电活性高分子纳米复合骨修复材料制备及生物活性研究

论文摘要

本实验室将纳米羟基磷灰石粒子在（n-HA）表面接枝低聚乳酸（LAc oligomer）,制备改性n-HA （op-HA）,再与聚丙交酯—乙交酯（PLGA）共混制成复合材料op-HA/PLGA。改性后的op-HA颗粒在PLGA基体中具有更均一的分散性,而且op-HA表面的低聚乳酸分子链可以伸入PLGA基体内部,增强了有机和无机两相间的粘附力,提高了复合材料的力学强度；PLGA基体材料可以通过调整组分中乳酸（LA）和乙醇酸（GA）的比例来调节材料的降解时间；将具有生物活性的op-HA与PLGA的降解特性相结合,提高了高分子材料的生物相容性和骨诱导能力,使之更适合于临床骨缺损修复的需要。在上述工作基础上,为进一步提高材料的生物活性和智能性,本课题组合成了既有电活性又可生物降解的苯胺齐聚物（AP）与聚乳酸（PLA）嵌段共聚物（PAP）。苯胺齐聚物与脂肪族聚酯形成共聚物,其特点是具有导电性和生物降解性,良好的生物相容性。导电高分子制成可降解的材料在组织工程领域应用是发展的必然。本章将PAP与op-HA/PLGA以一定比例复合,制备电活性可降解纳米复合骨修复材料（PAP/op-HA/PLGA）。检测与表征材料的导电性,热稳定性,亲水性,膜表面形貌,评价电活性材料对成骨细胞的粘附、生长和增殖能力以及成骨相关基因表达的影响。结果表明,一定浓度PAP的引入可使材料的亲水性增加,热稳定性增强,促进成骨活性。同时,采用冷冻干燥法制备三维支架,对支架材料的孔隙率、微观形貌进行观察；通过动物肌肉植入试验,评价支架材料在体内与肌肉组织的反应,观察支架的矿化和降解变化情况。可见支架的孔隙率以上,孔与孔之间互相连通,材料具有良好的生物相容性,植入动物背部肌肉后1—5月未见明显的排斥反应和炎性反应,5个月后材料矿化明显。羊胫骨缺损及兔桡骨缺损的植入修复试验评价支架材料对骨骼的再生修复功能。结果表明,电活性纳米复合材料PAP/op-HA/PLGA在脉冲电刺激的作用下,可显著提高骨骼的愈合速度和愈合质量。该新型智能材料显示了良好的骨科临床应用前景。本研究通过对电活性PAP/op-HA/PLGA纳米复合材料的表征、测试、生物相容性评价和成骨活性进行详细深入研究,为新材料的制备和临床应用提供了实验依据。

