沸石分子篩涂層對泡沫碳化硅內骨形成影響的形態(tài)學研究.pdf

1、目的：
　　 中國科學院金屬研究所采用“高分子熱解結合可控熔滲反應燒結方法”制備的仿生泡沫碳化硅材料,具有作為大段骨缺損修復或多孔種植體材料應用前景。前期實驗已證實這種材料具有良好的生物相容性和骨傳導性,且遠期的修復效果與羥基磷灰石相當。本實驗通過將兩種沸石分子篩涂層處理的泡沫碳化硅,即ZSM-5沸石/泡沫碳化硅和Silicalite-1沸石/泡沫碳化硅種植體植入兔體內,從形態(tài)學角度評價沸石分子篩涂層對骨組織長入情況的影響,并探

2、討它們作為具有一定生物活性的骨缺損修復或骨植入材料的可行性。
　　 方法：
　　 1、材料的制備；
　　 采用高分子熱解結合可控熔滲反應燒結方法制備泡沫碳化硅,實驗組采用水熱合成的方法分別在泡沫碳化硅表面原位合成ZSM-5或Silicalite-1沸石分子篩;對照組的泡沫碳化硅表面進行堿處理。
　　 2、手術植入及熒光標記；
　　 取日本大耳白兔,稱重麻醉后側臥位固定,術區(qū)消毒,下頜骨外側切口,分

3、離至骨面,鉆孔修形后植入一顆材料,沖洗關閉創(chuàng)口。轉入股骨區(qū)手術植入兩顆相同材料,用相同的方法在對側下頜骨和股骨植入另一種材料。處死前按預定程序肌肉注射鈣黃綠素和二甲酚橙熒光劑用以標記新生骨組織。
　　 3、硬組織切片的制作；
　　 分別于4、6、8和12周處死兔子取材固定后經脫水、浸潤、包埋制成塑料包埋組織塊并切片。
　　 4、組織形態(tài)學觀察；
　　 固定完成后的標本沿植入體長軸中央一分為二,直接在體式顯

4、微鏡觀察截面;將硬組織切片封片后直接在熒光顯微鏡下觀察熒光標記情況;組織切片經甲苯胺藍染色后在光學顯微鏡下觀察材料內骨生長情況。
　　 5、骨組織形態(tài)計量學分析；
　　 將所有熒光顯微鏡和光學顯微鏡下的圖像用Metamorph Imaging System V4.5圖像分析軟件對材料范圍內熒光標記面積和材料范圍內骨組織面積進行測量,計算熒光標記百分比和有效成骨面積百分比。
　　 結果：
　　 1、體式顯微

5、鏡觀測；
　　 碳化硅材料與骨組織結合穩(wěn)固無移位;4周時植入體骨結合部位有新骨形成并長入SiC材料孔隙內,6周時SiC孔隙內骨組織長入量增加,材料周圍新生骨組織與陳舊骨界限模糊;8周和12周組SiC孔隙內骨組織包繞SiC;股骨植入體內骨組織的長入情況較下頜骨內的好,但僅與皮質骨接觸部位有新骨形成,骨髓腔內SiC孔隙內無骨組織形成。
　　 2、組織形態(tài)學觀察；
　　 熒光標記面積隨觀察時間的延長,逐漸減低。3周時熒

6、光標記部位集中骨組織與SiC植入體結合部,4周時SiC植入體孔隙內熒光量增加,6周時孔隙內出現(xiàn)集中,10周熒光標記物少量散在于植入體孔隙;二甲酚橙的紅色熒光與鈣黃綠素綠色熒光相比更靠近SiC材料;股骨熒光標記物僅局限在于皮質骨結合部SiC材料周圍,髓腔內未見熒光標記。切片甲苯胺藍染色后的光學顯微鏡觀察見SiC材料孔隙內骨長入量隨時間推移逐漸增加;4周時陳舊骨與SiC植入體之間有大量的新骨形成延伸長入SiC孔隙內,與陳舊骨組織間的界限清楚

7、,結構疏松;6周時SiC材料孔隙內新生骨組織增加連成片狀,髓腔孔隙減小;8周組和12周新生骨繼續(xù)增加,結構更趨成熟;下頜骨SiC植入體孔隙內新生骨組織呈疏松梁狀結構,而股骨SiC植入體孔隙內的新生骨組織為排列致密密質骨結構充滿植入體孔隙;髓腔內的SiC材料周圍基本無骨組織。
　　 3、骨組織形態(tài)計量學分析；
　　 熒光標記面積百分隨植入時間的延長減低;堿處理組在6周時標記面積百分比下降較小,保持與4周時接近的水平。各處理

8、組間的比較在4周組的差異有統(tǒng)計學意義,沸石分子篩涂層的實驗組高于堿處理的對照組,而兩種沸石分子篩處理組間的差異無統(tǒng)計學意義。有效成骨面積百分比在股骨隨植入時間的延長數值增加,但在下頜骨8周時數值最高,12周時有所降低;各處理組間比較在4周時的差異有統(tǒng)計學意義:沸石分子篩涂層的實驗組高堿處理的對照組,而兩種沸石分子篩處理組間的差異無統(tǒng)計學意義。
　　 結論：
　　 1、與堿處理的泡沫碳化硅相比,沸石原位合成涂層處理可增加泡

9、沫碳化硅孔隙內的早期成骨速率和成骨量,但對于晚期成骨作用的差異不明顯。
　　 2、泡沫碳化硅表面ZSM-5沸石涂層與Silicalite-1沸石涂層處理后骨形成能力無顯著差異。
　　 3、ZSM-5/泡沫碳化硅、Silicalite-1/泡沫碳化硅和堿處理泡沫碳化硅材料內均有骨組織長入,在應力刺激條件下,隨時間的延長骨量增加。
　　 4、ZSM-5/泡沫碳化硅和Silicalite-1/泡沫碳化硅這2種材料內形成