絲膠蛋白/羥基磷灰石復(fù)合支架材料的制備及性能

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(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成進(jìn)行了分析,在模擬體液中檢驗(yàn)了復(fù)合材料的生物活性,并對(duì)其抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明:hap與sf在納米尺度進(jìn)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(dòng),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(qiáng)度可達(dá)63mpa,可望成為理想的骨組織替換和工程支架材料。

以飽和ca(oh)2上清液、磷酸和膠原蛋白為原料,在36～39℃、ph=8～9條件下,用共滴定法制備納米羥基磷灰石/膠原蛋白復(fù)合支架材料。用xrd、sem、tem、ir對(duì)材料的晶相結(jié)構(gòu)、結(jié)晶程度、化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)、微觀形貌、晶粒大小進(jìn)行分析。結(jié)果表明:復(fù)合材料由低結(jié)晶度的納米羥基磷灰石(5nm×60nm～20nm×100nm)和膠原蛋白纖維組成,二者之間形成了緊密鍵合。

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(duì)復(fù)合粉末進(jìn)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?jǐn)?shù))。復(fù)合粉末經(jīng)等靜壓成型后能夠制得彎曲和壓縮強(qiáng)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(shí)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。

以含ca2+和po34-的溶液為無機(jī)相,殼聚糖(chitosan,cs)溶液為高分子相,采用原位水化法制備羥基磷灰石(hydroxyapatite,hap)/cs復(fù)合多孔支架材料。xrd和ir的表征和分析表明水化24h后,復(fù)合支架中的鈣磷鹽從磷酸氫鈣(dicalciumphosphatedehydrate,dcpd)轉(zhuǎn)化為hap。sem和eds顯示15μm左右的棒狀hap顆粒均勻地分散在多孔支架的孔壁上,壓縮強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果表明這種結(jié)構(gòu)顯著提高復(fù)合支架的力學(xué)性能。

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(duì)其進(jìn)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(qiáng)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(jī)基體中分布均勻,鈣磷元素比為1.66,當(dāng)復(fù)合材料和致孔劑的比例為1∶0.5時(shí),其抗壓強(qiáng)度可達(dá)20.23mpa。

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(diǎn)集中在支架材料、種子細(xì)胞、骨構(gòu)建的相關(guān)生長因子等三個(gè)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

本文以氫氧化鈣懸浮液和磷酸為主要實(shí)驗(yàn)原料,在室溫25℃,ph值為11的條件下,用共滴定的方法合成羥基磷灰石。把羥基磷灰石粉與一定量的膠原蛋白溶液混合,經(jīng)過物理發(fā)泡、冷凍、微波干燥的過程,得到羥基磷灰石/膠原蛋白多孔支架材料。運(yùn)用xrd、sem分析儀器和阿基米德原理及杠桿原理,對(duì)樣品進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果表明用物理發(fā)泡法制得的多孔支架材料的總氣孔率為79%～89%,抗壓強(qiáng)度為0.3～1.1mpa。

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(cè)手段,探討了制備工藝條件對(duì)羥基磷灰石絲素復(fù)合粉體制備的影響及其合成機(jī)理。結(jié)果表明,制備的復(fù)合顆粒為納米級(jí)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?yàn)榻z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。

研究利用造孔劑法制備高度貫通的多孔羥基磷灰石(ha)支架,孔隙率約為78%,并利用聚己內(nèi)酯(pcl)分別復(fù)合納米ha(nha)或微納米生物玻璃(nbg)粉末對(duì)其進(jìn)行涂覆改性,粉末的添加量均為10%~40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。4種類型支架分別記為ha、pcl/ha、nha-pcl/ha和nbg-pcl/ha。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),nha-pcl/ha和nbg-pcl/ha復(fù)合支架最大抗壓強(qiáng)度分別為1.41~1.98mpa和1.35~1.78mpa。4類支架礦化實(shí)驗(yàn)顯示,浸泡21d后nbg-pcl/ha表面促進(jìn)生成較多的磷灰石礦化物;細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示細(xì)胞在4類支架上均生長良好,說明支架具有良好的生物相容性。支架在實(shí)驗(yàn)犬背部肌肉組織內(nèi)植入2個(gè)月的組織學(xué)檢測(cè)顯示,4種支架內(nèi)均有新骨形成,尤其是nha-pcl/ha和nbg-pcl/ha孔內(nèi)有更多的新生骨組織,說明這兩種支架表面復(fù)合涂層中的生物活性納米顆粒對(duì)誘導(dǎo)新骨生成具有積極的促進(jìn)作用。

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(shí)驗(yàn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組,實(shí)驗(yàn)組于動(dòng)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(duì)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(dòng)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(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組比較,血液流變學(xué)指標(biāo)和骨缺損修復(fù)區(qū)血流量差異顯著,實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(duì)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。

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(qiáng)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(duì)其孔隙率及抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)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(qiáng)度可達(dá)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(duì)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)。

