论文摘要
组织工程作为一门交叉学科,将工程学的概念与生命科学相互结合,并用以发展可以存储,保持和改进组织功能的生物替代物。骨组织工程修复的基本过程是:将细胞种植在支架上,移植至人体并与人体组织相互结合,形成新骨并用其修复骨缺损。故在骨组织工程的研究中,支架材料扮演着非常重要的角色。然而支架材料必须拥有三维空间连通的大孔,以利于细胞的长入。因此,制备出具有着三维大孔结构,且有着更佳成骨活性的生物支架材料具有重要的意义。在众多的骨修复材料中,生物玻璃（bioactive glass,BG）以其优异的骨修复性能和生物相容性,被广泛地应用在骨缺损等疾病的治疗中。研究表明,BG材料的生物活性与组分、孔容以及孔径等结构相关。需要指出的是,溶胶凝胶法所合成常规BG材料中也具有无规则的纳米孔,但其孔分布较宽,孔体积相对较小。而利用表面活性剂自组装制备出的新型有序的介孔生物玻璃（mesoporous bioactive glass,MBG）,具有组分分布均一,孔径和孔结构可调,比表面积以及孔容较大等优点,能极大地提高了生物材料的体外成骨活性。前人通过改变无机前驱物的投入比、焙烧温度、表面活性剂种类等方法,获得了一系列不同组分、不同焙烧温度、不同孔径的MBG材料,并且比较了这些材料的体外生物活性,从而对组成结构与生物活性的关系有了深入的理解。然而,如何有效地控制MBG材料的形貌,使其能更广泛地应用在临床医学如骨组织工程学等方面,还有待深入研究。此外,MBG材料的机械强度不高,韧性差,这也制约着其在临床上的广泛应用。因此,改善MBG材料的机械性能是亟需解决的问题。本论文针对目前研究中存在的问题,对MBG材料进行改性研究。一方面通过控制合成的过程,得到不同形貌的MBG材料;另一方面,通过向MBG材料中添加不同的金属氧化物,以期能改善材料的机械性能,并保持生物活性。利用表面活性剂自组装结合溶胶-凝胶化学,通过高速喷制的过程,合成出了新型有序纳米介孔生物活性玻璃纤维材料（mesoporous bioactive glass fiber,MBGfiber）。通过合理地控制材料的组分,体系的含水量和酸度,合成出有序的MBG纤维材料。经研究发现,当CaO含量＜35%时,HCl的浓度控制在2-4 mol/L时,可合成出有序的MBG纤维;含水量的控制也很重要,当水比硅源（正硅酸乙酯）的摩尔比在～2.6时,更容易喷制出粗细均一的纤维材料。材料在保持有序的介观结构以及优异的体外成骨活性的同时,纤维之间搭建出了50-100μm的大孔,三维贯通。将MBG纤维置于SD大鼠的成骨细胞培养液中培养5天后,发现材料有很好的生物相容性,其三维大孔结构有利于细胞的贴壁生长。因此,预期新型有序的MBG纤维可望成为一种优良的骨组织工程支架材料。此外,在合成过程中结合喷雾干燥的方法,快速且大批量地喷制不同形貌的MBG材料,如球状,棒状,片状等。通过控制前驱液的浓度和温度得到不同形貌的MBG材料。在进风温度为100℃的情况下,更容易合成出空心球状的MBG,材料有序的介观结构能基本得以保持。浸泡在模拟体液（Stimulated Body Fluids,SBF）24后,能观察到羟基磷灰石（hydroxyapatite,HA）的生长。温度在180℃时,可形成棒状或空心管状等不规则的MBG材料,其中以棒状为主。材料的介观结构基本塌陷,孔径孔容,比表面都较小,故浸泡在SBF液24小时后,仍然很难在材料表面观察到HA的生长。为了提高材料的机械性能和生物相容性,我们合成了不同组分的MBG材料。首先,制备了含MgO和ZnO的MBG材料。在添加少量MgO或ZnO（＜5%）的情况下,对材料的介观结构没有明显的影响。但是随着MgO含量的增多,HA生长速率明显减慢,且伴随着类白磷钙矿β-（Ca,Mg）3（PO4）2的生成。对于添加ZnO的样品,即使添加量为1%,在短时间内（48 h）仍然观察不到HA的生长。故MgO和ZnO的添加都不同程度地延缓了HA的生长。其次,制备了含有TiO2的MBG。由于钛物种的加入,加快了硅物种的水解缩聚,从而影响了材料的自组装。当TiO2含量超过5%,介观结构坍塌。紫外可见漫反射结果显示钛物种在材料中以四、六两种配位状态存在。考察含钛MBG材料的体外生物活性,发现材料在添加极少量TiO2（摩尔比1%）的情况下,浸泡在SBF中2天后,其表面仍然未见明显的HA生长。总之,我们制备出不同形貌,不同组分的新型MBG材料,考察了这些材料的结构,体外生物活性和细胞活性,为其进一步应用奠定了良好的基础。