仿生礦化法制備可降解羥基磷灰石氧化細菌纖維素復(fù)合材料

以熔融法制備可加工生物玻璃陶瓷的基礎(chǔ)配方及分相機理為基礎(chǔ),采用溶膠-凝膠法分別制備了金云母和羥基磷灰石粉體,并由復(fù)合工藝制備了金云母/羥基磷灰復(fù)合材料。通過dta、xrd、sem等對粉體及材料進行了分析,結(jié)果表明:采用溶膠-凝膠法可制備出以鈉金云母為主晶相的粉體,將該粉體與溶膠-凝膠法制備的羥基磷灰石粉體進行混合可制備出可加工性生物活性材料。

通過體外模擬天然骨生物礦化和材料自組裝的形成機制,研究制備了類骨羥基磷灰石/膠原仿生復(fù)合材料并對材料進行了表征。結(jié)果表明:納米羥基磷灰石均勻分布在膠原基質(zhì)上并擇優(yōu)取向排列,該復(fù)合材料的成分和微觀結(jié)構(gòu)與天然骨類似。

通過優(yōu)化的加工條件制備了羥基磷灰石/熱致液晶高分子(ha/vectraa950)復(fù)合材料仿生人工骨,研究了ha含量對復(fù)合材料顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響,分析了ha與vectraa950共混后的力學(xué)性能以及界面結(jié)合問題。研究結(jié)果表明:當ha與vectraa950的質(zhì)量比小于10∶100時,復(fù)合材料呈現(xiàn)明顯的皮芯結(jié)構(gòu),皮層液晶微纖高度取向,ha主要分散在芯部,其模量和強度達到或超過天然骨的力學(xué)性能;隨著ha含量的增加,皮芯結(jié)構(gòu)逐步減弱并消失,而缺陷顯著增加。當ha與vectraa950的質(zhì)量比增加到20∶100,復(fù)合材料的力學(xué)性能、尤其是韌性顯著降低,這可能是由于ha顆粒與液晶基體之間的結(jié)合較差導(dǎo)致的。為保證復(fù)合材料仿生人工骨的生物活性,ha的含量應(yīng)與天然骨接近。因此,需對ha和vectraa950的界面進行改性以提高其結(jié)合性能。

以蠶絲絲素蛋白(sf)作為羥基磷灰石(ha)沉積的模板,制備ha/sf復(fù)合粉末,用掃描電鏡(sem)、熱重分析(tga)、x射線衍射(xrd)和傅立葉變換紅外光譜(ft-ir)對復(fù)合粉末進行分析和鑒定。結(jié)果表明,合成產(chǎn)物是ha/sf復(fù)合物,其平均粒徑約為275.7nm,其中絲素蛋白含量為17.8%(質(zhì)量分數(shù))。復(fù)合粉末經(jīng)等靜壓成型后能夠制得彎曲和壓縮強度分別為19.87mpa和28.65mpa的ha/sf復(fù)合材料,以nacl為致孔劑能夠制得平均孔徑約為61μm、孔隙率為40%的多孔ha/sf復(fù)合材料。

再生絲素蛋白具有良好的生物相容性,羥基磷灰石同時還具有成骨誘導(dǎo)性。通過將再生絲素蛋白制備形成絲素蛋白多孔材料,并在37℃下將其浸漬于模擬體液中可以制備再生絲素蛋白/羥基磷灰石多孔復(fù)合材料。掃描電鏡研究發(fā)現(xiàn)在再生絲素蛋白多孔材料的孔隙中羥基磷灰石由針狀晶體聚集而成,紅外光譜和xrd等表征表明復(fù)合材料中羥基磷灰石以羰基取代的羥基磷灰石存在。制備的再生絲素蛋白/羥基磷灰石多孔材料有望作為骨組織修復(fù)材料使用。

為了改善羥基磷灰石(hap)的脆性和新骨誘導(dǎo)性,采用共沉淀法合成hap,鹽溶法制備絲素蛋白(sf),在膠體狀態(tài)下將hap和sf復(fù)合得到了sf/hap復(fù)合材料。采用掃描電鏡(sem)、x射線衍射(xrd),傅立葉紅外光譜(fir)對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成進行了分析,在模擬體液中檢驗了復(fù)合材料的生物活性,并對其抗壓強度進行了測定。結(jié)果表明:hap與sf在納米尺度進行了復(fù)合,復(fù)合材料中sf主要以β-折疊構(gòu)象存在,酰胺ⅴ紅外特征峰消失,β-折疊構(gòu)象的其他峰發(fā)生了移動,表明hap與sf間存在化學(xué)結(jié)合;模擬體液中浸泡18天后,復(fù)合材料表面形成了片層狀的hap;與純的hap晶體比較,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,具有較好生物活性和骨誘導(dǎo)性,其抗壓強度可達63mpa,可望成為理想的骨組織替換和工程支架材料。

