納米羥基磷灰石-絲素基骨組織支架材料制備與生物性能.pdf

1、采用CaCl2和(NH4)2HPO4作為合成納米羥基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)的初始材料，在有機(jī)大分子絲素蛋白(silk/fibroin,SF)調(diào)控下，合成了納米HA/SF復(fù)合粉體。采用X-射線衍射(XRD)、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、差示量熱掃描-熱重(DSC-TG)、透射電子顯微鏡(TEM)研究分析了納米HA/SF復(fù)合粉體的微觀結(jié)構(gòu)、形成過(guò)程以及影響其結(jié)構(gòu)形貌的因素。在合成納米HA/SF優(yōu)質(zhì)粉體基礎(chǔ)之上，把粘

2、度高、成型性好、體內(nèi)降解快的天然多糖--殼聚糖(chiston,CS)和中國(guó)傳統(tǒng)中藥淫羊藿(Epimedium,EP)引入到HA/SF材料中，采用冷凍干燥技術(shù)制備了HA/SF-CS、HA/SF-CS-EP骨組織工程支架材料。研究了不同預(yù)凍溫度、有機(jī)相濃度、組分配比等對(duì)HA/SF-CS-EP支架材料結(jié)構(gòu)的影響，并進(jìn)行了模擬體液(SBF)生物活性、細(xì)胞相容性和體內(nèi)成骨性能實(shí)驗(yàn)研究。
　　結(jié)果表明：HA和SF間發(fā)生了強(qiáng)烈的化學(xué)作用，氫鍵

3、、分子間作用力以及配位鍵存在于它們之間。二者緊密結(jié)合形成了形狀均勻的針、棒狀的復(fù)合粉體，復(fù)合顆粒的尺寸為長(zhǎng)20～60nm，寬10～20nm。SF的存在使HA具有沿c軸擇優(yōu)生長(zhǎng)的的取向，產(chǎn)生了類似于天然骨的結(jié)構(gòu)。形成機(jī)理是HA通過(guò)靜電引力和配位作用在SF分子的極性基團(tuán)上形核。
　　體系的pH值和溫度等條件對(duì)HA/SF粉體的形成和長(zhǎng)大有較大影響。調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的pH值為7.4，合成溫度為20oC和40oC時(shí)，生成晶相除HA外還有少量的雜

4、質(zhì)，而85oC反應(yīng)時(shí)，則生成純的HA；pH為10時(shí)，此時(shí)體系能提供充足的OH-濃度，溫度變化對(duì)粉體的形成沒(méi)有明顯影響，在三個(gè)溫度下生成晶相均為純HA。HA/SF復(fù)合粉體隨溫度的升高，晶粒長(zhǎng)大，發(fā)育更加完整，結(jié)晶狀態(tài)較好。
　　采用冷凍干燥方法制備的HA/SF-CS-EP支架材料氣孔尺寸在100～400μm，氣孔率為78％～91%，壓縮強(qiáng)度在0.26～2.0MPa之間變化，氣孔連通性良好，制備的材料不僅存在宏觀大孔，而且在大孔壁上分

5、布著微孔。不同預(yù)冷凍溫度下，由于在熱流方向上存在溫度梯度的差異導(dǎo)致制備材料的孔徑和形貌存在顯著差異。隨預(yù)冷凍溫度的降低，氣孔由多邊形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢詈途€性排列，材料孔徑變得更小，孔壁更薄更具葉片狀。在不同的預(yù)冷凍溫度下，隨有機(jī)相濃度的增加，材料的氣孔率降低，壓縮強(qiáng)度升高；隨HA含量的升高，孔壁增厚和變得更加粗糙。綜合考慮氣孔率、壓縮強(qiáng)度、孔徑大小之后，認(rèn)為預(yù)冷凍溫度-80oC、有機(jī)相濃度10%、HA含量70%的條件下，制備的材料用于骨組織

6、工程是有利的。模擬體液(SBF)實(shí)驗(yàn)中，HA/SF基材料浸泡初期表面出現(xiàn)孔洞，呈現(xiàn)溶解的痕跡，隨浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，孔變大變深。同時(shí)伴隨有顆粒狀類骨磷灰石沉積物附著在材料表面，類骨磷灰石優(yōu)先出現(xiàn)在孔洞、裂紋、表面粗糙處，隨浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，表面逐漸被類骨磷灰石層所覆蓋?；钚詸C(jī)理解釋為：材料表面溶解釋放Ca2+、PO43-到模擬體液中，使材料表面附近局域Ca2+、PO43-離子濃度升高，當(dāng)鈣磷離子濃度的溶度積達(dá)到形成類骨磷灰石的臨界值時(shí)，類骨磷

7、灰石于材料表面形核并長(zhǎng)大，材料表面附近局域Ca2+、PO43-離子濃度是影響類骨磷灰石形成的關(guān)鍵因素。研究結(jié)果表明：HA/SF基材料不僅具有良好的生物活性，而且具有合適的降解速率，適合作為骨組織工程支架材料。
　　取胎鼠顱蓋骨成骨細(xì)胞進(jìn)行傳代培養(yǎng)后，分別種植于HA/SF-CS-EP，HA/SF-CS，HA/CS三種材料上，于3天、6天、9天取材檢測(cè)。四氮唑鹽(MTT)細(xì)胞增殖、堿性磷酸酶(ALP)活性測(cè)定、掃描電鏡(SEM)等結(jié)果

8、顯示：三種材料上的細(xì)胞活性HA/SF-CS-EP優(yōu)于HA/SF-CS優(yōu)于HA/CS。
　　HA/SF-CS-EP、HA/SF-CS材料在兔體內(nèi)種植實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，HA/SF-CS-EP材料在體內(nèi)逐漸降解，并被大量新生骨所取代，細(xì)胞游走于材料中，以材料為基質(zhì)直接成骨，成骨速率明顯快于HA/SF-CS組，具有優(yōu)良的體內(nèi)成骨活性。說(shuō)明中藥淫羊藿的引入加速了骨形成和骨的鈣化，淫羊藿促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖分化是促進(jìn)成骨的主要因素。綜上所述：模仿