改性HAw仿生骨组织工程支架制备及应用基础研究
发布时间：2022-01-20 06:27
生物活性陶瓷因其具有良好的生物相容性和生物活性,被应用于骨组织工程的骨缺损填充、骨折修复、替换病变组织。羟基磷灰石晶须因与人体骨的无机成分相似,具有良好的骨传导性、生物相容性和断裂韧性,成为广泛应用的生物陶瓷材料。明胶作为人体骨骼主要结构蛋白的胶原高温作用后的产物,而二氧化硅是人体内主要的微量元素之一,也常常被用于人体骨缺损的修复。本文采用水热法成功制备了羟基磷灰石晶须材料,并采用正硅酸乙酯溶液通过St?ber法对制备的羟基磷灰石材料进行了改性,得到硅改性羟基磷灰石晶须材料。通过有机泡沫浸渍法和利用光固化成型原理制备了不同的多孔晶须支架,并利用XRD、FT-IR等表征手段对支架成分进行分析,通过扫描电镜观察微观形貌,并对支架的各种性能进行了研究。本论文具体研究内容如下:（1）成功制备了羟基磷灰石晶须及硅改性羟基磷灰石晶须。晶须分散性较好,长度不一,主要分布为60160um之间,长度最长可达到230um以上,长径比主要分布在14.6865.72之间;硅改性羟基磷灰石晶须表面附着二氧化硅的球形颗粒,直径达500nm600nm...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
骨组织工程原理示意图
第一章绪论91.4明胶简介明胶（gelatin）是一种不能溶于冷水却可以溶于热水的透明坚硬的非晶体物质，是人体骨骼主要结构蛋白的胶原高温作用后的产物，以天然聚合物的形式存在，其主要成分是多肽分子混合物的氨基酸，由多根肽链高度聚合形成[55]。明胶可在一定温度下水解，被蛋白酶利用，生物相容性、降解性能好，且降解速度可调，以适应不同的需求，降解产物可被人体完全吸收，不会产生炎症反应，同时能够促进细胞的生长繁殖和血小板的凝结。但是明胶在降解的过程中，速度过快，而且机械性能较低，很容易在机体内被蛋白酶分解，从而容易引起支架的崩解，在组织工程中发展应用受阻。因此采用交联剂对明胶强度进行改善或者明胶与其他材料复合制备复合支架，用于骨组织工程的骨缺损修复。图1.2明胶结构示意图Fig1.2Structuraldrawingofgelatin林海莉[56]等人对制备的明胶膜材料进行了戊二醛交联，发现交联后的明胶膜材料力学性能明显增强，且交联剂浓度大于4%时，材料的力学强度趋于稳定。赵峰[57]等人采用冷冻干燥方法制备了壳聚糖/明胶网络/羟基磷灰石复合材料支架，支架的孔洞结构和孔隙率可调，羟基磷灰石的加入不会破坏有机网络机构，有望用于骨组织工程骨缺损的修复。1.5硅源1.5.1人体中的硅硅元素是人体必不缺少的一种微量元素，对于骨组织的代谢异常重要。研究发现，人体对硅元素的摄入量过低，会对人体健康带来很大的伤害，严重的会引起人体骨和软骨生长异常。Carlisle[58]等人利用硅含量不同的饲料对雏鸡进行试验，首次发现了硅对于骨骼发育的重要性，在幼年啮齿类动物的实验中，发现新组织
昆明理工大学硕士学位论文20压力的强度极限，用于检测材料单位面积所能承受的最大压力。本实验使用上海横翼精密仪器有限公司生产的HY-203型号力学性能测试仪，根据国家标准GB/1041-92对制备的支架材料进行了抗压强度的测试，过程中，仪器下降速度为2mm/min。2.3.5孔隙率检测对于生物支架材料，孔隙率一直是其重要的指标。本实验采用阿基米德原理，根据国家标准（GB/1966-1966）,测定生物支架材料的孔隙率。具体操作如下：（1）将样品置于烘箱至完全干燥，称其干重MA；（2）将样品完整浸泡到无水乙醇溶液中，并置于真空环境中抽滤，直至样品表面无气泡冒出为止，继续在真空环境下放置4-6h后取出，拭除样品表面的无水乙醇，称量其湿重MB；（3）将样品植入到无水乙醇溶液中，称量得到样品的悬重MC。通过公式（2-2）计算，即可得到制备支架的孔隙率。=MBMAMBMC×100%（2-2）2.3.6压汞仪检测对于多孔支架材料来说，孔结构是其重要的参数之一，孔径尺寸尤为重要。孔径的分布和尺寸大小，影响着植入部分细胞的粘附与增值。压汞仪法是测量材料孔径分布常用的方法，测量孔径尺寸范围广，可测量几纳米到几百个微米。同时，多孔材料的孔隙率、比表面积等参数也可以通过压汞仪来检测。压汞法基本原理为：汞与一般固体接触不产生润湿，表面张力的存在影响了汞进入多孔材料的孔，因此，欲使汞进入孔需施加外部压力。所施加的外部压力（P）与汞进入的孔径尺寸（r）之间呈函数关系，可通过公式（2-3）计算支架材料的孔径参数，公式（2-3）如下所示=2γcosθ(2-3)图2.1压汞仪实验原理图Fig.2.1Experimentalprinciple
