殼聚糖-聚己內(nèi)脂-生物陶瓷骨修復(fù)材料的制備與表征.pdf

1、骨組織工程是一個(gè)交叉的多學(xué)科研究領(lǐng)域，為整形外科中的骨缺損提供新的替換材料。這種人工合成的細(xì)胞支架應(yīng)具有良好的生物相容性，可為細(xì)胞提供生存的空間，有利于細(xì)胞獲得足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行氣體交換，排除廢料，在生物材料逐步降解的同時(shí)，種植的骨細(xì)胞不斷增殖，從而達(dá)到骨修復(fù)的目的。人體骨組織的主要成分是有序排列的膠原(Collagen)和取向的納米羥基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)組成的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合體。從仿生角度出發(fā)，希望得到一種具

2、有優(yōu)異的強(qiáng)度和韌性、功能適應(yīng)性以及對(duì)損傷具有自愈合能力的支架材料。殼聚糖(Chitosan，CS)是一種堿性多糖，帶正電荷，具有良好的生物相容性和可控的生物降解性，能促進(jìn)骨細(xì)胞的分化，有助于骨骼的生成。聚己內(nèi)酯(Polycaprolactone，PCL)是一種人工合成的脂肪族聚合物，對(duì)人體無(wú)毒，植入人體后可被緩慢吸收，且具有良好生物相容性和力學(xué)性能。本文以CS和PCL為有機(jī)材料，引入具有生物活性的無(wú)機(jī)材料，制備兼具有機(jī)和無(wú)機(jī)材料的特性的

3、復(fù)合骨修復(fù)材料，并對(duì)其理化性能及細(xì)胞相容性進(jìn)行研究。
　　首先，通過(guò)水熱法制備聚丙烯酸(PAA)改性的棒狀納米羥基磷灰石(HA)。FTIR、XRD和TEM分析結(jié)果顯示:制備獲得了徑向尺寸為10-30nm，長(zhǎng)度為60-150nm的棒狀納米HA。用PAA改性HA，通過(guò)PAA的添加量可控制納米HA的長(zhǎng)徑比。PAA可在HA表面形成一層薄膜，且對(duì)HA的晶體結(jié)構(gòu)未造成顯著影響。
　　其次，以醋酸/丙酮為混合溶劑，溶解不同配比CS和PCL

4、，并在有機(jī)基質(zhì)中添加不同含量的HA(0-40％)，攪拌均勻后，-20℃預(yù)凍，通過(guò)冷凍干燥技術(shù)制備CS/PCL/HA-PAA三維多孔支架材料。理化表征顯示:復(fù)合材料中，CS、PCL、HA-PAA之間存在分子間氫鍵，分子間氫鍵間的形成抑制了PCL在復(fù)合材料中的重結(jié)晶。SEM結(jié)果顯示，在復(fù)合材料中存在孔徑不一、相互貫通的孔;用烯酸去除CS和HA，剩下的PCL彼此間相互連通，形成支架材料的骨架。力學(xué)性能表明:隨著HA-PAA在復(fù)合材料中的含量從

5、0％增加到40％，彎曲強(qiáng)度和彎曲模量分別下降了59.36％和20.93％，而其硬度升高了28.57％。
　　隨后，對(duì)制備獲得的CS/PCL/HA-PAA復(fù)合材料的體外細(xì)胞相容性和骨誘導(dǎo)行為進(jìn)行了初步研究。研究結(jié)果表明:將HA-PAA添加到CS/PCL復(fù)合材料中，能促進(jìn)小鼠顱頂前骨細(xì)胞(MC3T3-E1)的增殖與分化;MC3T3-E1細(xì)胞在材料表面能夠很好的粘附與鋪展，生長(zhǎng)至7d，細(xì)胞分泌細(xì)胞外基質(zhì);茜素紅染色顯示，將細(xì)胞培養(yǎng)在材料

6、浸提液中21d，在培養(yǎng)皿中形成大量的鈣結(jié)節(jié)。說(shuō)明復(fù)合材料可促進(jìn)成骨細(xì)胞外基質(zhì)中鈣鹽的沉積，對(duì)新骨的形成有促進(jìn)作用。
　　以六氟異丙醇(HFIP)為溶劑溶解CS、PCL，通過(guò)溶液澆鑄的方法制備CS-PCL復(fù)合膜，然后將制得的CS-PCL復(fù)合膜浸泡在10×SBF溶液中，在材料表面礦化形成類(lèi)磷灰石層。理化表征表明，CS-PCL復(fù)合膜在10×SBF溶液中浸泡6h后，在材料表面形成花椰菜狀類(lèi)磷灰石，浸泡時(shí)間延長(zhǎng)至24h，形成連續(xù)的類(lèi)磷灰石層

7、;CS與PCL共混，改善了CS/PCL復(fù)合膜表面的疏水性。WST-1實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，礦化過(guò)程能促進(jìn)MC3T3-E1細(xì)胞的分化;MC3T3-E1細(xì)胞在礦化后的復(fù)合材料表面粘附、鋪展、延伸，細(xì)胞增殖速度高于未礦化的復(fù)合材料。
　　以45S5生物活性玻璃(BG)為原料，采用有機(jī)模板復(fù)制法制備BG多孔陶瓷支架，接著將其浸泡在CS-PCL混合溶液中，室溫干燥，獲得涂層BG支架。然后將CS-PCL溶液滴加在涂層BG支架表面，-20℃預(yù)凍后，采用