層狀結(jié)構(gòu)磷酸鈣骨水泥組織工程支架材料的制備與表征

磷酸鈣骨水泥是一種新型骨移植替代材料。本文從磷酸鈣骨水泥的生物特性、組織工程骨的應(yīng)用、細胞相容性和生物安全性等方面進行系統(tǒng)的綜述,并指出了磷酸鈣骨水泥材料研究所面臨的問題以及未來的研究方向。

采用粒子溶出造孔法,用棒狀谷氨酸鈉晶體作為造孔粒子,制備磷酸鈣骨水泥多孔支架,研究了造孔粒子含量和多孔支架孔隙率之間的關(guān)系,并加入甲殼素纖維來改善支架材料的力學(xué)性能.結(jié)果表明,支架材料的孔隙率可達(79.8±2.3)%,孔隙直徑100～600μm;復(fù)合纖維后支架的強度提高了3～4倍,斷裂應(yīng)變顯著提高,可作為非承重部位骨缺損修復(fù)的骨組織工程支架材料.

，高長有，封麟先，沈家驄 （浙江大學(xué)高分子系，杭州!"##$%） 摘要：綜述了生物活性因子固定化的聚乳酸&聚氨基酸衍生物共聚物和通過親&疏水性設(shè)計的眾多聚 乳酸&聚氧化乙烯（’()&’*+）共聚物的研究進展。展現(xiàn)了其在組織工程材料，藥物控釋體系和其他生物醫(yī) 用材料中的廣泛應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：聚乳酸及其共聚物；生物相容性；組織工程；藥物控制釋放 中圖分類號：+,!文獻標識碼：)文章編號："##-&.!/%（$##"）#0&#0--&#/ 由于在修復(fù)，重組和再造動物組織上的巨大應(yīng)用前景，組織工程的研究已成為現(xiàn)代生物醫(yī)用工程技 術(shù)中最為活躍的研究之一。分子生物學(xué)、細胞生物學(xué)、材料科學(xué)，特別是高分子科學(xué)的發(fā)展，為采用聚合 物骨架材料和細胞雜化系統(tǒng)在體外或體內(nèi)誘導(dǎo)活細胞的生長分化，構(gòu)建動物組織提供了十分有效的途 徑

vol133no110 #70# 化工新型材料 newchemicalmaterials 第33卷第10期 2005年10月 基金項目:河南省科技攻關(guān)項目(0424270068) 作者簡介:李文斌(1981-),男,碩士研究生,主要從事高分子生物材料研究。 聚乳酸類組織工程支架材料的設(shè)計 李文斌婁帥劉曉霞張普玉 (河南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,開封475001) 摘要聚乳酸無毒、易加工、可生物降解、生物相容性好,是目前醫(yī)學(xué)界作為組織工程支架最有 開發(fā)和應(yīng)用潛力一類材料。從材料的制備、支架的加工、生物學(xué)評價三方面出發(fā),結(jié)合本課題組的研 究,論述了聚乳酸類支架的設(shè)計,并對今后的研究做了進一步展望。 關(guān)鍵詞聚乳酸,可控降解,生物相容性,支架材料 designofpoly(lacti

目的:制備α-磷酸三鈣/聚磷酸鈣纖維復(fù)合材料,探討聚磷酸鈣纖維增強磷酸鈣骨水泥的可行性。方法:首先利用沉淀法合成出α-磷酸三鈣粉末,然后將其與不同質(zhì)量比、不同長度聚磷酸鈣纖維混合,最后用固化液調(diào)和制得骨水泥。對樣品進行凝固時間、力學(xué)性能測試,利用掃描電鏡觀察固化體微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果:當聚磷酸鈣纖維的含量為10%、長度為2mm時,復(fù)合材料抗壓強度達到62.5mpa,抗折強度達到12.4mpa。掃描電鏡顯示適量的聚磷酸鈣纖維在骨水泥基體中分布均勻,與基體結(jié)合性好。在ringer溶液中浸泡2個月后,纖維未發(fā)生明顯的降解作用,仍具有一定的增強增韌效果。結(jié)論:聚磷酸鈣纖維在一定程度上可對骨水泥起到增強作用。α-磷酸三鈣/聚磷酸鈣纖維復(fù)合材料具有良好的力學(xué)特性。