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物活性支架在骨组织工程中的应用及进展[J]. 冷一,李祖浩,任广凯,王中汉,高超华,史晨玉,刘贺,吴丹凯. 中国组织工程研究. 2019(06)
[2]原位组织工程技术在骨与软骨修复领域的应用进展[J]. 邢飞,李浪,刘明,段鑫,龙也,项舟. 中国修复重建外科杂志. 2018(10)
[3]同种异体骨移植修复骨缺损的应用进展[J]. 邓子文,黄东. 山东医药. 2017(32)
[4]三维打印羟基磷灰石晶须增强复合骨修复支架[J]. 辛晨,齐鑫,朱敏,赵世昌,朱钰方. 无机材料学报. 2017(08)
[5]羟基磷灰石晶须/聚左旋乳酸复合材料的制备及性能[J]. 付志强,肖欢欢,陈柯伶,陈光艳,谢克难. 化工新型材料. 2017(06)
[6]天然高分子衍生材料在骨组织修复领域的研究进展[J]. 冯星龙,王晓岚,张余,夏虹. 中国骨科临床与基础研究杂志. 2017(01)
[7]构建骨组织工程支架中应用的3D打印技术[J]. 于强,田京. 中国组织工程研究. 2015(30)
[8]骨组织工程中支架材料的研究进展[J]. 朱立家,杜大江. 医学临床研究. 2015 (05)
[9]基于光固化成形的快速熔模铸造组树方法[J]. 谈耀文,王永信. 热加工工艺. 2015(05)
[10]骨组织工程支架材料的研究现状与应用前景[J]. 马新芳,张静莹. 中国组织工程研究. 2014(30)
博士论文
[1]具备血小板复合细胞外基质的3D打印多孔钛支架及其仿生功能化[D]. 朱威.北京协和医学院 2016
硕士论文
[1]陶瓷骨支架微结构与性能的关联规律研究[D]. 李鹏健.中南大学 2014
[2]硅掺杂纳米羟基磷灰石复合支架的制备和生物学评价[D]. 裴梦婷.华中科技大学 2014
[3]羟基磷灰石/明胶复合材料的制备及其性能研究[D]. 刘文斌.西南交通大学 2005
本文编号：3598335
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
骨组织工程原理示意图
第一章绪论91.4明胶简介明胶（gelatin）是一种不能溶于冷水却可以溶于热水的透明坚硬的非晶体物质，是人体骨骼主要结构蛋白的胶原高温作用后的产物，以天然聚合物的形式存在，其主要成分是多肽分子混合物的氨基酸，由多根肽链高度聚合形成[55]。明胶可在一定温度下水解，被蛋白酶利用，生物相容性、降解性能好，且降解速度可调，以适应不同的需求，降解产物可被人体完全吸收，不会产生炎症反应，同时能够促进细胞的生长繁殖和血小板的凝结。但是明胶在降解的过程中，速度过快，而且机械性能较低，很容易在机体内被蛋白酶分解，从而容易引起支架的崩解，在组织工程中发展应用受阻。因此采用交联剂对明胶强度进行改善或者明胶与其他材料复合制备复合支架，用于骨组织工程的骨缺损修复。图1.2明胶结构示意图Fig1.2Structuraldrawingofgelatin林海莉[56]等人对制备的明胶膜材料进行了戊二醛交联，发现交联后的明胶膜材料力学性能明显增强，且交联剂浓度大于4%时，材料的力学强度趋于稳定。赵峰[57]等人采用冷冻干燥方法制备了壳聚糖/明胶网络/羟基磷灰石复合材料支架，支架的孔洞结构和孔隙率可调，羟基磷灰石的加入不会破坏有机网络机构，有望用于骨组织工程骨缺损的修复。1.5硅源1.5.1人体中的硅硅元素是人体必不缺少的一种微量元素，对于骨组织的代谢异常重要。研究发现，人体对硅元素的摄入量过低，会对人体健康带来很大的伤害，严重的会引起人体骨和软骨生长异常。Carlisle[58]等人利用硅含量不同的饲料对雏鸡进行试验，首次发现了硅对于骨骼发育的重要性，在幼年啮齿类动物的实验中，发现新组织