低溫下,通過將水熱合成的納米羥基磷灰石漿料與中性膠原溶膠共混和在中性膠原中原位形成羥基磷灰石兩種方法制備羥基磷灰石/膠原復(fù)合材料,采用xrd、ftir、掃描電鏡、透射電鏡和力學(xué)性能測試等方法對兩種復(fù)合材料的特性進行了表征。通過對兩種方法制備的復(fù)合材料的特性進行比較,發(fā)現(xiàn)兩種方法均制備得到了納米羥基磷灰石/膠原復(fù)合材料,復(fù)合材料在晶相組成、化學(xué)組成、納米羥基磷灰石晶體尺寸、膠原纖維的結(jié)構(gòu)等方面都與天然骨相似。但原位合成納米羥基磷灰石晶體的結(jié)晶度比水熱合成的納米羥基磷灰石更接近于自然骨,原位合成的羥基磷灰石/膠原復(fù)合材料的均勻性、界面結(jié)合緊密度、力學(xué)性能等方面均優(yōu)于共混法。原位合成法是改善納米羥基磷灰石/膠原復(fù)合材料均勻性和力學(xué)性能的有效方法。

以ca(oh)2和h3po4為反應(yīng)物,通過溶膠-凝膠法制備了羥基磷灰石(ha)粉體;用機械混合法制備了tih2包覆ha的粉體;用熱壓法制備了純ha陶瓷材料及ha/ti復(fù)合材料.xrd相分析結(jié)果表明:通過溶膠-凝膠法制備的ha粉體,經(jīng)過900℃煅燒2h后,粉體的主晶相為ha,有少量的cao;ha/tih2包覆粉末經(jīng)1050℃熱壓后,復(fù)合材料中的主要相是ha和ti,同時出現(xiàn)了ca2p2o7和ca3(po4)2相.1050℃熱壓的ha/25%ti(體積分數(shù))復(fù)合材料的斷裂韌性為2.4mpa.m-1/2,抗彎強度為54mpa,均高于純ha材料.顯微組織的觀察表明金屬鈦在材料中呈網(wǎng)狀分布,網(wǎng)狀分布的金屬相能夠通過裂紋橋接機制阻止ha基體中的裂紋的擴展.

為了探討絲素蛋白/羥基磷灰石(sf/ha)復(fù)合多孔支架材料的制備及其用于骨缺損的修復(fù),采用超聲波凝膠干燥法制備了sf/ha復(fù)合材料;以脫膠繭絲為增強材料,水溶性淀粉為制孔劑,通過去離子水萃取法除去淀粉,制備了sf/ha多孔復(fù)合材料。對其孔隙率及抗壓強度進行測試,并將其植入兔股骨缺損處觀察修復(fù)的情況。sf/ha多孔復(fù)合材料的孔隙率接近75%,孔徑尺寸分布約從幾微米到400μm,并且孔隙之間相互貫通,其抗壓強度可達10mpa以上,植入兔股骨缺損處未見引起骨組織明顯的炎癥反應(yīng)及骨壞死,術(shù)后12周發(fā)現(xiàn)基本修復(fù)骨缺損部位,而空白對照組沒有骨生成。sf/ha多孔復(fù)合材料可以滿足骨組織工程支架的基本要求,用于骨缺損的修復(fù)。

探討n-ha/ldi-g/nvcm復(fù)合體的制備方法以及其物理特性。對載有0%、1%、2%、5%和10%nvcm的復(fù)合體材料分別測定其抗壓強度和斷裂強度,再通過x射線衍射和掃描電鏡分析其固化產(chǎn)物和表面結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果表明不同載藥組抗壓強度和斷裂強度會有所不同。nvcm的載入不影響n-ha/ldi-g的固化,不會反應(yīng)產(chǎn)生新的產(chǎn)物;nvcm的含量在復(fù)合體中一定的比例范圍內(nèi),并不會對復(fù)合體的抗壓強度和斷裂強度造成影響,而超過一定范圍后,則會降低其抗壓強度和斷裂強度。

提出了一種制備ha/sf復(fù)合粉末的新方法.以磷酸氫二鈉、無水氯化鈣和絲素蛋白為原料制備羥基磷灰石/絲素蛋白(ha/sf)復(fù)合粉末,通過x-射線衍射(xrd)、掃描電子顯微鏡(sem)和紅外吸收光譜(fir)等檢測手段,探討了反應(yīng)酸度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間,絲素蛋白加入量和原料加入順序?qū)χ苽鋒a/sf復(fù)合粉末的影響,確定了最佳的制備條件;該方法可降低溶解絲素蛋白的溫度,達到節(jié)約能源的目的.