以碳纖維(cf)作為增強材料,將cf有序排列于聚乳酸羥基乙酸(plga)多孔結(jié)構(gòu)中,制備性能優(yōu)良的cf/plga復(fù)合支架,并對其力學(xué)性能及細胞生物學(xué)性能進行表征。對增強體cf進行有序排列以提高支架的力學(xué)性能,掃描電子顯微鏡(sem)觀察cf/plga復(fù)合支架的微觀形貌,可以看出cf在聚合物基體內(nèi)部是呈有序結(jié)構(gòu)并且二者結(jié)合情況良好。為了提高cf的生物相容性,利用對氨基苯甲酸對cf進行表面修飾,細胞生長在支架上的sem照片反映了成纖維細胞對plga及cf/plga復(fù)合支架的黏附性能良好;通過細胞毒性測試,發(fā)現(xiàn)表面修飾的cf對細胞的生長沒有負面作用,且在一定程度上促進了細胞的生長。研究結(jié)果表明,制備的cf/plga支架具有良好的力學(xué)性能和生物相容性,在骨組織工程支架的應(yīng)用中具有一定的潛力。

磷酸鈣骨水泥(calciumphosphatecement,cpc)是一種常用的骨修復(fù)材料,并已應(yīng)用于臨床。但是,由于cpc自身的脆性較大和抗壓強度不足,一般只能用于非負重區(qū)骨的修復(fù)。本文采用噴霧干燥法制備的生物可降解性聚乳酸納米纖維來增強cpc,并對增強后的cpc的結(jié)構(gòu)和性能進行了表征。結(jié)果表明,加入聚乳酸納米纖維后,cpc的初凝時間縮短;固化后cpc的主晶相為羥基磷灰石;隨著聚乳酸納米纖維質(zhì)量分數(shù)從0%增加到15%,cpc的平均濕態(tài)抗壓強度從4.13±0.05mpa增加到8.71±0.10mpa,濕態(tài)斷裂韌性提高了約70%;當聚乳酸納米纖維質(zhì)量分數(shù)達20%時,抗壓強度和斷裂韌性都隨之降低。斷口分析和裂紋擴展實驗結(jié)果表明,沿纖維能量耗散過程和纖維的橋聯(lián)作用可能是性能增強的主要原因。

磷酸鈣骨水泥(calciumphosphatecement,cpc)作為骨修復(fù)材料已廣泛用于臨床,而硅元素作為生物活性離子,有良好的成骨活性和改善骨水泥理化性能的潛力,因此近年來通過各種方式將硅元素引入磷酸鈣類骨水泥的研究逐漸成為熱點。本文就含硅磷酸鈣類骨水泥的研究進展作一綜述。

磷酸鎂骨水泥論文：可注射鎂基磷酸鈣水泥的研究 【中文摘要】不規(guī)則的骨損傷、不穩(wěn)定骨折、因骨質(zhì)疏松而引發(fā) 的骨折修復(fù)與重建一直都是現(xiàn)代骨科學(xué)領(lǐng)域的難題。本論文針對目前 鈣磷類無機骨水泥在體內(nèi)抗?jié)⑸⑿圆?、不具備粘結(jié)性能等關(guān)鍵科學(xué)問 題,以微創(chuàng)或無創(chuàng)體內(nèi)固定不規(guī)則的骨損傷、促進新骨再生為切入點, 設(shè)計并制備了一種適于硬組織粘結(jié)修復(fù),可降解、可注射,抗?jié)⑸ⅰ⒄?結(jié)性好的鎂基鈣磷生物水泥,并探討了其膠凝性、可注射性、粘結(jié)性、 抗?jié)⑸⑿?、體外降解性等性能。在本實驗研究中,首先根據(jù)前期研究 確定了可注射鎂基磷酸鈣水泥(injectablemagnesium-calcium phosphatecements,impc)的主要成分為磷酸鉀鹽、氧化鎂及磷酸鈣 膠凝材料,緩凝劑為分子量小、易溶于水、緩凝效果好的單糖——葡 萄糖。通過探討鎂基磷酸鈣水泥中的鈣鎂比、緩凝劑摻量及液固