论文目录

• 内容提要
• 中文摘要
• Abstract
• 中英文缩略语
• 第1章 综述
• 1.1 前言
• 1.2 生物可降解高分子
• 1.2.1 聚乙交酯（PGA）
• 1.2.2 聚乳酸（PLA）
• 1.2.3 聚（ε-己内酯）（PCL）
• 1.2.4 聚丁内酯（PHB）
• 1.2.5 聚碳酸酯（PC）
• 1.2.6 聚丙交酯-乙交酯（PLGA）
• 1.3 羟基磷灰石
• 1.4 导电高分子
• 1.4.1 导电高分子概述
• 1.4.2 导电高分子在组织工程中的应用
• 1.4.3 生物降解导电高分子在组织工程中发展
• 1.5 生物复合材料及在组织工程中的应用
• 1.5.1 羟基磷灰石/聚乳酸（PLA）
• 1.5.2 羟基磷灰石/聚ε-己内酯（PCL）
• 1.5.3 纳米羟基磷灰石（n-HA）/胶原（collagen,Col）复合材料
• 1.5.4 羟基磷灰石/聚酸酐复合材料
• 1.5.5 羟基磷灰石/甲壳素（Chitin）类聚合物复合材料
• 1.5.6 羟基磷灰石/聚乙烯（PE）复合材料
• 1.5.7 羟基磷灰石/聚醚醚酮（PEEK）复合材料
• 1.5.8 羟基磷灰石/聚酰胺（PA）复合材料
• 1.6 组织工程支架及制备工艺
• 1.6.1 纤维粘合法
• 1.6.2 溶液浇铸/粒子沥滤
• 1.6.3 相分离/冷冻干燥法
• 2气体发泡'>1.6.4 超临界CO₂气体发泡
• 1.6.5 快速成型技术
• 1.6.6 静电纺丝
• 1.7 研究内容、目标及创新
• 1.7.1 研究内容
• 1.7.2 研究目标
• 1.7.3 本研究创新点
• 第2章 电活性高分子纳米复合骨修复材料PAP/OP-HA/PLGA的制备与表征
• 引言
• 2.1 材料和方法
• 2.1.1 主要试剂与仪器
• 2.1.2 复合原料的制备
• 2.1.3 op-HA/PLGA复合材料的制备
• 2.1.4 PAP/op-HA/PLGA的制备
• 2.1.5 PAP/op-HA/PLGA膜的制备
• 2.1.6 PAP/op-HA/PLGA的表征
• 2.2 结果
• 2.2.1 紫外可见光谱（UV-vis）分析
• 2.2.2 循环伏安（CV）扫描
• 2.2.3 电导率测量
• 2.2.4 热稳定性检测
• 2.2.5 膜表面形貌
• 2.2.6 接触角
• 2.3 讨论
• 2.3.1 PAP/op-HA/PLGA材料特点
• 2.3.2 PAP/op-HA/PLGA膜表面形貌
• 2.3.3 PAP/op-HA/PLGA复合材料亲水性
• 2.4 小结
• 第3章 电活性高分子纳米复合骨修复材料PAP/OP-HA/PLGA的细胞增殖、粘附和成骨活性研究
• 引言
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 试剂和仪器
• 3.1.2 成骨细胞的分离培养
• 3.1.3 PAP/op-HA/PLGA对兔成骨细胞形态及粘附性分析的影响
• 3.1.4 材料对兔成骨细胞增殖的影响
• 3.1.5 逆转录-聚合酶链式反应（RT-PCR）检测材料对成骨细胞基因表达的影响
• 3.1.6 碱性磷酸酶活性检测
• 3.1.7 统计学处理
• 3.2 结果
• 3.2.1 成骨细胞培养
• 3.2.2 细胞形态及粘附能力实验
• 3.2.3 细胞增殖实验
• 3.2.4 基因表达
• 3.2.5 碱性磷酸酶表达
• 3.3 讨论
• 3.3.1 成骨细胞的原代培养
• 3.3.2 PAP/op-HA/PLGA材料对细胞粘附、增殖能力的影响
• 3.3.3 PAP/op-HA/PLGA材料对成骨活性表达的影响
• 3.4 小结
• 第4章 电活性纳米高分子复合骨修复材料PAP/OP-HA/PLGA三维支架的制备与评价
• 引言
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 实验仪器和试剂
• 4.1.2 三维多孔支架制备
• 4.1.3 场发射扫描电镜的检测
• 4.1.4 孔隙率检测
• 4.1.5 压缩强度
• 4.1.6 细胞粘附能力评价
• 4.1.7 细胞渗透能力检测
• 4.1.8 统计分析
• 4.2 结果
• 4.2.1 三维多孔支架材料的大体形态
• 4.2.2 SEM形貌
• 4.2.3 孔隙率
• 4.2.4 力学性能（压缩强度）
• 4.2.5 细胞的粘附渗透能力
• 4.3 讨论
• 4.3.1 支架制备和力学特点
• 4.3.2 支架形貌特点
• 4.3.3 支架对细胞的粘附和渗透
• 4.4 小结
• 第5章 电活性高分子纳米复合骨修复材料体内植入实验
• 引言
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 主要药品、仪器和实验动物
• 5.1.2 实验方法
• 5.2 结果
• 5.2.1 大体观察
• 5.2.2 X光片评价
• 5.2.3 扫描电镜观察
• 5.2.4 组织切片观察
• 5.3 讨论
• 5.4 小结
• 第6章 电刺激条件下电活性高分子纳米复合骨修复材料修复兔桡骨缺损实验
• 引言
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 主要药品、仪器和实验动物
• 6.1.2 实验方法
• 6.2 结果
• 6.2.1 大体观察
• 6.2.2 大体标本观察结果
• 6.2.3 X光片评价
• 6.3 讨论
• 6.4 小结
• 第7章 电活性高分子纳米复合骨修复材料修复 羊胫骨缺损实验研究
• 引言
• 7.1 材料与方法
• 7.1.1 主要药品、仪器和实验动物
• 7.1.2 实验方法
• 7.2 结果
• 7.2.1 大体观察
• 7.2.2 大体标本观察结果
• 7.2.3 X光片评价
• 7.2.4 CT片评价
• 7.3 讨论
• 7.4 小结
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 致谢