納米羥基磷灰石-絲素蛋白復合圖案化涂層的制備及生物相容性的研究.pdf

1、隨著社會人口老齡化加速，骨科內(nèi)植入物手術日益增多，2000年僅美國就有150000例全髖關節(jié)置換術，比1990年增加了30％，預計是2030年的一半左右。內(nèi)植入物市場快速擴大，全世界預計每年費用將超過30億美元。遺憾的是，并不是所有手術均成功的。1997年，美國在144400例髖關節(jié)置換術中將近有37000例是翻修手術。目前骨科常用的植入物材料壽命一般小于15年，植入物由于應力遮擋、磨損產(chǎn)生碎屑導致關節(jié)部位松動、與周圍骨組織相容性有限等

2、因素導致植入失敗。植入物失敗給病人、家庭及社會均帶來了沉重的負擔和壓力，翻修手術極大的增加了費用以及患者的康復時間。如何改善植入物材料性能，延長使用壽命，避免植入物失敗是近年來國際骨科學、材料學等領域研究中的熱點。內(nèi)植物置換術成功的先決條件是人工假體與周圍骨組織永久固定，內(nèi)植物與自體骨組織相容，兩者間無軟組織侵入，并快速刺激骨組織再生，使植入物與骨組織能夠緊密相連，整個過程稱之為骨整合(osteointegration)。所以了解有效新

3、骨生長的分子機制尤為重要，由于骨組織自身就是一種納米復合物，納米復合材料被認為是下一代骨科植入物材料。已有研究顯示納米化材料能夠促進成骨細胞的成骨功能，而且材料的表面特性決定了材料的生物相容性，表面生化性能，改變納米結(jié)構表面特性會導致臨近骨組織細胞行為的顯著變化。但是目前關于納米化結(jié)構表面特性所產(chǎn)生的成骨細胞響應認識還不足，因此利用微納米圖案化和表面修飾技術改變植入物材料表面納米結(jié)構，研究其導致的細胞響應機制，對于下一步設計更好的植入物

4、，延長植入物使用壽命，減少翻修手術，具有重大的經(jīng)濟和社會意義。
　　 鈦及鈦合金金屬材料由于具有優(yōu)越的力學性能，優(yōu)良的加工性能，抗腐蝕性強，彈性模量低同時具有良好的生物學性能，作為骨科內(nèi)植入物在內(nèi)固定手術得到了極為廣泛的應用。鈦金屬材料具有生物惰性，由于其表面長期暴露于人體生理環(huán)境，在體液環(huán)境中容易導致金屬表面腐蝕，使金屬離子游離出來進入機體組織產(chǎn)生肌體組織變質(zhì)，同時容易被軟組織侵入，與周圍骨組織分離從而發(fā)生松動，導致內(nèi)植入物失

5、敗。在骨替代材料中羥基磷灰石(HA)是另外一種常用的植入物材料，但是由于羥基磷灰石在體內(nèi)幾乎不能降解，同時斷裂韌性較低、脆性大且在生理環(huán)境中抗疲勞強度差，是一種典型的脆性材料；絲素蛋白(SF)具有良好的生物降解性，對與多種細胞相容，能夠支持細胞的黏附、增殖和分化；優(yōu)越的血液相容性，不僅對血凝過程沒有顯著影響，而且在體內(nèi)引起的異物反應小，所以不會引起顯著的炎癥反應。納米技術的應用，使納米羥基磷灰石的表面積和三維結(jié)構中的孔隙率大大增加，為成

6、骨細胞的粘附提供了更多空間。為了結(jié)合鈦金屬材料的強度和韌性等性能與羥基磷灰石、絲素蛋白的生物活性和相容性，改進生物材料性能，發(fā)展了金屬材料表面生物活性納米羥基磷灰石/絲素蛋白復合涂層。
　　 骨關節(jié)假體及內(nèi)固定材料面臨植入物與宿主骨界面的負荷承受及穩(wěn)定的問題。如果能使植入物與宿主骨之間形成骨融合，導致植入物手術失敗的界面松動問題就將迎刃而解。基于此，在關節(jié)假體、內(nèi)固定材料表面做成納米羥基磷灰石/絲素蛋白復合涂層材料使之與宿主骨融

7、合是一種期望之選。納米羥基磷灰石/絲素蛋白涂層材料在體內(nèi)與宿主骨結(jié)合后，可以被新生骨包裹形成類似“鋼筋混凝土結(jié)構”，可長期存留體內(nèi)，不產(chǎn)生異物反應，又能符合骨骼負重要求，具有良好的應用前景。而作為涂層的材料表面與宿主骨界面的細胞生物學行為及其調(diào)控的研究已成為國內(nèi)外研究的前沿。
　　 本實驗擬通過共沉淀方法制備納米羥基磷灰石/絲素蛋白復合涂層材料，實現(xiàn)該材料在結(jié)構與組分上對天然骨的仿生，采用靜電霧化沉積技術，在不同參數(shù)調(diào)配下于鈦基

8、底表面噴涂不同圖案化涂層，通過MG63細胞評價圖案化涂層與全噴涂層成骨細胞生物活性，然后選取一種圖案的涂層觀察成骨細胞活性，基本探明納米羥基磷灰石/絲素蛋白涂層材料表面成骨細胞響應規(guī)律，為將來達到智能化調(diào)控材料與宿主骨的快速融合、設計和制備理想的植入材料開拓新的思路和方法。
　　 實驗第一部分：納米羥基磷灰石/絲素蛋白懸浮液的制備和檢測。將絲素經(jīng)過脫膠處理后得到絲素纖維，溶解于CaCl2-CH3CH2OH-H2O三元溶劑中，按照

9、鈣磷比1.67計量比加入(NH4)2HPO4，得到的沉淀即為n-HA/SF。通過FTIR，XRD分析、SEM、TEM、TGA等檢測顯示實驗制得的復合涂層材料與天然骨組織中的晶體成分相似。
　　 實驗第二部分：絲素蛋白含量在納米羥基磷灰石生物礦化過程中的作用及對生物相容性的研究。通過制備不同絲素蛋白含量的納米羥基磷灰石/絲素蛋白復合涂層，通過MTT法和SEM電鏡觀察不同含量絲素蛋白對生物相容性的影響。絲素蛋白作為基質(zhì)可以調(diào)控納米羥