摻鍶聚磷酸鈣作為骨組織工程支架材料的研究.pdf

1、近年來，聚磷酸鈣作為一種無機(jī)聚合物，具有可控降解速率、生物相容性好和足夠的機(jī)械強(qiáng)度，越來越受到人們的重視。同時(shí)，鍶作為治療骨質(zhì)疏松癥的藥物也逐漸受到廣泛的關(guān)注，適量的鍶能促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖，抑制骨吸收，從而加速骨修復(fù)，并能一定程度提高骨骼的強(qiáng)度和韌性。本文從對聚磷酸鈣的研究入手，通過CPP聚合度計(jì)算模型的建立、對CPP的結(jié)構(gòu)、晶型及強(qiáng)度、影響CPP降解的因素及降解規(guī)律、CPP晶型與細(xì)胞相容性的關(guān)系進(jìn)行了較為全面的研究，確定了β-CPP最

2、合適細(xì)胞生長。進(jìn)一步將微量元素鍶加入其中制備SCPP，對SCPP的合成、結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了研究，通過不同摻鍶量SCPP與兩種細(xì)胞的相容性研究、以及犬股骨植入試驗(yàn)，初步確定了1％SCPP為適合成骨細(xì)胞生長，在體內(nèi)具有良好生物相容性的骨組織工程支架材料。 本論文制備了與人體松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)相似的多孔CPP材料。對磷酸二氫鈣發(fā)生固相縮聚反應(yīng)生成CPP過程的分析，提出了聚合度的簡便計(jì)算模型；利用IR和固相31PNMR探討了CPP的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并對

3、聚合度計(jì)算模型進(jìn)行了驗(yàn)證；合成了不同聚合度大小的CPP。通過在不同溫度下燒結(jié)，制備了三種晶型的CPP，分別是α-CPP、β-CPP和γ-CPP，并確定了不同晶型CPP的溫度范圍。探討了CPP材料結(jié)構(gòu)與機(jī)械強(qiáng)度的關(guān)系，不同晶型材料的抗壓強(qiáng)度比較中α-CPP強(qiáng)度最高；對不同聚合度CPP抗壓強(qiáng)度的比較顯示隨著聚合度的增加，材料抗壓強(qiáng)度逐漸增加的規(guī)律。 本論文對影響CPP降解速率的因素，包括晶型、聚合度、孔隙率和燒料顆粒粒徑等，以及降解

4、過程中材料的性能變化進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究。結(jié)果表明材料的晶型和聚合度對降解速率的影響顯著，無論在Tris中降解還是在SBF中降解，不同晶型CPP材料的降解速率不同，從失重率顯示依次為α-CPP＜β-CPP＜γ-CPP，從降解出的磷酸根濃度顯示依次為α-CPP＜β-CPP＜γ-CPP，因此晶型是控制CPP降解的一個(gè)有效手段；同時(shí)，CPP的聚合度越小，支架材料的孔隙率越大，燒料顆粒粒徑越小，降解速率也越快，呈現(xiàn)明顯的差異。降解過程中的形貌變

5、化：在Tris中降解30天后，樣品表面的微小縫隙和孔洞增多；而在SBF中降解30天后，樣品表面生成了沉積物，沉積量大小依次為α-CPP＜β-CPP＜γ-CPP。對降解30天前后材料成分變化進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)降解后形成的沉積物里含有碳酸根羥基磷灰石。強(qiáng)度變化：抗壓強(qiáng)度損失量大小依次為α-CPP＜β-CPP＜γ-CPP。 本論文制備了不同摻鍶量的SCPP，并對其結(jié)構(gòu)、性能和體外降解進(jìn)行了研究。通過不同晶型CPP材料的成骨細(xì)胞培養(yǎng)，對生長

6、曲線和相對增殖率的比較，確定了β-CPP最適合細(xì)胞的生長，并將鍶元素?fù)饺肫渲?。研究了制備SCPP的三種方法，確定以碳酸鈣和碳酸鍶為原料制備SCPP的最佳路線。對不同摻鍶量SCPP的XRD檢測，發(fā)現(xiàn)在摻鍶量在48-50％之間，材料的晶系發(fā)生突變，由與β-CPP所屬的單斜晶系向α-SPP所屬的菱方晶系轉(zhuǎn)變。對不同摻鍶量SCPP的降解性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明隨著鍶元素的加入，SCPP的降解速率減慢，當(dāng)鍶加入量為60-70％的時(shí)候最慢，但隨著鍶

7、元素的進(jìn)一步增加，材料的降解速率將有所加快，總體來說SPP的降解速率低于CPP。 本論文對不同摻鍶量SCPP材料進(jìn)行了細(xì)胞相容性實(shí)驗(yàn)，通過MTT法和ALP的測定，表明1％SCPP最適合成骨細(xì)胞生長。對成骨細(xì)胞和牙髓細(xì)胞在材料上的生長形態(tài)進(jìn)行了倒置相差顯微鏡、熒光相差顯微鏡、掃描電鏡和激光共聚焦顯微鏡的觀察比較，顯示出兩種細(xì)胞鋪展生長良好，具有較高的活性，并能分泌出大量細(xì)胞外基質(zhì)。 本論文初步進(jìn)行了1％SCPP和CPP在犬

8、股骨中的植入試驗(yàn)。結(jié)果表明，這種新型的生物材料植入動(dòng)物體丙后，未見明顯的炎癥反應(yīng)和壞死，具有良好的生物相容性，1％SCPP樣本中新骨生成快于CPP樣本，在1％SCPP多孔結(jié)構(gòu)中形成了大量的骨小梁，并有較多的血管長入。 本研究首次提出了簡便的CPP聚合度計(jì)算模型，探討了晶型和聚合度對CPP性能的影響。首次將鍶元素引入到聚磷酸鈣中，并對其結(jié)構(gòu)，力學(xué)及降解性能等進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究。從分子水平提出了CPP或SCPP的-P-O-P-鍵類