温敏型骨水泥凝胶材料的制备及性能研究

发布时间：2017-10-19 17:40

  本文关键词：温敏型骨水泥凝胶材料的制备及性能研究

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【摘要】：目前临床上因股骨头坏死而需要髋关节置换手术的病人越来越多,并随着我国快速进入老龄化社会,手术的需求量将继续大幅增加。临床上目前治疗该类疾病主要采用骨水泥型髋关节置换术和非骨水泥型髋关节置换术。骨水泥型髋关节置换术能及时固定假体,使病人能尽快恢复走路,但手术过程中因加压灌注方式向骨髓腔中灌注骨水泥,引起严重的骨水泥综合征问题,严重威胁病人的生命安全。除此之外,骨水泥合成过程会放出大量的热量,导致局部温度过高,造成细胞、组织损伤。同时骨水泥植入后因骨-骨水泥-假体之间无法形成生物学连接,无法达到生物固定的目的,最终会导致假体松动,进而造成术后翻修问题。这些问题限制了骨水泥的临床应用,也是亟需解决的临床问题。非骨水泥型髋关节置换术目前在临床上应用的比例大幅增长,对骨水泥综合征具有一定程度的缓解,但在术后早期仍存在较严重的翻修问题。如果能够有效缓解或解决临床上髋关节置换术中存在的问题,必将会缓解病人的痛苦,减轻病人的负担,这不仅具有深渊的学术意义,更具有重大的临床价值。本课题针对临床人工髋关节置换术中存在的问题,拟开发出一种凝胶材料,代替骨水泥应用于髋关节置换手术中。该材料具有体内短时凝固特性,手术中无加压过程,可避免骨水泥综合征;同时,该材料具有骨组织工程功能,能诱导骨细胞长入材料使得其表层与骨骼形成骨骼/材料的过渡层,实现生物学固定,提高一次手术的中远期治疗效果,减少或消除髋关节翻修问题。本课题首先采用仿生法将羟基磷灰石沉积到丝素蛋白上制备出类天然骨中胶原/羟基磷灰石结构的丝素/羟基磷灰石(SF/HAP),作为诱骨生长活性成分。然后选择壳聚糖(CS)和甘油磷酸钠(GP)为温敏性凝胶的体系,通过添加聚乙烯醇(PVA),以及京尼平交联来提高凝胶材料的力学性能,向该体系中引入丝素/羟基磷灰石(SF/HAP)来提高凝胶的骨相容性,诱导骨细胞长入,制备出一种温敏性诱骨生长的凝胶材料,对该凝胶材料的结构和性能进行了初步评价。论文通过FIRT、XRD和SEM测定SF/HAP的结构;采用FIRT、SEM、浸泡液体法和流变学方法等研究分析了材料的内部结构,物理性能,流变性能和力学性能;采用模拟人工体液的方法研究凝胶材料的体外降解性能;采用MTT法和SEM法研究了材料的细胞相容性;采用溶血试验,动态凝血试验和血小板粘附测试了材料的血液相容性。FIRT、XRD和SEM表明HAP沉积到SF上,并且SF/HAP为类似天然骨中的结构;利用凝胶时间作为筛选标准筛选出了四组较优的凝胶材料,发现随着温度的升高凝胶时间大幅降低。FIRT和SEM确定SF/HAP已引入凝胶材料,并且材料表面较光滑,内部有较多的孔,孔径为50-200μl。材料的孔隙率为25%左右,材料的含水量在85%左右,并具有较好溶胀率。流变学性能表明凝胶内部网络结构的存在,材料的抗扭曲性能极佳。体外降解实验结果表明材料四周降解率为50%左右;随着降解时间延长,材料表面逐渐瓦解,内部孔变多,孔径变大。细胞实验结果表明凝胶材料对小鼠L929细胞和人成骨细胞(H0-F)无细胞毒性,并且材料能支持HO-F细胞在其表面粘附、生长。材料的溶血率和血小板粘附率均符合国家标准,并具有优良的抗凝血性能,这表明材料具有良好的血液相容性。研究表明,该材料能够较快速的凝固,力学性能较好,能支持人成骨细胞的粘附生长,是一种有望应用于髋关节置换手术中的凝胶骨水泥材料。
【关键词】：髋关节置换术 骨水泥 骨水泥综合征 温敏性凝胶 人成骨细胞
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08;R687
