新型多孔磷灰石-硅灰石（AW）生物活性玻璃陶瓷支架材料的制備與改性研究.pdf

1、骨組織工程的研究為骨缺損修復(fù)提供了全新的思路和方法。支架材料是骨組織工程的核心內(nèi)容和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文的目的是尋找一種具有表面生物活性，有利于種子細胞的粘附、分布和功能發(fā)揮，并具有較好力學(xué)性能的支架材料。 AW生物活性玻璃陶瓷不但具有良好的生物活性和生物相容性，還有著較好的力學(xué)性能。AW生物活性玻璃陶瓷在體內(nèi)環(huán)境中具有骨傳導(dǎo)性，能促進骨組織生長與沉積。此外，還具有一定的骨誘導(dǎo)性和降解性。近年來研究發(fā)現(xiàn)生物玻璃的溶解產(chǎn)物可被用來活化基

2、因，通過基因調(diào)節(jié)誘發(fā)細胞周期開始和進程，進而促進骨形成。因此，選用生物活性玻璃陶瓷制成骨組織工程支架材料，可增強組織生長和自我修復(fù)，將為大的骨缺陷病人的骨組織重建帶來希望。 AW玻璃陶瓷可通過調(diào)整基體組成、孔結(jié)構(gòu)和孔隙率、表面結(jié)構(gòu)微環(huán)境及表面改性來達到可控制界面反應(yīng)動力學(xué)、降解速率、提高生物活性和生物相容性。可見，這種具有優(yōu)異性能的材料無疑是一種很有前景的骨組織工程支架材料。 本研究采用溶膠-凝膠工藝制備納米前驅(qū)體粉，調(diào)

3、節(jié)固相及添加劑含量配制料漿，以有機泡沫浸漬掛漿，經(jīng)干燥、燒成工藝制備多孔AW生物活性玻璃陶瓷支架材料。在此基礎(chǔ)上，為進一步提高支架材料的機械強度、斷裂韌性、生物相容性以及降解可控性，在支架材料表面引入生物降解有機相殼聚糖(CS)膜，制備AW/CS復(fù)合多孔支架材料。支架材料的形狀、孔徑尺寸、孔隙率可通過有機泡沫體的選擇進行調(diào)控。 本研究通過詳細的熱力學(xué)分析，從理論上解釋溶膠．凝膠法制備Aw生物玻璃陶瓷前驅(qū)體粉中磷酸鈣鹽生成的機理，

4、進而為結(jié)合現(xiàn)代分析測試手段完整、準(zhǔn)確地分析溶膠.凝膠法制備AW生物玻璃陶瓷過程中各個溫度階段的晶相轉(zhuǎn)變和物理化學(xué)過程奠定基礎(chǔ)，同時也為磷酸鈣系陶瓷在模擬體液中浸泡表面HA的形成過程提供機理解釋。采用熱重-差熱分析儀、X-射線衍射儀、掃描電鏡、透射電鏡、光學(xué)顯微鏡、紅外分光光度計、多孔陶瓷強度測試儀、阿基米德法等對AW和AW/CS支架材料進行晶相組成、宏觀大孔結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)、表面形貌、機械強度以及孔隙率等進行表征。采用體外模擬體液(SBF

5、)浸泡實驗評價支架材料的生物活性和生物降解性。將經(jīng)成骨誘導(dǎo)的第三代傳代兔骨髓基質(zhì)干細胞(MSCs)作為種子細胞，與AW、AW/CS支架材料進行體外復(fù)合培養(yǎng)，考察材料的生物相容性。 結(jié)果表明： (1)采用溶膠一凝膠法所制備的AW納米前驅(qū)體粉粒徑在60-100nm，粉末團聚粒子的質(zhì)量中位徑D<,50>為0.77gm，粉體具有較好的分散性。 (2)熱力學(xué)分析與實驗檢測結(jié)果非常吻合。在水基溶膠.凝膠體系的pH值為0.98

6、-1.50范圍內(nèi)，根據(jù)熱力學(xué)及XRD分析，確定在未進行熱處理的干凝膠粉中存在的磷酸鈣化合物為磷酸二氫鈣(MCP)。 (3) AW多孔支架材料的主晶相為磷灰石和硅灰石。AW/CS復(fù)合支架材料的主晶相為磷灰石、硅灰石和CS相。支架材料具有大孔/微孔結(jié)構(gòu)、孔隙分布均勻、相互貫通的優(yōu)點，大孔孔徑在100-500gin，微孔孔徑在1-3μm，孔隙率為80％-90％。支架的形狀、孔徑大小和孔隙率可以通過有機泡沫的選擇來調(diào)控。AW、AW/CS

7、支架材料的平均抗壓強度分別為：0.334MPa、3.11MPa，復(fù)合改性之后比改性前平均抗壓強度提高了831％，且韌性大大增加。 (4)模擬體液浸泡實驗顯示，AW支架材料和AW/CS復(fù)合支架材料表面都能形成蠕蟲狀的含碳酸根的羥基磷灰石(HCA)層，預(yù)示兩種材料都具有良好的生物活性。AW支架材料表面沉積HCA層的速度要優(yōu)于復(fù)合支架材料，但復(fù)合支架材料表面所沉積的。HCA晶粒之間相互交錯在一起，其表面所形成的微觀結(jié)構(gòu)形貌與AW支架材