學(xué)號：21126032 多孔聚乳酸作為組織工程支架材料的研究與進展 浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程系 結(jié)課論文 姓名：萬軍 2013年4月4日 多孔聚乳酸作為組織工程支架材料的研究與進展 1.引言 單個的乳酸分子中有一個羥基（-oh）和一個羧基（-cooh），當多個乳酸 分子在一起時，一個乳酸分子的-oh與另一個乳酸分子的-cooh脫水縮合，其 -cooh再與別的分子的-oh脫水縮合，就這樣形成了聚合物，稱為聚乳酸（pla）， 也稱為聚丙交酯。聚乳酸是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，原料來源充分 而且可以再生。聚乳酸的生產(chǎn)過程無污染，而且產(chǎn)品可以生物降解，實現(xiàn)在自然 界中的循環(huán)，因此是理想的綠色高分子材料。 聚乳酸具有優(yōu)異的生物相容性和生物可降解性，以及良好的抗拉強度及延展 度。聚乳酸薄膜具有良好的透氣性、透氧性及透二氧化碳性，它也具有隔離氣味 的特

目的進行β-磷酸三鈣/聚乳酸疊層復(fù)合支架的應(yīng)用評價.方法在體外37℃生理鹽水中降解過程中,觀察該材料的重量、力學(xué)強度、聚乳酸分子量、材料周圍環(huán)境的ph值、ca2+濃度等參數(shù)隨時間的變化情況,以及將該支架材料和骨髓基質(zhì)細胞復(fù)合后,植入中國青山羊脛骨段缺損處進行修復(fù)實驗.結(jié)果對修復(fù)效果進行了觀察,發(fā)現(xiàn)其成骨能力較強.結(jié)論此種材料在骨組織工程領(lǐng)域有一定應(yīng)用前景.

選用α-磷酸三鈣(tricalciumphosphate,tcp)系磷酸鈣骨水泥(calciumphosphatebasedcements,cpc)和明膠微球(gelatinmicrospheres,gms)復(fù)合體系,制備了仿生cpc/gms多孔支架。比較了戊二醛交聯(lián)對gms溶脹度的影響,并考察了支架在模擬體液中降解引起的抗壓強度變化。用掃描電鏡、x射線衍射分析了支架不同降解時期的表面形貌和晶相組成。結(jié)果表明:gms降解后可獲得水化產(chǎn)物羥基磷灰石,具有貫通性通孔,孔徑范圍在100～500μm之間的多孔骨水泥支架;明膠的加入對骨水泥水化過程有促進作用;隨gms加入量的增加,支架的孔隙率從37%增大到84%,其相應(yīng)抗壓強度由28.7mpa逐漸降到2.5mpa。

采用在磷酸鈣骨水泥(cpc)中摻入絲素纖維(sff)來強化cpc。用x射線衍射(xrd)、紅外光譜(ft-ir)研究材料的結(jié)構(gòu),用iso水泥標準維卡儀測定cpc的凝固時間,用掃描電鏡(sem)觀察材料的表面形態(tài),在instron上測定樣品的力學(xué)性能。結(jié)果表明,cpc中的磷酸三鈣和磷酸氫鈣在固化過程中基本上轉(zhuǎn)化為羥基磷灰石,sff的加入加快了磷酸氫鈣的轉(zhuǎn)化。cpc的凝固時間隨著摻入sff含量的增加而縮短;彎曲強度和彎曲斷裂功均隨著sff含量的增加而增加,尤其彎曲斷裂功增加顯著,但當sff含量大于1.5%,兩者均隨著sff含量的增加而所下降,但均比純cpc的高;在cpc中加入1.5%的sff,壓縮強度和壓縮斷裂功均明顯比純cpc的高。

在磷酸鈣骨水泥(cpc)中加入不同性狀絲素蛋白可改善其力學(xué)性能,為此,用x射線衍射、紅外光譜研究材料的結(jié)構(gòu),用掃描電子顯微鏡觀察材料的表面形態(tài),用排液法測定材料的孔隙率,用通用力學(xué)試驗機測定樣品的力學(xué)性能。結(jié)果表明:在cpc中加入不同性狀絲素蛋白的固化反應(yīng)產(chǎn)物與純cpc相似,均出現(xiàn)了羥基磷灰石(ha);不同性狀絲素蛋白均能明顯提高cpc的彎曲強度;絲素蛋白性狀對cpc的彎曲斷裂功影響明顯;含有絲素纖維的彎曲斷裂功增加明顯,是純cpc的7～21.8倍;加入絲素蛋白對材料的結(jié)構(gòu)無明顯影響,但材料的孔隙率有所下降。

