个体化定制眼眶整复用掺镁生物活性多孔支架材料的制备及性能研究

发布时间：2018-04-05 17:22

本文选题：镁　切入点：稀掺杂　出处：《浙江大学》2017年博士论文

【摘要】：第一部分眼眶整复用掺镁生物活性陶瓷材料的制备及性能研究目的眶内植入材料的选择和使用是影响眼眶整复效果的关键因素之一。理想的眶内植入材料需具备可靠的力学强度、良好的生物相容性和生物活性,以及与缺损部位新骨生成相匹配的降解速率。本研究拟制备一种用于眼眶整复的掺镁生物活性陶瓷材料,并对其理化性质进行表征和优化。方法以化学共沉淀法及高温无压烧结法制备掺镁生物活性陶瓷。采用物相分析及元素分析明确材料组分,扫描电镜观察材料表面及断面微结构,万能测试机检测分析抗压强度、弹性模量、抗弯强度、杨氏模量和断裂韧性等力学性质,体外降解实验明确材料降解特性,模拟体液浸泡实验明确体外生物活性。并通过系统研究掺镁比例及烧结策略对材料理化性质的影响规律,优化掺镁生物活性陶瓷材料的制备参数。结果本研究采用化学共沉淀及无压烧结法成功制备了掺镁生物活性陶瓷,并通过系统研究掺镁比例和烧结条件对材料理化性能的影响规律,获得了该材料制备的最优条件。稀掺杂镁可影响硅酸钙陶瓷的烧结特性,在显著增加力学强度的同时保持材料良好体外活性,且可通过掺镁量对材料降解速率进行调节。结论本研究成功制备了一种掺镁生物活性陶瓷材料。该材料具有可靠的力学性质,降解速率可控,且具有良好的体外活性,可作为眼眶整复植入体的候选材料。第二部分个体化定制眼眶整复用掺镁生物活性多孔材料的制备及性能研究目的我们以化学共沉淀及无压烧结法成功制备了掺镁生物活性陶瓷材料,并通过优化制备条件,使其成为眼眶整复的理想候选材料之一。本研究拟以掺镁生物活性陶瓷为建造原料,应用三维打印技术制备可基于个体化需求定制的生物活性多孔材料,并明确该技术方案的可行性。方法采用化学共沉淀法合成掺镁生物陶瓷粉体,球磨后以聚乙烯醇为粘结剂混合成"墨水材料",采用自动注浆成型式三维打印设备制备生物陶瓷多孔支架。通过对打印参数的调控研究三维打印技术构建掺镁生物套餐多孔支架的可行性,系统研究了打印参数、孔(?)尺度、掺镁比例及烧结制度对多孔支架微结构及力学性质的影响规律,为个体化定制掺镁生物陶瓷多孔支架优化制备条件和参数。结果采用自动注浆成型式三维打印设备可成功构建生物陶瓷多孔支架,且通过对打印参数的调整可对支架进行孔(?)尺度和孔隙率的调节。在保持理想孔(?)尺度和较高孔隙率的前提下,镁稀掺杂能显著提高支架力学强度,抗压强度可达120MPa以上,远高于以同样方式制备的镁黄长石、白硅钙石支架的力学强度。此外,烧结温度和烧结制度通过影响生物活性陶瓷中晶粒生长方式对支架力学强度产生影响。结论采用自动注浆成型式三维打印技术可成功构建基于个体化定制的掺镁生物活性陶瓷的多孔支架,并能通过调节打印参数对支架宏观孔(?)尺度、孔隙率及微观结构进行调控。本研究中构建的掺镁生物活性陶瓷多孔支架具有优越的力学性能,且能满足基于个体的定制需求,为眼眶整复材料提供了新的材料和构建方式。第三部分个体化定制眼眶整复用掺镁生物活性多孔支架的体外生物学性能研究目的对三维打印掺镁生物活性多孔支架的进行体外生物学性能研究,系统评价生物相容性和诱导骨髓间充质干细胞成骨分化能力,为进一步体内实验研究和临床引用奠定实验基础。方法以磷酸三钙(TCP)支架为对照组,分别在对照组和实验组硅|(?)石(CSi)、掺镁硅(?)石(CSi-Mg10)支架上培养小鼠骨髓间充质干细胞(mBMSCs)。PrestoBlue试剂盒检测细胞在支架上的粘附及增殖,共聚焦荧光显微镜及扫描电镜表征支架表面细胞形态,qPCR检测细胞成骨相关基因表达,定量分析矿化行为。系统评价三种支架对细胞的生物学效应。结果三种支架均能支持mBMSCs的粘附和增殖,具有良好的体外生物相容性。在相同培养条件下,三种支架上细胞数量为C3iCSi-Mg10TCP。CS和CSi和Mg10支架上的mBMSCs伪足较多,增殖状态良好。此外,三种支架均具有在体外促进mBMSCs成骨分化和矿化的能力,其中促成骨分化能力CSiCSi-Mg10TCP;促进矿化能力CSi和CSi-Mg10支架均大于TCP支架,CSi-Mg10支架初始矿化速度较慢,后与CSi支架接近。结论本研究证实自动注浆成型式三维打印技术制备的掺镁生物陶瓷多孔支架具有良好的体外生物相容性和促成骨活性。本研究的结果为三维打印多孔生物陶瓷支架应用于眼眶整复进入体内研究及临床应用提供了理论依据,奠定了实验基础。
[Abstract]:A magnesium - doped bioactive ceramic material was prepared by chemical co - precipitation and non - pressure sintering . The bone marrow mesenchymal stem cells ( mscs ) were cultured on the scaffold of CSi - Mg10TCP . The results of this study showed that the three kinds of scaffolds could support the adhesion and proliferation of mscs . The results showed that the three scaffolds had good biocompatibility and bone activity in vitro . The results of this study showed that the three - dimensional printing porous bioceramic scaffold was applied to the study of bone differentiation and mineralization in vivo . The results of this study provided theoretical basis for the application of three - dimensional printing porous bioceramic scaffold in vivo and in vivo .

【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R318.08

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