雙連續(xù)微乳模板合成羥基磷灰石仿生物骨材料

通過體外模擬天然骨生物礦化和材料自組裝的形成機(jī)制,研究制備了類骨羥基磷灰石/膠原仿生復(fù)合材料并對(duì)材料進(jìn)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(duì)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(dāng)ha與vectraa950的質(zhì)量比小于10∶100時(shí),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(qiáng)度達(dá)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(dāng)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(duì)ha和vectraa950的界面進(jìn)行改性以提高其結(jié)合性能。

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(zhǎng)、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。

用naoh和生物活性玻璃依次對(duì)空心玻璃微球進(jìn)行預(yù)處理。將處理過的空心玻璃微球浸泡在1.5sbf溶液中,仿生沉積得到羥基磷灰石涂層。利用x射線衍射儀、掃描電鏡以及熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)空心玻璃微球和涂層進(jìn)行表征。結(jié)果表明,浸泡15天后在空心玻璃微球表面形成一層均勻致密的羥基磷灰石涂層,隨時(shí)間延長(zhǎng)涂層厚度增加。

探討n-ha/ldi-g/nvcm復(fù)合體的制備方法以及其物理特性。對(duì)載有0%、1%、2%、5%和10%nvcm的復(fù)合體材料分別測(cè)定其抗壓強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)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(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度會(huì)有所不同。nvcm的載入不影響n-ha/ldi-g的固化,不會(huì)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(huì)對(duì)復(fù)合體的抗壓強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度造成影響,而超過一定范圍后,則會(huì)降低其抗壓強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度。

目的評(píng)價(jià)絲素蛋白-羥基磷灰石類骨質(zhì)復(fù)合生物材料的生物相容性。方法體外研究將成骨樣細(xì)胞株mg-63細(xì)胞與不同材料進(jìn)行復(fù)合培養(yǎng),利用倒置顯微鏡、四甲基偶氮唑鹽比色(mtt)法進(jìn)行生物相容性評(píng)價(jià);體內(nèi)研究將不同材料植入新西蘭大白兔股骨髓腔,分別在4周、8周取出標(biāo)本,he、新三色染色后觀察新骨生成情況。結(jié)果在體外、體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中絲素蛋白-羥基磷灰石類骨質(zhì)復(fù)合生物材料組均顯示出良好的生物相容性。結(jié)論絲素蛋白-羥基磷灰石復(fù)合生物材料具有良好的生物相容性,為新型骨替代材料的制備及應(yīng)用提供新的思路。

羥基磷灰石(hap)作為一種新型非貴金屬型催化劑,具有強(qiáng)的吸附性和離子替換性,通過有機(jī)改性,金屬、金屬氧化物摻雜和負(fù)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(jī)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(jìn)展,重點(diǎn)闡述了通過金屬離子置換、hap包覆、hap負(fù)載其它催化劑、有機(jī)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(shì)。

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。

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(zhǎng)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

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(shí)間對(duì)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(shí)間內(nèi),合成的ss/hap為直徑約20nm的復(fù)合顆粒;隨著礦化時(shí)間的延長(zhǎng),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(jī)制.

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)。

目的探討一種新型的代骨材料--羥基磷灰石涂層的鈦合金材料的生物相容性。方法制備羥基磷灰石涂層鈦合金材料浸提液后,采用細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)以觀察實(shí)驗(yàn)樣品浸提液對(duì)l929小鼠成纖維細(xì)胞的毒性反應(yīng);通過對(duì)小鼠尾靜脈及腹腔注射試驗(yàn)樣品浸提液后,觀察其對(duì)小鼠的急性全身毒性反應(yīng);ames實(shí)驗(yàn)及遲發(fā)型超敏反應(yīng)實(shí)驗(yàn)對(duì)其遺傳毒性及致敏性進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)。結(jié)果羥基磷灰石涂層鈦合金材料浸提液對(duì)l929小鼠成纖維細(xì)胞的相對(duì)增殖率(rgr)為96.9%,細(xì)胞毒性反應(yīng)為1級(jí),無細(xì)胞毒性反應(yīng);對(duì)小鼠亦無明顯的急性全身毒性作用,實(shí)驗(yàn)樣品組與陰性對(duì)照組動(dòng)物體質(zhì)量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p>0.05);遺傳毒性ames實(shí)驗(yàn)表明,在活化與非活化條件下,該材料浸提液對(duì)鼠傷寒沙門氏菌株的回變菌落數(shù)與對(duì)照組比均未增加2倍,對(duì)該菌株無誘變性;遲發(fā)型超敏反應(yīng)實(shí)驗(yàn)顯示,該材料浸提液無潛在的皮膚接觸致敏性。結(jié)論羥基磷灰石涂層的鈦合金材料具有良好的生物相容性。