為深入研究磷酸鈣骨水泥(cpc)/聚乳酸-聚羥基乙酸(plga)生物復(fù)合材料的制備工藝及性能,也為臨床應(yīng)用提供理論依據(jù),實驗制備了cpc-plga生物復(fù)合材料;并通過測定該材料在模擬體液中浸泡后引起的浸泡液ph值的變化,以及采用jsm5600lv型掃描電鏡觀察該材料在體外降解后的微觀形貌,間接評估了該材料引起體液ph值的變化以及該材料降解性能對人體細胞和骨組織可能存在的影響。結(jié)果表明,所制備的cpcplga復(fù)合材料沒有引起浸泡液ph值的較大波動,該值始終處于人體安全范圍之內(nèi),對人體細胞的刺激影響將會較小;由于該材料復(fù)合了高分子聚合物plga,使其具有良好的降解性,可為骨組織細胞、血管等的粘附和生成創(chuàng)造良好的條件。

支架的研究一直是骨組織工程研究的主要問題之一。到目前為止已經(jīng)開發(fā)出了不少比較成熟的支架制作技術(shù)。但是這些技術(shù)都還存在一定的缺陷?？焖俪尚渭夹g(shù)由于具有快速性和高度柔性的突出優(yōu)點,因而在支架制造方面具有廣泛的應(yīng)用前景。清華大學(xué)已經(jīng)在這個方面進行了大量的基礎(chǔ)性研究。

選擇α-磷酸三鈣(α-tcp)為基本原料,添加羥基磷灰石(hap)、磷酸氫鈣(dcpd)、碳酸鈣(caco3)、氧化鈣(cao)等其它輔料,添加不同量的超細無定形硅酸鈣(casio3),研究超細無定形casio3的加入量對磷酸鈣骨水泥性能的影響。對其基本性能進行了研究,并對固化骨水泥樣品進行了ringer’s模擬液浸泡實驗,對浸泡液ph值、樣品抗壓強度隨浸泡時間變化進行了研究。實驗結(jié)果表明:在磷酸鈣骨水泥中添加超細無定形casio3,可以促進骨水泥的固化,提高其硬化物的抗壓強度。當在所設(shè)計的骨水泥配方中添加5%的超細無定形casio3時,骨水泥的性能達到最佳。其對應(yīng)的初凝時間、終凝時間分別只有5.5min和16.5min,當骨水泥在ringer’s溶液中浸泡兩周后,抗壓強度可達50.44mpa,同時浸泡液的ph值變化幅度小,和起始ph值(ph=7.40)接近。

通過模擬自然肝臟的內(nèi)部微結(jié)構(gòu),對肝組織工程支架進行仿生設(shè)計,構(gòu)建了有利于人工肝向自然肝轉(zhuǎn)化的肝支架孔洞與管道系統(tǒng).結(jié)合光固化和微壓印工藝制造了肝支架的硅橡膠模具,通過微復(fù)型工藝成型出生物可降解的殼聚糖/明膠復(fù)合肝支架.實驗表明,普通光固化和掩膜光固化工藝可以實現(xiàn)最小尺度為200μm的微結(jié)構(gòu)制造,精密光固化工藝不僅可以在同一模具上制造出具有良好復(fù)型精度和邊緣特征的肝細胞孔洞(200~300μm)和血管管道(100~200μm),而且還可以制造出具有半通透功能的微管道(13.1~30μm).因此,提出的微制造方法能成型出復(fù)雜的肝組織工程支架系統(tǒng),可保證多種肝臟細胞的有序分布,并且為組織工程肝臟支架材料微觀結(jié)構(gòu)的模擬提供了參考.

