明胶水凝胶调控羟基磷灰石晶体生长及钛表面仿生矿化的研究

发布时间：2017-03-21 13:05

  本文关键词：明胶水凝胶调控羟基磷灰石晶体生长及钛表面仿生矿化的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：促进或加速缺损骨组织的修复效能是目前骨修复材料研究重点。在骨修复材料中,将羟基磷灰石与生物聚合物分子复合制备的有机-无机复合材料,能够结合生物聚合物与羟基磷灰石矿物的优点。但在以往的生物聚合物/羟基磷灰石复合材料的制备中,一般都将羟基磷灰石与聚合物溶液或者预聚液预先混合,这就导致大部分生物活性羟基磷灰石都被包埋在聚合物基质内部,在体外培养或者植入缺损部位早期无法与种子细胞有效接触。以仿生的角度,聚合物调控仿生矿化所制备的聚合物-羟基磷灰石复合材料在成分和结构上都类似于天然骨组织。本论文采用仿生矿化法,以明胶水凝胶为有机模板,利用其物化特性,调控羟基磷灰石在其表面和内部成核,生长,并研究其调控机理。在钛表面预先共价接枝明胶水凝胶作为矿化的有机模板,诱导羟基磷灰石晶体在其表面生长,制备矿化明胶复合生物活性涂层,即成分、结构等与骨组织更接近的仿生复合层,从而提高钛植入体表面的生物相容性。具体内容如下： 1.明胶水凝胶调控羟基磷灰石晶体生长 本文通过取代明胶侧链上的氨基基团而引入交联剂甲基丙烯酰胺,改变反应液中甲基丙烯酸酐的浓度,得到不同取代度的甲基丙烯酰胺改性明胶单体,在光引发剂的存在下经紫外光聚合获得明胶水凝胶。对比研究了不同交联剂含量(甲基丙烯酰胺取代度)明胶水凝胶分子在37℃恒温的改性模拟体液(mSBF)下,调控磷酸钙矿物,特别是羟基磷灰石矿化的能力。结果显示,阴离子型明胶基水凝胶含有大量的负电荷羧基基团,能作为有机模板诱导羟基磷灰石在其表面和内部沉积,且生成羟基磷灰石的组成及结构和天然羟基磷灰石相似。然而,相对于低取代度水凝胶,由于具有较低的溶液扩散能力和弱的负电性,高取代度水凝胶的表面上更不利于羟基磷灰石的形核和生长。力学性能测试表明矿化后的水凝胶比矿化前压缩强度和模量都有了显著提高,尤其是低取代度水凝胶。 2.钛表面矿化明胶水凝胶复合涂层的制备 本文通过在仿生矿化沉积制备矿化明胶涂层过程中,首先对钛基板先后采用碱热和硅烷化处理,在表面接枝端基为甲基丙烯酰胺的官能团,经光聚合在表面以共价键合的形式制备了甲基丙烯酰胺改性明胶水凝胶涂层,后在2倍仿生体液中矿化得到明胶水凝胶-羟基磷灰石复合生物活性涂层。运用扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)和接触角测试仪等表征方法对钛试样在生物矿化前后的钙磷生物活性涂层的表面形貌、成分以及物相组成等进行了分析。研究结果表明：明胶水凝胶能诱导羟基磷灰石矿物在其表面沉积,并且获得的羟基磷灰石的成分和结构接近自然骨。溶液浸泡性能测试表明钛基板矿化明胶涂层有一定的稳定性,这可能是硅烷偶联剂作为“分子桥”起到了桥连作用。
【关键词】：仿生矿化 明胶 羟基磷灰石 有机-无机复合材料 钛
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ427.26;R318.08
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• Contents11-14
• 第一章 绪论14-25
• 1.1 引言14
• 1.2 骨结构及骨形成14-16
• 1.3 生物矿化概述16-18
• 1.4 有机分子调控生物矿化18-21
• 1.4.1 调控结晶行为的水溶性大分子18-20
• 1.4.2 作为矿化模板的聚合物20-21
• 1.5 羟基磷灰石21-22
• 1.5.1 羟基磷灰石与有机物的复合21-22
• 1.5.2 羟基磷灰石涂层金属的复合材料22
• 1.6 明胶概述22-23
• 1.7 本论文研究思路与方案23-25
• 第二章 明胶水凝胶中交联剂含量对体外生物矿化结果的影响25-47
• 2.1 引言25-26
• 2.2 实验部分26-30
• 2.2.1 实验材料与仪器26-27
• 2.2.2 甲基丙烯酰胺改性明胶的合成27
• 2.2.3 H~1核磁共振表征27
• 2.2.4 Zeta电位分析27
• 2.2.5 明胶水凝胶的制备27-28
• 2.2.6 接触角表征28
• 2.2.7 溶胀性能表征28
• 2.2.8 仿生矿化液的配置28-29
• 2.2.9 水凝胶矿化29
• 2.2.10 矿化水凝胶的表征测试29-30
• 2.3 实验结果与讨论30-45
• 2.3.1 甲基丙烯酰胺改性明胶的表征30-31
• 2.3.2 矿化明胶水凝胶支架的形貌及组成分析31-36
• 2.3.3 交联剂含量对水凝胶溶胀和亲疏水性能的影响36-38
• 2.3.4 交联剂含量对水凝胶矿化结果的影响38-43
• 2.3.5 矿化明胶水凝胶支架力学性能43-44
• 2.3.6 明胶水凝胶中交联剂含量调控矿化的机制探讨44-45
• 2.4 本章小结45-47
• 第三章 钛表面矿化明胶水凝胶复合涂层的制备及表征47-59
• 3.1 引言47
• 3.2 实验部分47-49
• 3.2.1 实验材料与仪器47
• 3.2.2 钛基材表面预处理47-48
• 3.2.3 钛表面明胶水凝胶(Ge IMA)共价接枝48
• 3.2.4 仿生矿化48
• 3.2.5 复合涂层的稳定性表征48-49
• 3.2.6 表面表征49
• 3.3 实验结果与讨论49-57
• 3.3.1 明胶水凝胶/羟基磷灰石复合涂层的制备49-50
• 3.3.2 矿化前后钛表面的形貌表征50-52
• 3.3.3 不同处理的钛表面FTIR分析52-53
• 3.3.4 不同处理的钛表面XPS分析53-54
• 3.3.5 不同处理的钛表面XRD分析54-55
• 3.3.6 不同处理的钛表面亲疏水分析55-56
• 3.3.7 复合涂层在生理条件下稳定性分析56-57
• 3.4 本章小结57-59
• 第四章 全文总结与展望59-61
• 4.1 全文总结59-60
• 4.2 展望60-61
• 参考文献61-67
• 攻读学位期间发表论文67-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王本;唐睿康;;生物矿化:无机化学和生物医学间的桥梁之一[J];化学进展;2013年04期

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本文编号：259672