尋找理想的骨修復(fù)材料一直是骨科材料領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。自然骨是由納米羥基磷灰石和膠原構(gòu)成的納米復(fù)合材料。源于仿天然硬組織構(gòu)想的納米磷灰石-有機(jī)高分子復(fù)合材料是把高韌性的高分子基質(zhì)與高剛性的納米無機(jī)磷灰石晶體巧妙結(jié)合,使其最大程度地實(shí)現(xiàn)兩種成分的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和協(xié)同優(yōu)化,賦予仿生納米復(fù)合材料高強(qiáng)韌的力學(xué)性能。與組成同樣重要的是結(jié)構(gòu)因素,這種材料包括不同尺寸的架構(gòu)組織和可控取向。納米羥基磷灰石/高分子復(fù)合材料已成為骨組織修復(fù)材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向。本文綜述了近些年用于人體骨組織修復(fù)材料的納米羥基磷灰石/天然(或非天然)高分子材料的制備技術(shù)、性能等方面研究進(jìn)展及現(xiàn)狀,并對(duì)其發(fā)展提出了展望。

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(zhǎng)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。

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(jī)械混合法制備了304l不銹鋼包覆ha粉體；用熱壓技術(shù)制備了純ha陶瓷材料及ha／304l不銹鋼復(fù)合材料．1050℃熱壓燒結(jié)后的ha／25vol．％304l復(fù)合材料的斷裂韌性為2．92mpa·m1/2,優(yōu)于純ha材料(斷裂韌性為0．98mpa·m1/2)．顯微組織的觀察表明,304l不銹鋼在材料中呈網(wǎng)狀分布．網(wǎng)狀分布的金屬相能夠通過橋接機(jī)制對(duì)ha基體中的裂紋擴(kuò)展起到很好的阻礙作用．

根據(jù)天然骨的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制備了羥基磷灰石仿骨材料,研究了材料的微觀結(jié)構(gòu)及性能隨燒結(jié)條件的變化。結(jié)果表明:材料具有類似天然骨的梯度結(jié)構(gòu);燒結(jié)溫度和時(shí)間影響了材料的孔隙率及晶粒度等性能,使材料強(qiáng)度發(fā)生變化

通過仿骨材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),采用羥基磷灰石粉末為原料,添加一定量的生物玻璃粘結(jié)劑和檸檬酸造孔劑,模壓成型,1050℃燒結(jié),獲得了羥基磷灰石仿骨材料。微觀形貌觀察表明:材料外層較致密,含有微孔;內(nèi)層多孔疏松,含有少量微孔和大量孔徑為300μm～500μm的球形氣孔,孔隙間相互貫通。材料的孔隙大小和分布呈梯度變化,與天然骨的結(jié)構(gòu)基本一致

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。

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。

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。

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。

目的探討用溶膠-凝膠法制備出的納米含氟羥基磷灰石(nfha)材料用于純鈦表面涂覆的理論依據(jù)。方法本實(shí)驗(yàn)于2010年1-5月在中南大學(xué)粉末冶金研究院完成。采用溶膠-凝膠法制備nfha和羥基磷灰石(ha)材料,通過x線衍射(xrd)、透射電鏡(tem)表征其物相組成及顆粒大小,掃描電鏡(sem)觀察涂層在純鈦表面形貌。結(jié)果xrd檢測(cè)結(jié)果顯示,運(yùn)用溶膠-凝膠法可制備出nfha材料,氟離子進(jìn)入ha晶體中,以nfha固溶體形式存在。tem顯示,nfha晶體呈短棒狀,粒徑大部分在100nm以下,符合納米級(jí)別。sem顯示,熱處理后的nfha涂層,為多孔形貌,相互形成穿通結(jié)構(gòu),顆粒均勻分布,無明顯裂紋。結(jié)論(1)采用溶膠-凝膠法可制備出nfha涂層材料;(2)nfha較ha在鈦基表面涂層可形成更佳的孔隙結(jié)構(gòu)。