新型多孔磷灰石-硅灰石（AW）生物活性玻璃陶瓷支架材料的制備與改性研究.pdf

1、骨組織工程的研究為骨缺損修復(fù)提供了全新的思路和方法。支架材料是骨組織工程的核心內(nèi)容和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文的目的是尋找一種具有表面生物活性，有利于種子細(xì)胞的粘附、分布和功能發(fā)揮，并具有較好力學(xué)性能的支架材料。 AW生物活性玻璃陶瓷不但具有良好的生物活性和生物相容性，還有著較好的力學(xué)性能。AW生物活性玻璃陶瓷在體內(nèi)環(huán)境中具有骨傳導(dǎo)性，能促進(jìn)骨組織生長(zhǎng)與沉積。此外，還具有一定的骨誘導(dǎo)性和降解性。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)生物玻璃的溶解產(chǎn)物可被用來(lái)活化基

2、因，通過(guò)基因調(diào)節(jié)誘發(fā)細(xì)胞周期開(kāi)始和進(jìn)程，進(jìn)而促進(jìn)骨形成。因此，選用生物活性玻璃陶瓷制成骨組織工程支架材料，可增強(qiáng)組織生長(zhǎng)和自我修復(fù)，將為大的骨缺陷病人的骨組織重建帶來(lái)希望。 AW玻璃陶瓷可通過(guò)調(diào)整基體組成、孔結(jié)構(gòu)和孔隙率、表面結(jié)構(gòu)微環(huán)境及表面改性來(lái)達(dá)到可控制界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、降解速率、提高生物活性和生物相容性?？梢?jiàn)，這種具有優(yōu)異性能的材料無(wú)疑是一種很有前景的骨組織工程支架材料。 本研究采用溶膠-凝膠工藝制備納米前驅(qū)體粉，調(diào)

3、節(jié)固相及添加劑含量配制料漿，以有機(jī)泡沫浸漬掛漿，經(jīng)干燥、燒成工藝制備多孔AW生物活性玻璃陶瓷支架材料。在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高支架材料的機(jī)械強(qiáng)度、斷裂韌性、生物相容性以及降解可控性，在支架材料表面引入生物降解有機(jī)相殼聚糖(CS)膜，制備AW/CS復(fù)合多孔支架材料。支架材料的形狀、孔徑尺寸、孔隙率可通過(guò)有機(jī)泡沫體的選擇進(jìn)行調(diào)控。 本研究通過(guò)詳細(xì)的熱力學(xué)分析，從理論上解釋溶膠．凝膠法制備Aw生物玻璃陶瓷前驅(qū)體粉中磷酸鈣鹽生成的機(jī)理，

4、進(jìn)而為結(jié)合現(xiàn)代分析測(cè)試手段完整、準(zhǔn)確地分析溶膠.凝膠法制備AW生物玻璃陶瓷過(guò)程中各個(gè)溫度階段的晶相轉(zhuǎn)變和物理化學(xué)過(guò)程奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也為磷酸鈣系陶瓷在模擬體液中浸泡表面HA的形成過(guò)程提供機(jī)理解釋。采用熱重-差熱分析儀、X-射線衍射儀、掃描電鏡、透射電鏡、光學(xué)顯微鏡、紅外分光光度計(jì)、多孔陶瓷強(qiáng)度測(cè)試儀、阿基米德法等對(duì)AW和AW/CS支架材料進(jìn)行晶相組成、宏觀大孔結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)、表面形貌、機(jī)械強(qiáng)度以及孔隙率等進(jìn)行表征。采用體外模擬體液(SBF

5、)浸泡實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)支架材料的生物活性和生物降解性。將經(jīng)成骨誘導(dǎo)的第三代傳代兔骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)作為種子細(xì)胞，與AW、AW/CS支架材料進(jìn)行體外復(fù)合培養(yǎng)，考察材料的生物相容性。 結(jié)果表明： (1)采用溶膠一凝膠法所制備的AW納米前驅(qū)體粉粒徑在60-100nm，粉末團(tuán)聚粒子的質(zhì)量中位徑D<,50>為0.77gm，粉體具有較好的分散性。 (2)熱力學(xué)分析與實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果非常吻合。在水基溶膠.凝膠體系的pH值為0.98

6、-1.50范圍內(nèi)，根據(jù)熱力學(xué)及XRD分析，確定在未進(jìn)行熱處理的干凝膠粉中存在的磷酸鈣化合物為磷酸二氫鈣(MCP)。 (3) AW多孔支架材料的主晶相為磷灰石和硅灰石。AW/CS復(fù)合支架材料的主晶相為磷灰石、硅灰石和CS相。支架材料具有大孔/微孔結(jié)構(gòu)、孔隙分布均勻、相互貫通的優(yōu)點(diǎn)，大孔孔徑在100-500gin，微孔孔徑在1-3μm，孔隙率為80％-90％。支架的形狀、孔徑大小和孔隙率可以通過(guò)有機(jī)泡沫的選擇來(lái)調(diào)控。AW、AW/CS

7、支架材料的平均抗壓強(qiáng)度分別為：0.334MPa、3.11MPa，復(fù)合改性之后比改性前平均抗壓強(qiáng)度提高了831％，且韌性大大增加。 (4)模擬體液浸泡實(shí)驗(yàn)顯示，AW支架材料和AW/CS復(fù)合支架材料表面都能形成蠕蟲(chóng)狀的含碳酸根的羥基磷灰石(HCA)層，預(yù)示兩種材料都具有良好的生物活性。AW支架材料表面沉積HCA層的速度要優(yōu)于復(fù)合支架材料，但復(fù)合支架材料表面所沉積的。HCA晶粒之間相互交錯(cuò)在一起，其表面所形成的微觀結(jié)構(gòu)形貌與AW支架材