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 英文缩略表11-12
• 1 绪论12-22
• 引言12-13
• 1.1 髋关节置换研究现状13-15
• 1.2 羟基磷灰石诱骨生长的研究现状15-17
• 1.3 温敏性凝胶材料的研究现状17-18
• 1.4 聚乙烯醇和京尼平在凝胶材料中应用的研究现状18-19
• 1.5 本课题的研究意义、内容、创新点及技术路线19-22
• 1.5.1 本课题的研究意义19
• 1.5.2 本课题的研究内容19-20
• 1.5.3 本课题的创新点20-21
• 1.5.4 本课题的技术路线21-22
• 2 温敏性骨水泥凝胶材料的制备及表征22-40
• 引言22
• 2.1 实验部分22-25
• 2.1.1 丝胶（SS）及丝素（SF）粉末的制备22-23
• 2.1.2 丝素/羟基磷灰石（SF/HAP）粉末的制备23-24
• 2.1.3 温敏型凝胶复合材料的制备24-25
• 2.2 材料表征25-27
• 2.2.1 材料与设备25
• 2.2.2 丝素/羟基磷灰石（SF/HAP）表征方法25-26
• 2.2.3 凝胶材料表征方法26-27
• 2.3 结果与讨论27-37
• 2.3.1 SF/HAP的IR、XRD、SEM分析27-29
• 2.3.2 正交实验结果及温度对复合体系凝胶时间的影响29-32
• 2.3.3 温敏型凝胶材料的微观结构形貌32-33
• 2.3.4 凝胶复合材料的红外光谱（IR）扫描结果33
• 2.3.5 凝胶材料孔隙率测定结果33-34
• 2.3.6 干凝胶材料的平衡溶胀率和含水量的实验结果34-35
• 2.3.7 凝胶材料的力学性能和流变学性能实验结果35-37
• 2.4 结论37-40
• 3 温敏性骨水泥凝胶材料的体外降解性能研究40-48
• 引言40
• 3.1 实验部分40-42
• 3.1.1 材料与设备40
• 3.1.2 实验方法40-42
• 3.2 结果与讨论42-45
• 3.2.1 凝胶材料的溶失性能42-43
• 3.2.2 凝胶材料降解后的微观结构分析43-44
• 3.2.3 凝胶材料降解液的紫外光谱分析44-45
• 3.3 结论45-48
• 4 温敏性骨水泥凝胶材料的细胞相容性研究48-62
• 引言48
• 4.1 实验部分48-52
• 4.1.1 实验设备及材料48-49
• 4.1.2 实验方法49-52
• 4.1.3 统计学分析52
• 4.2 结果与讨论52-60
• 4.2.1 L-929 细胞的生长状态52-53
• 4.2.2 MTT法测L-929 细胞生长状态的结果及分析53-56
• 4.2.3 细胞毒性评分结果及分析56-57
• 4.2.4 人成骨细胞（HO-F）的生长状态57-58
• 4.2.5 凝胶材料对人成骨细胞（HO-F）的细胞毒性58-59
• 4.2.6 人成骨细胞（HO-F）在凝胶材料上的扫描电镜观察结果59-60
• 4.3 结论60-62
• 5 温敏型骨水泥凝胶材料的血液相容性研究62-68
• 引言62
• 5.1 实验部分62-64
• 5.1.1 试剂与设备62
• 5.1.2 实验方法62-64
• 5.2 结果与讨论64-66
• 5.2.1 溶血实验64
• 5.2.2 动态凝血实验64-65
• 5.2.3 血小板粘附实验65-66
• 5.3 结论66-68
• 6 结论68-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-76
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果76

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本文编号：1062431