了解絲素蛋白(silkfibroin,sf)表面修飾的羥基磷灰石(hydroxyapatite,ha)修復(fù)骨缺損過程中,實驗動物血液流變學(xué)和骨缺損修復(fù)區(qū)血流量的變化。選擇20只新西蘭白兔,制作15mm長的橈骨節(jié)段性骨缺損模型,根據(jù)植入不同移植材料分為實驗組和對照組,實驗組于動物左側(cè)橈骨缺損區(qū)植入mscs復(fù)合sf表面修飾的ha培養(yǎng)制備的組織工程骨,對照組植入mscs復(fù)合ha培養(yǎng)制備的組織工程骨,觀察各組動物術(shù)后7、14d血液流變學(xué)和術(shù)后14d骨缺損修復(fù)區(qū)血流量的變化。實驗組與對照組比較,血液流變學(xué)指標和骨缺損修復(fù)區(qū)血流量差異顯著,實驗動物全身血液粘度降低,骨缺損修復(fù)區(qū)的局部血流量增加。sf表面修飾對以ha為支架材料組織工程骨的修復(fù)作用有明顯優(yōu)化作用。

由納米羥基磷灰石(ha)與絲素蛋白(sf)復(fù)合而成的新型生物復(fù)合材料,具有優(yōu)良的生物相容性,已被研究用作骨移植及填充材料,但其由絲素蛋白分子內(nèi)交聯(lián)導(dǎo)致的較差的力學(xué)性能,限制了該復(fù)合材料的應(yīng)用。本研究中,采用一種名為聚乙二醇二縮水甘油醚(pgde)的交聯(lián)劑對復(fù)合材料中的絲素蛋白進行改性。該改性的復(fù)合材料經(jīng)過一系列的檢測,結(jié)果顯示交聯(lián)劑pgde可以提高絲素蛋白的結(jié)晶性,復(fù)合材料ha/sf的抗壓強度提高了100%,且該交聯(lián)劑并沒有影響復(fù)合材料的生物相容性。

天然骨除了含有羥基磷灰石無機成分外,還有膠原、糖蛋白等少量的有機成分,這種混雜結(jié)構(gòu)使骨具有獨特性能。因此模擬天然骨的形成機制,采用仿生的方法制備羥基磷灰石/膠原類骨材料以再生骨的生物學(xué)和力學(xué)性能勢在必行。本文就制備羥基磷灰石/膠原類骨仿生復(fù)合材料的方法及體外模擬天然骨生物礦化和材料自組裝的形成機制進行了綜述。

隨著骨組織工程學(xué)研究的逐步深入,人工骨移植材料的研究得到全新的發(fā)展。骨組織工程應(yīng)用于骨缺損修復(fù)的價值己被人們接受,其中支架材料研究是骨組織工程的核心內(nèi)容和中心環(huán)節(jié)。羥基磷灰石(ha)是公認的性能良好的人工骨材料,大量的生物相容性實驗證明羥基磷灰石無毒、無刺激、不破壞生物組織,并能與骨形成牢固的化學(xué)結(jié)合具有很好的生物

羥基磷灰石(hap)作為一種新型非貴金屬型催化劑,具有強的吸附性和離子替換性,通過有機改性,金屬、金屬氧化物摻雜和負載其它復(fù)合催化劑,可以賦予其優(yōu)異的催化活性和吸附性能而用于降解有機污染物和有害氣體。本文綜述了近年來改性羥基磷灰石在催化領(lǐng)域的最新研究進展,重點闡述了通過金屬離子置換、hap包覆、hap負載其它催化劑、有機改性hap所構(gòu)建的復(fù)合催化劑的性能及其在有毒氣體清除和污染物凈化處理中的應(yīng)用,總結(jié)了研究中存在的問題和發(fā)展趨勢。