目的對鎖定鋼板內(nèi)固定聯(lián)合磷酸鈣骨水泥（cpc）治療老年性股骨轉(zhuǎn)子間不穩(wěn)定性骨折進行基礎(chǔ)力學(xué)研究。方法證實無病理缺陷、骨折、畸形或腫瘤的18具新鮮股骨標本，分為兩組：實驗組（右側(cè)股骨）與對照組（左側(cè)股骨），依據(jù)evans分型中的ⅲa型股骨轉(zhuǎn)子間骨折造模，每組各18根股骨，實驗組采取股骨近端鎖定鋼板（lpfp）固定聯(lián)合cpc固定，對照組采用單純tjpfp固定。將股骨標本固定在特殊的夾具內(nèi)進行力學(xué)對比測試。結(jié)果兩者載荷-應(yīng)變在600kg-m·s^-2條件下，實驗組（98±3．6）με、對照組（127±4．4）斗8；3000kg·m·s^-2條件下，實驗組（278±23）斗8、對照組（457±45）με。載荷．位移500kg·m·s^-2條件下，實驗組（0．16±0．02）mm、對照組（0．23±0．04）mm；4000kg·m·s^-2條件下，實驗組（2．79±0．59）mm、對照組（5．05±0．68）mm。扭矩一扭轉(zhuǎn)變形0．1（°／em）條件下，實驗組（0．14±0．01）kg·m^2·s^-2、對照組（0．23-t-o．04）kg·m^2。·s～；0．8（°／em）條件下，實驗組（3．14±0．17）kg·m·s^2、對照組（2．57±0．08）kg·m^2·s^-2（p〈0．05）。結(jié)論治療不穩(wěn)定性轉(zhuǎn)子間骨折鎖定鋼板內(nèi)固定聯(lián)合磷酸鈣骨水泥在抗壓、抗扭轉(zhuǎn)方面明顯優(yōu)于單純鎖定鋼板內(nèi)固定。其立體固定，整體穩(wěn)定性高。

目的采用回顧性分析方法,對注射式β-磷酸三鈣骨水泥作為植骨材料在脛骨平臺骨折中的臨床療效進行評估。方法對23例脛骨平臺骨折復(fù)位后骨缺損區(qū)采用可注射式磷酸鈣骨水泥進行填充。結(jié)果全部病例平均隨訪15.4個月,均獲得骨性愈合,無骨不連和感染情況發(fā)生,內(nèi)固定無松動及脫落現(xiàn)象。注射式β-磷酸三鈣骨水泥術(shù)后10～12周開始出現(xiàn)吸收,20～24周大部分吸收,28～32周基本全部吸收。術(shù)后6個月和1年膝關(guān)節(jié)功能良好。結(jié)論注射式β-磷酸三鈣骨水泥具有安全、方便、副作用小、填充效果確實等優(yōu)點。固化后具有較強的支撐作用,可提高患者膝關(guān)節(jié)早期功能鍛煉的安全性,促進了骨折的愈合過程,是治療和填充脛骨骨折骨缺損區(qū)的較佳方法之一。

　研究了β-磷酸三鈣/聚乳酸(plla)疊層復(fù)合支架在體外37℃生理鹽水中降解過程,結(jié)果表明復(fù)合材料的孔徑為100～400μm、孔率在60%～70%以上;復(fù)合材料的降解環(huán)境酸度維持在近中性,而純聚乳酸為30左右;復(fù)合材料失重百分率介于純聚乳酸和β-磷酸三鈣之間,在16周內(nèi)達20%;隨降解時間延長,復(fù)合材料力學(xué)強度下降、聚乳酸相對分子質(zhì)量減小;降解過程中ca2+濃度在12周達最大,為0002mol/l.證實該材料理化特性適合于骨組織工程支架材料的要求.

研究了β-磷酸三鈣/聚乳酸(plla)疊層復(fù)合支架在體外37℃生理鹽水中降解過程,結(jié)果表明復(fù)合材料的孔徑為100～400μm、孔率在60%～70%以上;復(fù)合材料的降解環(huán)境酸度維持在近中性,而純聚乳酸為3.0左右;復(fù)合材料失重百分率介于純聚乳酸和β-磷酸三鈣之間,在16周內(nèi)達20%;隨降解時間延長,復(fù)合材料力學(xué)強度下降、聚乳酸相對分子質(zhì)量減小;降解過程中ca2+濃度在12周達最大,為0.002mol/l.證實該材料理化特性適合于骨組織工程支架材料的要求.