昆明理工大学硕士学位论文20压力的强度极限，用于检测材料单位面积所能承受的最大压力。本实验使用上海横翼精密仪器有限公司生产的HY-203型号力学性能测试仪，根据国家标准GB/1041-92对制备的支架材料进行了抗压强度的测试，过程中，仪器下降速度为2mm/min。2.3.5孔隙率检测对于生物支架材料，孔隙率一直是其重要的指标。本实验采用阿基米德原理，根据国家标准（GB/1966-1966）,测定生物支架材料的孔隙率。具体操作如下：（1）将样品置于烘箱至完全干燥，称其干重MA；（2）将样品完整浸泡到无水乙醇溶液中，并置于真空环境中抽滤，直至样品表面无气泡冒出为止，继续在真空环境下放置4-6h后取出，拭除样品表面的无水乙醇，称量其湿重MB；（3）将样品植入到无水乙醇溶液中，称量得到样品的悬重MC。通过公式（2-2）计算，即可得到制备支架的孔隙率。=MBMAMBMC×100%（2-2）2.3.6压汞仪检测对于多孔支架材料来说，孔结构是其重要的参数之一，孔径尺寸尤为重要。孔径的分布和尺寸大小，影响着植入部分细胞的粘附与增值。压汞仪法是测量材料孔径分布常用的方法，测量孔径尺寸范围广，可测量几纳米到几百个微米。同时，多孔材料的孔隙率、比表面积等参数也可以通过压汞仪来检测。压汞法基本原理为：汞与一般固体接触不产生润湿，表面张力的存在影响了汞进入多孔材料的孔，因此，欲使汞进入孔需施加外部压力。所施加的外部压力（P）与汞进入的孔径尺寸（r）之间呈函数关系，可通过公式（2-3）计算支架材料的孔径参数，公式（2-3）如下所示=2γcosθ(2-3)图2.1压汞仪实验原理图Fig.2.1Experimentalprinciple
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物活性支架在骨组织工程中的应用及进展[J]. 冷一,李祖浩,任广凯,王中汉,高超华,史晨玉,刘贺,吴丹凯. 中国组织工程研究. 2019(06)
[2]原位组织工程技术在骨与软骨修复领域的应用进展[J]. 邢飞,李浪,刘明,段鑫,龙也,项舟. 中国修复重建外科杂志. 2018(10)
[3]同种异体骨移植修复骨缺损的应用进展[J]. 邓子文,黄东. 山东医药. 2017(32)
[4]三维打印羟基磷灰石晶须增强复合骨修复支架[J]. 辛晨,齐鑫,朱敏,赵世昌,朱钰方. 无机材料学报. 2017(08)
[5]羟基磷灰石晶须/聚左旋乳酸复合材料的制备及性能[J]. 付志强,肖欢欢,陈柯伶,陈光艳,谢克难. 化工新型材料. 2017(06)
[6]天然高分子衍生材料在骨组织修复领域的研究进展[J]. 冯星龙,王晓岚,张余,夏虹. 中国骨科临床与基础研究杂志. 2017(01)
[7]构建骨组织工程支架中应用的3D打印技术[J]. 于强,田京. 中国组织工程研究. 2015(30)
[8]骨组织工程中支架材料的研究进展[J]. 朱立家,杜大江. 医学临床研究. 2015 (05)
[9]基于光固化成形的快速熔模铸造组树方法[J]. 谈耀文,王永信. 热加工工艺. 2015(05)
[10]骨组织工程支架材料的研究现状与应用前景[J]. 马新芳,张静莹. 中国组织工程研究. 2014(30)
博士论文
[1]具备血小板复合细胞外基质的3D打印多孔钛支架及其仿生功能化[D]. 朱威.北京协和医学院 2016
硕士论文
[1]陶瓷骨支架微结构与性能的关联规律研究[D]. 李鹏健.中南大学 2014
[2]硅掺杂纳米羟基磷灰石复合支架的制备和生物学评价[D]. 裴梦婷.华中科技大学 2014
[3]羟基磷灰石/明胶复合材料的制备及其性能研究[D]. 刘文斌.西南交通大学 2005
本文编号：3598335
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