戊二醛對羥基磷灰石/膠原復(fù)合材料性能影響

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。

目的:本文研制熱觸發(fā)自組裝型羥基磷灰石(hydroxyapatite,ha)/膠原復(fù)合材料并測定了其理化特性。方法:采用相交融合法(interdigitation-fusion,if)制備載ca2+或pi脂質(zhì)體,考察其包封率及相變溫度。提取i型鼠尾膠原,與脂質(zhì)體混合成前驅(qū)液,觀察前驅(qū)液37℃時(shí)的顯微結(jié)構(gòu)及礦物質(zhì)形成情況。結(jié)果:發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體平均包封率為68%,前驅(qū)液34～35℃時(shí)開始形成ha/膠原復(fù)合體。因此提示前驅(qū)液在體溫下可形成ha/膠原復(fù)合凝膠,可為新的根尖屏障材料提供方向。

目的比較復(fù)合不同劑量血管內(nèi)皮生長因子(vegf)的納米羥基磷灰石/膠原蛋白復(fù)合骨(nhac)修復(fù)骨缺損的效果。方法將納米羥基磷灰石粉末和膠原蛋白粉末按8∶2的比例混合制備nhac人工骨,再將混合粉末與含10ng、100ng、300ngvegf的蒸餾水按1∶1.8的質(zhì)量比調(diào)和制備nhac/vegf人工骨。建立大鼠雙側(cè)橈骨0.5cm缺損動物模型30只,按隨機(jī)原則分為5組。以nhac/10ngvegf、nhac/100ngvegf、nhac/300ngvegf人工骨植入骨缺損處進(jìn)行修復(fù)作為實(shí)驗(yàn)組,以nhac人工骨植入組及空白組作為對照組。術(shù)后2、4、8周各組行組織學(xué)及免疫組織化學(xué)檢查,觀察材料早期血管化及成骨情況。結(jié)果各時(shí)間點(diǎn)組織學(xué)評分以及血管計(jì)數(shù)均為nhac/300ngvegf人工骨組最高,于其他各組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。各實(shí)驗(yàn)組血管數(shù)量在4周時(shí)達(dá)到高峰,而nhac組血管數(shù)量在8周時(shí)最多。結(jié)論血管內(nèi)皮生長因子能明顯促進(jìn)nhac早期血管化及新骨形成,比單純應(yīng)用nhac能更好的修復(fù)骨缺損,并且隨著vegf劑量的增加,新生血管數(shù)量和新骨形成量均相應(yīng)增加。

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。

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,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.

采用凝膠澆注成型工藝制備了納米碳管/羥基磷灰石復(fù)合材料坯體。研究了ph值、分散劑、固相含量(納米碳管和羥基磷灰石在料漿中的質(zhì)量分?jǐn)?shù))、分散工藝等因素對料漿和復(fù)合材料坯體性能的影響,對坯體的力學(xué)性能進(jìn)行了測試,借助掃描電鏡分析了坯體的微觀組織。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),料漿的ph值應(yīng)控制在10~12的范圍內(nèi);聚甲基丙烯酸銨的濃度為0.6%時(shí),羥基磷灰石懸浮體流動性最好;十二烷基磺酸鈉的濃度在sds/cnts=1%~2%時(shí),納米碳管/羥基磷灰石復(fù)相料漿的粘度最低;采用球磨法制備的復(fù)相料漿固相含量達(dá)到55%,復(fù)合材料坯體的抗彎強(qiáng)度達(dá)到57.403mpa。

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(shí)出現(xiàn)了ca2p2o7和ca3(po4)2相.1050℃熱壓的ha/25%ti(體積分?jǐn)?shù))復(fù)合材料的斷裂韌性為2.4mpa.m-1/2,抗彎強(qiáng)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(jī)制阻止ha基體中的裂紋的擴(kuò)展.

