多孔角蛋白复合骨支架材料的制备与性能研究

发布时间：2017-10-26 17:17

  本文关键词：多孔角蛋白复合骨支架材料的制备与性能研究

  更多相关文章： 角蛋白 人发晶须 六钛酸钾 羟基磷灰石 多孔支架 复合骨材料 生物相容性

【摘要】：人发纤维含有大量角蛋白,角蛋白具有良好的生物相容性、可降解性和低免疫性,可用于制备多种组织工程材料。具有一定硬度和孔隙度的骨修复支架材料是骨组织创伤修复的重要媒介。但纯角蛋白再生材料脆性大,不符合人工骨材的基本力学性能需求。本文将具有不同微米尺度的增强体与角蛋白溶液相复合,尝试制备具有高孔隙率和较好力学性能的多孔角蛋白复合支架,对开发新型角蛋白基复合人工骨修复材料作出有益探索。本文采用还原法提取角蛋白,并对其分子量和提取率进行了测试。实验结果表明,该方法能够获得较为完整的角蛋白大分子,且提取率可达66.34%。根据人发纤维的多级原纤结构,可将其逐步分离成微小的“纤维”,最终得到长度在20μm—40μm之间,直径为05μm-2μm的巨原纤晶须。该人发晶须保留了人发纤维的聚集态结构和角蛋白大分子的完整结构,具有良好了力学性能和各向异性结构特征,将其作为增强体与角蛋白溶液混合制成角蛋白含量更高的人发晶须/角蛋白复合支架。本文还选用与人发晶须尺寸相似的六钛酸钾和具有良好生物相容性的羟基磷灰石作为增强体,通过冷冻干燥技术制备出六钛酸钾/角蛋白复合支架和羟基磷灰石/角蛋白层状多孔复合支架。为了进一步提高羟基磷灰石/角蛋白层状多孔复合支架的力学性能,将其浸泡在PBS溶液中进行增强处理,经过二次冻干得到羟基磷灰石/角蛋白增强多孔复合支架。对上述三种复合支架的截面形貌、孔隙率、力学性能、红外光谱和X射线衍射进行分析研究,发现复合支架的孔隙率随着角蛋白溶液浓度的增大而减小。与纯角蛋白支架相比,三种复合支架都体现了更优的力学性能,其中羟基磷灰石/角蛋白增强多孔复合支架的力学性能最优,压缩强度最大为757KPa,基本满足松质骨压缩强度最低为0.8MPa的要求。FTIR分析结果表明,经PBS溶液增强处理后的羟基磷灰石/角蛋白增强多孔复合支架中,P043-的特征峰越来越明显,这说明支架在浸泡过程中不断的从PBS溶液中吸收并沉积更多的磷酸根离子,从而促进了磷酸盐的生长。最后,通过吸水性、溶胀性、降解性和细胞培养对羟基磷灰石/角蛋白增强多孔复合支架的生物学性能进行研究。实验结果表明,羟基磷灰石/角蛋白增强多孔复合支架具有良好的亲水性能,最大溶胀率仅为32%,在胰蛋白酶溶液中7天后的降解率为31.4%。将3T3细胞种植在复合支架进行体外培养,结果表明该支架具有良好的生物相容性。综上所述,本文通过向角蛋白溶液中加入不同种类的增强体,可以制备出性质不同的角蛋白复合支架。通过改变溶液浓度和增强体含量可实现对复合支架的微观结构、孔隙率和力学性能的调控,从而达到骨组织孔隙率70%以上,压缩强度0.8Mpa的最低要求。
【关键词】：角蛋白 人发晶须 六钛酸钾 羟基磷灰石 多孔支架 复合骨材料 生物相容性
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08;TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 引言10-18
• 1.1 人发纤维及其角蛋白结构10-12
• 1.1.1 人发纤维的结构10-11
• 1.1.2 角蛋白的结构11-12
• 1.2 角蛋白的提取及其再生材料的研究现状12-15
• 1.2.1 角蛋白的提取12-13
• 1.2.2 角蛋白的纤维化13
• 1.2.3 角蛋白成膜13-14
• 1.2.4 角蛋白作为骨组织修复材料的研究14-15
• 1.3 增强体的性质15-17
• 1.3.1 巨原纤15
• 1.3.2 六钛酸钾15-16
• 1.3.3 羟基磷灰石16-17
• 1.4 本课题的研究意义及内容17-18
• 1.4.1 本课题的研究意义17
• 1.4.2 本课题的研究内容17-18
• 第二章 人发角蛋白溶液与增强体的制备及表征18-36
• 2.1 实验材料和仪器18-19
• 2.1.1 实验材料18
• 2.1.2 实验仪器18-19
• 2.2 角蛋白溶液的制备及表征19-23
• 2.2.1 角蛋白的提取原理19-20
• 2.2.2 角蛋白溶液的制备20-21
• 2.2.3 角蛋白溶液的表征21-23
• 2.3 六钛酸钾晶须的预处理23-24
• 2.3.1 偶联剂处理的原理23
• 2.3.2 六钛酸钾晶须的处理过程23-24
• 2.4 人发晶须的制备及参数优化24-35
• 2.4.1 人发晶须的制备原理25-26
• 2.4.2 鳞片层去除的参数优化26-32
• 2.4.3 人发晶须的制备32-35
• 2.5 小结35-36
• 第三章 角蛋白复合支架的制备与性能研究36-62
• 3.1 实验原料和仪器36-37
• 3.1.1 实验原料36
• 3.1.2 实验仪器36-37
• 3.2 测试及表征方法37-39
• 3.2.1 截面形貌表征37
• 3.2.2 孔隙率的测试37
• 3.2.3 力学性能的测试37-38
• 3.2.4 傅里叶红外光谱38
• 3.2.5 X射线衍射光谱38-39
• 3.3 六钛酸钾/角蛋白复合支架的制备及表征39-45
• 3.3.1 六钛酸钾/角蛋白复合支架的制备39
• 3.3.2 六钛酸钾/角蛋白复合支架的表征39-45
• 3.4 人发晶须/角蛋白复合支架的制备与表征45-50
• 3.4.1 人发晶须/角蛋白复合支架的制备45-46
• 3.4.2 人发晶须/角蛋白复合支架的表征46-50
• 3.5 羟基磷灰石/角蛋白复合支架的制备与表征50-60
• 3.5.1 羟基磷灰石/角蛋白复合支架的制备50-51
• 3.5.2 羟基磷灰石/角蛋白复合支架的表征51-60
• 3.6 小结60-62
• 第四章 羟基磷灰石/角蛋白增强多孔复合支架生物学性能62-70
• 4.1 材料与设备62-63
• 4.1.1 实验材料62
• 4.1.2 实验仪器62-63
• 4.2 实验方法63-65
• 4.2.1 羟基磷灰石/角蛋白增强多孔复合支架的吸水性和溶胀性63
• 4.2.2 羟基磷灰石/角蛋白增强多孔复合支架的降解性63-64
• 4.2.3 羟基磷灰石/角蛋白增强多孔复合支架的细胞培养64-65
• 4.3 实验结果与讨论65-69
• 4.3.1 羟基磷灰石/角蛋白增强多孔复合支架的吸水性和溶胀性65-67
• 4.3.2 羟基磷灰石/角蛋白增强多孔复合支架的降解性67
• 4.3.3 羟基磷灰石/角蛋白增强多孔复合支架的细胞培养67-69
• 4.4 小结69-70
• 第五章 结论与展望70-72
• 5.1 结论70-71
• 5.2 展望71-72
• 参考文献72-76
• xO究成果及发表论文76-78
• 致谢78

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