用氫氧化鈣與磷酸濕法合成羥基磷灰石,加入絲素蛋白以誘導(dǎo)羥基磷灰石晶體的定向生長,以仿生的方法得到復(fù)合顆粒。通過掃描電子顯微鏡(sem)、電子探針分析(eds)、x-射線衍射(xrd)、紅外吸收光譜(ft-ir)、粒徑分析儀等檢測手段,探討了制備工藝條件對羥基磷灰石絲素復(fù)合粉體制備的影響及其合成機理。結(jié)果表明,制備的復(fù)合顆粒為納米級粉體,長度在100～400nm,寬度在30～80nm之間。絲素蛋白可以誘導(dǎo)羥基磷灰石形成針狀晶體,晶體的長軸方向沿著c軸方向,這是因為絲素蛋白與羥基磷灰石之間的相互作用造成的。并且隨著絲素蛋白加入量的增加,長徑比增加,隨著溫度的增加,結(jié)晶度增加,其組成和結(jié)構(gòu)與人骨組織中納米微晶非常相似。由于羥基磷灰石絲素蛋白復(fù)合納米粒子與人骨中磷灰石微晶的相似性以及基體材料的可降解性,這些材料被賦予優(yōu)異的骨誘導(dǎo)性能和可降解性能,在骨修復(fù)或骨固定材料方面有著潛在的用途,可以為適合于臨床應(yīng)用的ha產(chǎn)品提供優(yōu)質(zhì)的粉體原料。

目的:初步評價牙體修復(fù)性納米羥基磷灰石復(fù)合材料的生物相容性,為其臨床應(yīng)用的安全性提供實驗室依據(jù)。方法:采用iso評價標準中的部分體內(nèi)試驗方法,通過不同途徑進行動物急性毒性實驗、熱原實驗、過敏實驗、口腔黏膜刺激實驗、皮膚刺激實驗,根據(jù)相關(guān)標準評價該材料的生物相容性。結(jié)果:該新型材料對生物機體無致熱性、無致敏性、無刺激性,無明顯急性毒性。結(jié)論:牙體修復(fù)性納米羥基磷灰石復(fù)合材料對機體組織無明顯毒害作用,具有良好的生物相容性。

采用化學(xué)沉淀法合成了絲膠蛋白(ss)/羥基磷灰石(hap)復(fù)合材料,并研究了礦化時間對復(fù)合材料的影響.x射線衍射(xrd)、傅里葉變換紅外光譜(ftir)、透射電鏡(tem/hrtem)和掃描電鏡(sem)表征結(jié)果表明:在較短的礦化時間內(nèi),合成的ss/hap為直徑約20nm的復(fù)合顆粒;隨著礦化時間的延長,這些復(fù)合顆粒能夠沿軸方向組裝并融合成類牙釉結(jié)構(gòu)的較大晶體.文章討論了其可能的組裝機制.

采用硝酸鈣-絲素蛋白溶液與磷酸鈉反應(yīng)仿生合成納米羥基磷灰石/絲素蛋白(n-ha/sf)復(fù)合材料,并以nahco3和nacl為致孔劑制備了多孔復(fù)合支架材料,采用tem、ir、sem和edx對其進行了表征。結(jié)果表明,復(fù)合材料中ha的粒徑在20~50nm之間,是一種co32-部分替代型弱結(jié)晶類骨針晶,在形貌和尺寸等方面類似于人體骨磷灰石晶體;ha和sf兩相間存在強烈的鍵合作用,復(fù)合支架材料呈高度多孔結(jié)構(gòu),孔壁上富含微孔,孔隙間貫通性高。edx分析結(jié)果表明,ha在有機基體中分布均勻,鈣磷元素比為1.66,當復(fù)合材料和致孔劑的比例為1∶0.5時,其抗壓強度可達20.23mpa。

通過靜電紡絲法制備出納米羥基磷灰石/絲素蛋白/聚己內(nèi)酯復(fù)合超細纖維,利用掃描電鏡、紅外光譜儀、x射線衍射儀對納米羥基磷灰石/絲素蛋白/聚己內(nèi)酯復(fù)合超細纖維形貌和結(jié)構(gòu)進行表征,并進行了拉伸測試。結(jié)果表明,隨著超細纖維中羥基磷灰石含量的增加,纖維的直徑逐漸降低,纖維中聚己內(nèi)酯的結(jié)晶逐漸變差。相比于絲素蛋白/聚己內(nèi)酯超細纖維,含有質(zhì)量比為30%羥基磷灰石的復(fù)合超細纖維仍具有較好的力學(xué)性能。體外小鼠成纖維細胞(l929)培養(yǎng)表明,納米羥基磷灰石/絲素蛋白/聚己內(nèi)酯復(fù)合超細纖維對細胞沒有毒性。

近年來,隨著組織工程的深入研究,骨組織工程受到學(xué)者越來越多的重視。目前,骨組織工程的研究重點集中在支架材料、種子細胞、骨構(gòu)建的相關(guān)生長因子等三個方面。納米羥基磷灰石(nanohydroxyaptite,nhap)屬于陶瓷類材料,有利于人體骨組織的修復(fù)、整合及改善植入組織的力學(xué)性能,因其優(yōu)良的生物性能而備受關(guān)注,nhap已作為骨