PLLA-明膠納米纖維膜在不同模擬體液中生物礦化過程研究.pdf

1、在骨組織工程修復(fù)材料的制備過程中，理想的材料應(yīng)對(duì)人體骨組織的結(jié)構(gòu)進(jìn)行高度仿生化，不僅有類似骨細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的膠原納米纖維結(jié)構(gòu)提供良好的生物活性，同時(shí)應(yīng)該具備納米針狀羥基磷灰石(HA)沿著膠原纖維軸向生長(zhǎng)的有機(jī)無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)以提供骨組織特殊的機(jī)械性能。生物礦化法作為制備有機(jī)-無機(jī)復(fù)合骨修復(fù)材料的一種有效方法，本論文通過對(duì)不同模擬體液中生物礦化的過程進(jìn)行研究及控制，希望能夠?qū)θ梭w生物礦化生成羥基磷灰石的過程加深理解以及對(duì)制備新的有機(jī)無機(jī)

2、復(fù)合支架材料有所幫助。
　　首先，本研究利用合成生物可降解高分子聚左旋乳酸(PLLA)與天然高分子明膠，通過靜電紡絲法制備得到類似細(xì)胞外基質(zhì)的無規(guī)則排列的明膠納米纖維，對(duì)納米纖維用碳化二亞胺(EDC/NHS)進(jìn)行交聯(lián)處理并對(duì)交聯(lián)時(shí)間進(jìn)行探討，發(fā)現(xiàn):控制適當(dāng)?shù)慕宦?lián)程度，可提高纖維膜在水中的穩(wěn)定性，并保持良好的親水性，可作為后期模擬體液中生物礦化的有機(jī)基底材料。通過對(duì)納米纖維在標(biāo)準(zhǔn)模擬體液(SBF)濃度下的礦化行為，以及其在37℃去離

3、子水下的水解行為，確定選用較高過飽和度的2.5SBF作為礦化研究的模擬體液體系。選擇不同性質(zhì)的中性甘氨酸(Gly)、酸性天冬氨酸(Asp)以及堿性精氨酸（Arg），分別加入到2.5SBF中對(duì)模擬體液體系進(jìn)行改性，通過冷凍干燥、HRTEM觀察SBF配置8小時(shí)后的產(chǎn)物考察了氨基酸對(duì)成核的影響，發(fā)現(xiàn):氨基酸對(duì)前期模擬體液成核的影響，在2.5SBF以及添加Gly的體系中，團(tuán)聚體聚集形成的結(jié)構(gòu)為規(guī)則有序的，而在添加酸性Asp或堿性Arg的體系中，

4、團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)為無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)狀的。進(jìn)一步對(duì)團(tuán)聚體的尺寸進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，未添加氨基酸的預(yù)團(tuán)聚體的平均尺寸為4.7nm，添加Gly、 Asp、Arg的三種體系下的團(tuán)聚體平均尺寸分別為4.4、8.8、9.3nm，說明氨基酸參與到了成核預(yù)聚體的形成中，并改變了前期團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)、大小以及團(tuán)聚體的聚集狀態(tài)。將PLLA/明膠復(fù)合納米纖維膜浸泡于上述四種SBF中，通過對(duì)生物礦化產(chǎn)物的SEM、XRD、FTIR、EDX等分析發(fā)現(xiàn)，在四種模擬體液體系下生物礦化得到

5、的產(chǎn)物，均是以不完善結(jié)晶的缺鈣型HA（鈣磷比1.2-1.4）為主的磷灰石混合物，在宏觀的形貌、化學(xué)組成和結(jié)晶表征方面沒有顯著差別，但進(jìn)一步通過HTREM和SAED的微觀分析發(fā)現(xiàn)，添加氨基酸的體系能夠明顯地促進(jìn)前期無定型磷酸鈣向HA的轉(zhuǎn)化，能夠使HA呈針狀結(jié)構(gòu)沿軸向生長(zhǎng)，甘氨酸的促進(jìn)作用最為明顯。
　　其次，本研究選取了數(shù)種細(xì)胞培養(yǎng)基(α-MEM、添加血清的α-MEM)，開展PLLA/明膠復(fù)合納米纖維的礦化行為研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):培養(yǎng)基

6、具有與SBF相似的性質(zhì)，可以在納米纖維上形成礦化層，但礦化沉積的表現(xiàn)與前述過飽和度較高的SBF體系顯著不同，在培養(yǎng)基中形成的礦物層更均勻的覆蓋在纖維表面，形成殼層，顯示良好的有機(jī)-無機(jī)界面結(jié)合，鈣磷比較高(～1.8)，HRTEM觀察HA呈現(xiàn)為納米級(jí)別的棒狀，組成與結(jié)構(gòu)與人體骨組織中的HA相近。通過α-MEM以及添加10％小牛血清(FBS)的α-MEM的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照，F(xiàn)BS能夠促進(jìn)納米纖維在培養(yǎng)基中的礦化速度，明顯提高HA的沉積速率以及H