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(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ha和vectraa950的界面進(jìn)行改性以提高其結(jié)合性能。

中國組織工程研究第20卷第16期2016–04–15出版 chinesejournaloftissueengineeringresearchapril15,2016vol.20,no.16 p.o.box10002,shenyang110180www.crter.org2412 ·研究原著· www.crter.org 莊穎，男，1979年生， 貴州省凱里人，侗族， 2011年解放軍第三軍醫(yī) 大學(xué)畢業(yè)，博士，主治醫(yī) 師，主要從事脊柱相關(guān)疾 病的基礎(chǔ)及臨床研究。 通訊作者：徐永清，教授， 博士生導(dǎo)師，解放軍成都 軍區(qū)昆明總醫(yī)院全軍骨 科中心/干細(xì)胞與組織器 官工程研究中心，云南省 昆明市650032 中圖分類號:r318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:a 文章編號:2095-4344 (2016)16-02412-06 稿件接受

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(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,并對其抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了測定。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,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。

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。

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。對其孔隙率及抗壓強(qiáng)度進(jìn)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(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:初步評價(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)評價(jià)該材料的生物相容性。結(jié)果:該新型材料對生物機(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)合材料對機(jī)體組織無明顯毒害作用,具有良好的生物相容性。

羥基磷灰石(ha)是骨組織中無機(jī)物的主要成分。利用絲膠蛋白(ss)良好的生物相容性、生物降解性、細(xì)胞相容性,以及含有的羧基和羥基能與ca2+緊密結(jié)合的特點(diǎn),將氫氧化鈣和磷酸以濕法合成的羥基磷灰石按一定的比例加入到濃縮后的絲膠蛋白溶液中,經(jīng)冷凍干燥制備成絲膠蛋白/羥基磷灰石復(fù)合支架材料,期望用于骨替代和骨缺損修復(fù)。對絲膠蛋白/羥基磷灰石復(fù)合支架材料進(jìn)行掃描電鏡(sem)、x射線衍射(xrd)、紅外吸收光譜(ftir)、熱力學(xué)性能以及力學(xué)性能等檢測,并探討不同原料配比對材料結(jié)構(gòu)與性能的影響。結(jié)果表明,絲膠蛋白/羥基磷灰石復(fù)合支架材料的孔隙分散均勻,孔隙率33.0%～62.5%;支架材料中的ha呈弱結(jié)晶態(tài),與人體骨組織中ha的晶體態(tài)相似,絲膠蛋白分子呈β折疊結(jié)構(gòu);隨著復(fù)合支架材料中ha的比例不斷增加,材料的熱分解溫度提高,熱學(xué)性能改善,當(dāng)ha的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí),彈性模量增大到15.64mpa,呈現(xiàn)較好的結(jié)構(gòu)性能。

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。

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,對樣品進(jìn)行了檢測。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。

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)組和對照組,實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)組與對照組比較,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(jìn)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(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。

采用共滴定法制備了羥基磷灰石/膠原復(fù)合粉體,通過凝膠-冷凍干燥法制備了羥基磷灰石/膠原-魔芋葡甘聚糖多孔支架.分析了堿加入量對支架顯氣孔率、孔徑及強(qiáng)度的影響.xrd與tem結(jié)果顯示復(fù)合粉體中無機(jī)相為納米羥基磷灰石.所制備的支架顯氣孔率在80%以上,抗壓強(qiáng)度在0.45~1.31mpa,sem結(jié)果顯示孔徑分布在100~300μm.細(xì)胞相容性實(shí)驗(yàn)證明表明細(xì)胞在支架上生長良好.

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

分別用自燃燒法添加生物玻璃和不加生物玻璃合成的ha原料粉末制備試樣,燒結(jié)后通過試樣收縮率計(jì)算和微觀結(jié)構(gòu)觀察,研究了多孔ha材料的燒結(jié)特性。結(jié)果表明,含磷酸鹽生物玻璃添加劑的試樣燒結(jié)溫度降低了200℃,在1050℃即可燒結(jié),獲得仿骨結(jié)構(gòu)的多孔ha生物材料

在制備羥基磷灰石(ha)陶瓷的初期引入少量licl,其乙酸浸蝕失重實(shí)驗(yàn)表明,摻雜后ha陶瓷的耐酸蝕能力增強(qiáng),ha顆粒仍然能保持較強(qiáng)的連接,摻雜后ha陶瓷的顯微硬度穩(wěn)定并有所提高,x射線衍射分析說明引入少量licl沒有導(dǎo)致ha的分解。