類骨結(jié)構(gòu)膠原纖維基多孔磷酸三鈣-膠原復(fù)合材料的制備、表征和評價.pdf

1、除了良好的生物活性和降解性，具有促進或加速骨組織修復(fù)的效能是當(dāng)前生物材料研究的重點。本文基于自然骨的組元和微觀結(jié)構(gòu)，通過微觀結(jié)構(gòu)仿生與化學(xué)組元優(yōu)化相結(jié)合，將納米磷酸三鈣(TCP)顆粒與骨膠原微纖維復(fù)合成為類骨結(jié)構(gòu)膠原纖維，從而可有效地利用TCP良好的生物降解特性、形貌變化特性、載體功能和膠原良好的細胞/組織相容性以及兩者的協(xié)同效應(yīng)，期望構(gòu)造出一種具有獨特納微結(jié)構(gòu)的新型骨修復(fù)/再生材料，并可作為骨組織高效重建的初始平臺。 為此，本

2、論文首先開展了用于制備復(fù)合材料的各種納米磷酸鈣顆粒制備及性能的系統(tǒng)研究，然后進行了類骨結(jié)構(gòu)膠原纖維基復(fù)合材料制備和表征的系統(tǒng)研究，最后開展了各種類骨結(jié)構(gòu)膠原纖維基復(fù)合材料生物評價的初步研究。主要的研究內(nèi)容如下： (1)采用PEG穩(wěn)定化的無定形磷酸鈣(ACP)為先驅(qū)體，通過800℃的熱處理使ACP晶化成TCP相，顆粒的尺寸為300～500nm。當(dāng)．ACP中穩(wěn)定化的PEG含量不同時，形成的TCP晶相會產(chǎn)生變化。當(dāng)ACP形成過程中加入

3、PEG比例為4：1和16：1時，晶化后的TCP顆粒分別為純αTCP和β-TCP相，但當(dāng)PEG量在此之間，晶化后的TCP粉末為α/β-TCP復(fù)相，并且兩相含量隨PEG量變化而改變。實驗顯示這種α/βTCP復(fù)相粉末是由1μm的初次團聚體所組成，在初次團聚顆粒中均勻地包含了α-TCP和-TCP納米一次顆粒。浸泡實驗顯示這類α/β-TCP復(fù)相粉末具有獨特的反應(yīng)和形貌變化行為。 (2)采用PEG穩(wěn)定化的含鋅無定形磷酸鈣(ACP)為先驅(qū)體，

4、制備山納米含鋅β-TCP顆粒，分析證明實，鋅部分取代了β-TCP品格中的鈣，形成鋅取代β-TCP顆粒。浸泡實驗顯示了這種顆粒的鋅釋放行為具有均勻、緩慢而持續(xù)的特點，有利于鋅在人體內(nèi)發(fā)揮有效而安全的作用。 (3)經(jīng)過酸性介質(zhì)對膠原處理形成膠原微纖維，加入納米TCP顆粒，在濕化學(xué)條件下可形成類骨結(jié)構(gòu)膠原纖維基多孔β-TCP/Col復(fù)合材料，其類骨結(jié)構(gòu)膠原纖維構(gòu)成的孔壁成網(wǎng)狀。最佳酸性條件為pH 2。復(fù)合材料的孔徑在～1 00gm，孔

5、隙率為90％以上。體內(nèi)外生物評價結(jié)果顯示該復(fù)合材料具有良好的生物相容性，良好的成骨能力。 (4)經(jīng)過堿性介質(zhì)對膠原處理形成膠原微纖維，加入納米TCP顆粒，在濕化學(xué)條件下可形成類骨結(jié)構(gòu)膠原纖維基多孔β-TCP/Col復(fù)合材料，其類骨結(jié)構(gòu)膠原纖維構(gòu)成的孔壁成致密狀。最佳堿性條件為pH 12。復(fù)合材料的孔徑在100μm～300μm，孔隙率為～90％。體內(nèi)外生物評價結(jié)果顯示該復(fù)合材料具有良好的生物相容性，對成骨細胞的增殖和分化起到一定的

6、促進作用，以及具有良好的成骨能力。 (5)考慮到膠原原料不同，可能會對建立類骨結(jié)構(gòu)膠原纖維產(chǎn)生影響，采用與上述不同的膠原，酶切法的膠原，進行了復(fù)合材料制備的研究。其結(jié)果顯示酶切法的膠原在堿性制備條件下能夠形成類骨結(jié)構(gòu)膠原纖維，并構(gòu)成多孔復(fù)合材料。但在類骨結(jié)構(gòu)膠原纖維組合方式上有所差別：β-TCP/e-Col(酶切法)復(fù)合材料具有疏松多孔的孔壁，而β-TCP/s-Col(鹽析法)復(fù)合材料則具有表面光滑、質(zhì)地緊密的孔壁。體外細胞培

7、養(yǎng)結(jié)果顯示出β-TCP/e-Col(酶切法)復(fù)合材料同樣具有良好的細胞相容性。 (6)由于α-TCP在與體內(nèi)作用后可以產(chǎn)生形貌的變化，可有利于細胞附著和生長；β-TCP在體內(nèi)會產(chǎn)生降解，可提供必需的Ca和P離子，騰出骨再生的空間。將α-TCP和β-TCP形成α/βTCP復(fù)相顆粒，可有效的利用兩種的特性。采用堿性條件和酶切法膠原，制備出了類骨結(jié)構(gòu)膠原基多孔α/β-TCP-Col復(fù)合材料，其孔徑在100岬～300gm之間，孔隙率為9

8、0％左右。經(jīng)過體外緩沖溶液的浸泡，復(fù)合材料中的α/βTCP能夠原位轉(zhuǎn)化成花瓣簇狀的形狀，通過控制α/βTCP中兩相含量，可以改變復(fù)合材料的表面形貌和化學(xué)組成，可形成有利于成骨細胞生長的表面結(jié)構(gòu)。體外生物評價顯示該復(fù)合材料具有良好的生物相容性。 (7)鋅離子在骨修復(fù)過程巾可發(fā)揮對成骨細胞活性的有益作用，從而促進骨再牛過程。利用納米鋅取代β-TCP顆粒具有良好的鋅離了釋放能力和行為，將其與酶切法膠原在堿性條件形成類骨結(jié)構(gòu)膠原基多孔Z

9、nTCP/Col復(fù)合材料。其復(fù)合材料孔徑為300um，孔隙率在90％左右。復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)能夠保證植入體內(nèi)后鋅離予持續(xù)、穩(wěn)定地釋放出來。體外生物評價顯示該復(fù)合材料具有良好的生物相容性。 經(jīng)過上述研究，具有類骨結(jié)構(gòu)膠原纖維基的多孔TCP/Col復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的生物市幾容性，在骨缺損修復(fù)的過程中對骨的再生過程有明顯的影響，能夠加速骨組織的修復(fù)。因此，類骨結(jié)構(gòu)膠原纖維基多孔TCP/Col復(fù)合材料可以成為一種新而有效的骨修復(fù)材料。