應(yīng)用共混法制備了納米羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合支架材料,通過體外降解和細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究了復(fù)合支架材料的降解特性和生物相容性.體外降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,復(fù)合支架材料具有穩(wěn)定的降解能力;在降解過程中,羥基磷灰石由于與降解液發(fā)生鈣、磷等離子的交換,使其結(jié)晶得到了進(jìn)一步生長和完善.利用細(xì)胞計(jì)數(shù)法、四甲基偶氮唑鹽(mtt)比色法和堿性磷酸酶(alp)活性測(cè)定等分析了復(fù)合支架材料的生物相容性,結(jié)果表明,mg63細(xì)胞在復(fù)合支架材料上具有良好的粘附、增殖能力,并可引起早期的骨分化.因此,納米羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合支架作為骨組織工程的支架材料具有良好的應(yīng)用前景。

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(duì)復(fù)合材料中的絲素蛋白進(jìn)行改性。該改性的復(fù)合材料經(jīng)過一系列的檢測(cè),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(qiáng)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。

以共沉淀法制備了羥基磷灰石/絲蛋白(ha/sf)復(fù)合骨修復(fù)材料,并對(duì)材料進(jìn)行了xrd、tem、sem、孔徑分布和孔隙率等相關(guān)的測(cè)試和表征。結(jié)果表明:該復(fù)合材料的無機(jī)組分為20~30nm長、5nm寬的棒狀羥基磷灰石(ha)結(jié)晶,這些晶粒沿c軸自組裝團(tuán)聚成簇分散在絲蛋白基質(zhì)中形成三維多孔結(jié)構(gòu),其孔徑分布在0.3~115μm之間,開口孔隙率達(dá)66%。該材料植入動(dòng)物體內(nèi),未出現(xiàn)明顯的排異反應(yīng),在植入部位有連續(xù)的骨性連接和新生骨形成,說明ha/sf復(fù)合材料具有良好的生物相容性和骨誘導(dǎo)活性。

納米羥基磷灰石復(fù)合材料是一種新型骨組織替代或修復(fù)材料。介紹了羥基磷灰石的特性、合成方法，總結(jié)了改性研究及應(yīng)用，闡述了納米羥基磷灰石復(fù)合材料生物相容性。

納米羥基磷灰石（nhap）是一種性能優(yōu)良的骨修復(fù)材料,但由于其脆性大、強(qiáng)度低而限制了它在承力部位的應(yīng)用。nhap與其他材料復(fù)合可以提高材料生物相容性和力學(xué)性能,具有更大的臨床應(yīng)用前景?，F(xiàn)就各種nhap復(fù)合支架的種類,以及nhap復(fù)合材料與骨形態(tài)發(fā)生蛋白、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合來構(gòu)建組織工程化骨的研究現(xiàn)狀進(jìn)行簡要綜述。

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(cè)試等方法對(duì)兩種復(fù)合材料的特性進(jìn)行了表征。通過對(duì)兩種方法制備的復(fù)合材料的特性進(jìn)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。

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(xì)纖維,利用掃描電鏡、紅外光譜儀、x射線衍射儀對(duì)納米羥基磷灰石/絲素蛋白/聚己內(nèi)酯復(fù)合超細(xì)纖維形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,并進(jìn)行了拉伸測(cè)試。結(jié)果表明,隨著超細(xì)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(xì)纖維,含有質(zhì)量比為30%羥基磷灰石的復(fù)合超細(xì)纖維仍具有較好的力學(xué)性能。體外小鼠成纖維細(xì)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(xì)纖維對(duì)細(xì)胞沒有毒性。

天然骨除了含有羥基磷灰石無機(jī)成分外,還有膠原、糖蛋白等少量的有機(jī)成分,這種混雜結(jié)構(gòu)使骨具有獨(dú)特性能。因此模擬天然骨的形成機(jī)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(shì)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(jī)制進(jìn)行了綜述。

目的:初步評(píng)價(jià)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(shí)驗(yàn)室依據(jù)。方法:采用iso評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的部分體內(nèi)試驗(yàn)方法,通過不同途徑進(jìn)行動(dòng)物急性毒性實(shí)驗(yàn)、熱原實(shí)驗(yàn)、過敏實(shí)驗(yàn)、口腔黏膜刺激實(shí)驗(yàn)、皮膚刺激實(shí)驗(yàn),根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)該材料的生物相容性。結(jié)果:該新型材料對(duì)生物機(jī)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(duì)機(jī)體組織無明顯毒害作用,具有良好的生物相容性。

目的探討致孔劑nacl粒徑和比例、變性劑和聚乙烯醇(pva)等因素對(duì)基因重組蛛絲蛋白-pva復(fù)合支架材料形態(tài)及性能的影響.方法基因重組蛛絲蛋白溶解于98%甲酸,采用冷凍干燥粒子濾瀝法制備重組蛛絲蛋白-pva復(fù)合多孔支架;采用掃描電子顯微鏡觀察支架的形態(tài);采用單纖維強(qiáng)力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試支架機(jī)械性能.結(jié)果乙醇作變性劑制得的多孔支架力學(xué)性能較好,支架的斷裂應(yīng)力、斷裂比強(qiáng)度均提高5倍以上,斷裂伸長率可達(dá)12.21%.以粒徑<500μm的nacl為致孔劑制得的多孔支架力學(xué)性能較好.高分子材料pva能明顯改善重組蛛絲蛋白多孔支架的件能.結(jié)論重組蛛絲蛋白-pva復(fù)合支架材料有望在組織工程領(lǐng)域得以應(yīng)用.