蜂巢型多孔人工骨支架材料的制备和改性研究

发布时间：2020-06-18 20:05

【摘要】：人工骨支架材料是骨组织工程研究领域的一个重要内容,它在骨缺损修复中具有极大的应用前景。理想的骨组织工程支架材料不仅需要具备优良的力学性能,还要求材料具有相互贯通的三维多孔结构。一直以来,支架材料所必需的多孔结构与材料力学性能之间的矛盾都是骨组织工程材料领域难以攻破的一大难题。本文利用RP技术分别仿生构建了壳聚糖/羟基磷灰石(Chitosan/Hydroxyapatite,CS/HA)多孔材料及蜂巢型聚乳酸(Polylactic Acid,PLA)多孔材料,并对制备材料进行改性,以期获得具有优良力学性能及生物相容性的骨组织工程支架材料。本文先利用RP技术联合间接成型造孔方法,经CS/HA粉体灌模、冷等静压及溶蜡后获得力学性能优良的蜂巢型CS/HA多孔人工骨支架材料。基于此,CS/HA多孔支架经明胶(Gelatin,Gel)涂层后获得涂层支架材料CS/HA-Gel,涂层支架再经戊二醛(Glutaraldehyde,Gul)交联后获得交联支架材料CS/HA-Gel/Gul。粒径分析和XRD结果表明所制粉体粒径主要为1.09-27.2μm的不规则短棒状部分碳酸化的CS/HA复合材料,同时多孔支架材料中CS、Gel和Gul的引入均会使HA的特征峰弱化。SEM结果显示多孔支架材料具有类似蜂巢的正六边形多孔结构。CS/HA支架材料表面粗糙,而CS/HA-Gel支架材料表面光滑,材料表面涂层的明胶膜覆盖了原有的CS/HA粗糙颗粒,交联改性后的支架材料表面的Gel膜出现了少量的溶解,局部暴露出CS/HA颗粒。力学性能测定结果表明涂层及交联均能显著提高支架材料的力学强度;CS/HA支架经1次涂层和3次涂层后的抗压强度分别是CS/HA支架的5.45和6.03倍,涂层改性大大增强了其抗压强度。涂层支架材料经戊二醛交联后,其力学性能得到进一步提升。明胶1次涂层和3次涂层支架经交联处理后,同比未交联支架抗压强度分别提高了9.72%和73.30%。体外降解实验结果表明三种支架材料均具有良好的降解性能,三种支架材料中CS/HA-Gel/Gul降解速率最为缓慢。MTT实验结果显示这三种蜂巢结构多孔支架材料均符合细胞毒性要求;细胞培养实验结果表明这三种支架材料均具有良好的细胞粘附性,改性后的CS/HA-Gel和CS/HA-Gel/Gul多孔支架材料更有利于细胞的早期粘附和增殖。本文再依据计算机辅助设计的蜂巢型多孔结构数据模型,利用3D打印机直接制备出蜂巢状PLA多孔支架,并利用涂层及矿化手段对材料进行表面改性。SEM结果显示PLA多孔支架材料具有类似蜂巢的正六边形多孔结构。支架材料表面呈纤维层叠状,PLA纤维之间存在小缝隙,经壳聚糖(Chitosan,CS)涂层处理后支架材料表面形成光滑膜层。支架再经矿化修饰后,支架涂层CS膜层表面沉积了矿物质颗粒。电子万能试验机测压缩强度表明,涂层及矿化均能提高抗压强度。体外降解实验结果表明结构完整的纯PLA支架材料降解速率过于缓慢,在前6周内无明显失重。而涂层及矿化改性后的PLA,其降解速率得到显著提高,改性支架更适合作为植入式可降解人工骨材料。MTT实验结果显示这三种PLA多孔支架材料均符合细胞毒性要求;细胞粘附生长的荧光照片表明,7d后改性支架材料上细胞密度更大,活性更好。攻克骨组织工程多孔支架材料力学强度差这一大难关,对于人工骨材料实现临床应用至关重要。依据蜂巢质量轻、孔隙率高、机械性能好的结构优点,本文仿生构建的蜂巢状骨组织工程多孔支架材料及其改性支架材料,既具备生物学要求的三维多孔结构,又具有优良的力学性能及生物相容性,在骨组织工程领域显示出较好的应用前景。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.08;TB383.4
【图文】：

广东工业大学硕士学位论文别用去离子水和无水乙醇冲洗 3 遍，晾干备用。模：如图 2-1 所示，先用(b)中剪好的滤纸和石英模具组合蜡模具放入其中，检查滤纸是否有移位。然后将组合件 入上述制备的简易辅助装置的空槽内，用去离子水润洗接抽滤瓶和真空水泵。然后将用无水乙醇分散制备的 10，直至将石蜡模板填满。将填满的石蜡模板连同滤纸取，室温放置晾干。

架材料表面粉末的红外光谱图（a）CS/HA 多孔支架材料表面粉末；（b）孔支架材料表面粉末；（c）CS/HA-Gel/Gul 多孔支架材料表面粉末red spectrum of powder on the surface of porous scaffold material (a) surus scaffold material; (b) surface powder of CS/HA-Gel porous scaffold msurface powder of CS/HA-Gel/Gul porous scaffold material 所示为三种蜂巢型多孔支架材料表面粉末的的红外光谱图。料均有三个较为强烈的特征峰分别在 600 cm-1、1200 cm-1和改性后的 b 和 c 比起 a 在 1650 cm-1处特征峰有不同程度增强戊二醛改性后的材料引入了较多的酰胺基和氨基，同时戊二的 1737 cm-1左右的羰基伸缩振动峰有明显增强，这可能一部，另一部原因是戊二醛交联后使得明胶或壳聚糖的羰基更易被

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本文编号：2719763