Bioglass@CNF中生物活性玻璃納米粒子的成核生長行為及生物學(xué)性能的研究.pdf

1、隨著組織工程醫(yī)學(xué)的飛速發(fā)展，要求骨組織工程材料既具有生物活性、骨傳導(dǎo)和骨誘導(dǎo)性，材料降解速度與骨生長速度相匹配、又能保證一定的力學(xué)強(qiáng)度。碳納米纖維因其優(yōu)異的機(jī)械性能、生物學(xué)相容性、高比表面積，成為骨修復(fù)材料領(lǐng)域研究的熱點。然而，碳納米纖維由于無法降解和排出體外，使其大范圍應(yīng)用受到了很大限制。生物活性玻璃是目前唯一一種既能與人體硬組織又能與軟組織相連接的高活性生物材料。但是其具有脆性和加工性差等缺點，也大大限制了其在組織工程支架等領(lǐng)域的應(yīng)

2、用。本文將溶膠-凝膠法、靜電紡絲法與高溫?zé)Y(jié)法相結(jié)合，成功制備了負(fù)載生物活性玻璃的碳納米纖維(Bioglass@CNF)以發(fā)揮兩種材料各自的性能優(yōu)勢，系統(tǒng)研究了不同碳化條件下Bioglass@CNF中生物活性玻璃納米粒子的成核生長行為及生物學(xué)性能。
　　 采用SEM、TEM、HRTEM、XRD、FTIR等表征手段系統(tǒng)研究了Bioglass@CNF微觀形貌和晶體結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律。隨著碳化溫度的升高和保溫時間的延長，生物活性玻璃納米粒

3、子由纖維內(nèi)部逐漸向外遷移，纖維表面由光滑向粗糙轉(zhuǎn)變。粒子由最初在纖維內(nèi)部的28nm長大到107nm，在遷移過程中生物活性玻璃納米粒子的晶型由最初的無定形結(jié)構(gòu)，逐漸有硅灰石和假硅灰石晶體析出。
　　 基于Bioglass納米粒子尺寸的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，運(yùn)用LSW方程和Smoluchowski方程并結(jié)合第一、三動量對Bioglass形成過程進(jìn)行了動力學(xué)分析。結(jié)果表明，碳化溫度為800℃時，粒子生長主要符合熟化機(jī)理;碳化溫度為1000℃，時粒

4、子生長同時符合熟化機(jī)理和遷移合并機(jī)理;碳化溫度為1200℃時，粒子生長過程主要受到遷移合并機(jī)理控制。
　　 研究了不同碳化條件下制備得到的Bioglass@CNF的生物礦化行為。將不同碳化條件下的Bioglass@CNF置于1.5倍的模擬生理體液(1.5SBF)中進(jìn)行體外礦化實驗。由SEM、XRD和EDX結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨礦化時間的延長，Bioglass@CNF表面不斷沉積礦化層，最終生成羥基磷灰石產(chǎn)物。碳化溫度為1000℃時生物活性

5、玻璃納米粒子在復(fù)合纖維表面分布密度大、顆粒大小均一，硅灰石晶體由于納米效應(yīng)能在模擬體液中迅速溶解與之進(jìn)行離子交換。相同礦化時間下，1000℃材料表面能迅速沉積礦化物質(zhì)，其生物礦化性能最好。
　　 研究了不同碳化條件下制備得到的Bioglass@CNF的生物相容性。CCK-8對細(xì)胞貼附增殖率的測定和SEM觀察結(jié)果顯示，隨著時間的延長，細(xì)胞在三種材料表面均延纖維走向不斷增殖、鋪展，生長狀態(tài)良好。粗糙的表面有利于細(xì)胞的貼附，可以快速溶