这种复合支架有很好的形状恢复特性。