羟基磷灰石/胶原/海藻酸钠复合材料制备研究

论文摘要

生物医用复合材料不仅兼具组份材料的性质,而且可以得到单组份材料不具备的新性能,为获得结构和性质类似于人体组织的生物医学材料开辟了一条广阔的途径,生物医用复合材料已经成为生物医用材料研究和发展中最为活跃的领域。羟基磷灰石/胶原复合材料,因其组成结构类似于自然骨,具有良好的生物相容性、生物降解吸收性、生物活性等特点,而倍受人们的关注。海藻酸钠是一种酸性的多聚糖,具有良好的生物相容性,钙离子与海藻酸钠的G单元交联,可进一步获得网状的“鸡蛋盒”结构,成为良好弹性性能的水凝胶。人体骨中存在多聚糖,为了更好的模拟人体骨组成,有人已经通过机械混合、冷冻干燥制备了生物相容性好的羟基磷灰石/胶原/海藻酸钠复合材料。但是制备方法仅仅局限于羟基磷灰石/胶原复合材料和海藻酸钠溶液的简单混合,海藻酸钠与胶原分子之间的作用尚未研究。本论文考察了海藻酸钠对胶原重建的影响;制备胶原/海藻酸钠二元复合材料分析二者之间的作用力;利用胶原体外自组装特性,用原位法和共混法制备羟基磷灰石/胶原/海藻酸钠复合凝胶,经冷冻干燥制备出多孔复合材料。采用扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、傅立叶红外分析（FT-IR）、X-射线衍射（XRD）、热分析（DSC）对材料的理化结构进行了表征,测定了两类材料的溶胀率。并对制备的H-C-A1（原位）、M1（共混）、CA（胶原海藻酸钠二元材料）材料进行了生物学评价。理化结构分析结果表明:引入海藻酸钠对胶原凝胶形成过程有一定的影响,在实验条件下,它们之间的作用力以氢键为主;原位合成的复合材料具有三维贯通的孔隙结构,典型空隙大小为200-600微米,适合骨样组织向内生长;材料中有机和无机相分布均匀,无机相为弱结晶的羟基磷灰石;热分析结果表明原位合成的材料热稳定性强于共混制备的材料;溶胀实验结果表明,原位合成的材料溶胀率小,材料保持完整性的能力强。共混合成的材料在理化性能上差于原位材料。生物学评价结果显示,H-C-A1、M1、CA三种材料与成骨细胞复合培养后,对细胞活性没有抑制;四甲基偶氮唑盐（MTT）比色法结果显示,H-C-A1更利于细胞分化、增殖;碱性磷酸酶实验结果表明H-C-A1的成骨能力最强;SEM观察结果显示,成骨细胞在陶瓷表面生长良好,且细胞形态完整,细胞的伪足往外伸展明显,增殖细胞活跃;以上结果表明制备的材料有良好的生物相容性,其中H-C-A1最佳。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 生物医用复合材料
• 1.1.1 生物医用复合材料的种类
• 1.1.1.1 有机/有机复合材料
• 1.1.1.2 金属/无机复合材料
• 1.1.1.3 有机/无机复合材料
• 1.1.2 基于磷酸钙的医用有机/无机复合材料
• 1.1.2.1 磷酸钙-非降解高分子复合材料
• 1.1.2.2 磷酸钙-可生物降解高分子复合材料
• 1.1.2.3 磷酸钙-天然复合材料
• 1.1.3 展望
• 1.2 胶原/羟基磷灰石复合材料
• 1.2.1 胶原
• 1.2.1.1 胶原的结构和性质
• 1.2.1.2 胶原的改性研究
• 1.2.2 羟基磷灰石/胶原复合材料
• 1.2.2.1 胶原/羟基磷灰石复合材料的制备方法
• 1.2.2.2 胶原/羟基磷灰石复合材料的研究现状
• 1.3 海藻酸钠的性质及应用
• 1.3.1 海藻酸钠的结构与性质
• 1.3.2 海藻酸钠在组织工程中的应用
• 1.3.3 海藻酸钠在组织工程的展望
• 1.4 本课题的提出与研究内容
• 第二章 胶原分子与海藻酸钠的作用研究
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验仪器和试剂
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.2.1 胶原的纯化
• 2.2.2.2 胶原纤维体外重建
• 2.2.2.3 海藻酸钠对胶原纤维体外重建过程的影响
• 2.2.2.4 海藻酸钠对胶原纤维形貌的影响
• 2.2.2.5 胶原/海藻酸钠二元复合材料的制备
• 2.3 结果和讨论
• 2.3.1 胶原的纯化
• 2.3.2 胶原纤维体外重建过程
• 2.3.3 海藻酸钠对胶原纤维体外重建过程吸光度变化的影响
• 2.3.4 海藻酸钠加入后对胶原纤维形态的影响
• 2.3.5 胶原/海藻酸钠二元复合材料
• 2.4 结论
• 第三章 羟基磷灰石/胶原/海藻酸钠复合材料的制备
• 3.1 前言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 实验仪器和试剂
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.2.1 复合材料的制备
• 3.2.2.2 复合材料理化特性分析
• 3.2.2.3 复合材料热性能分析
• 3.2.2.4 吸水溶胀率的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 材料的形貌SEM
• 3.3.2 纤维形貌AFM
• 3.3.3 物相结构分析XRD
• 3.3.4 红外FTIR
• 3.3.5 材料的热分析
• 3.3.6 溶胀率
• 3.3.7 交联机制
• 3.4 结论
• 第四章 羟基磷灰石/胶原/海藻酸钠复合材料生物学评价
• 4.1 前言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 实验仪器及试剂
• 4.2.2 材料
• 4.2.2.1 胶原/海藻酸钠复合材料
• 4.2.2.2 羟基磷灰石/胶原/海藻酸钠复合材料
• 4.2.3 方法
• 4.2.3.1 材料准备
• 4.2.3.2 材料的接种
• 4.2.3.3 荧光
• 4.2.3.4 MTT 法
• 4.2.3.5 碱性磷酸酶
• 4.2.3.6 扫描电镜观察
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 荧光
• 4.3.2 细胞增殖MTT 法测定
• 4.3.3 碱性磷酸酶（ALP 活性测定）
• 4.3.4 材料表面细胞黏附情况（SEM）
• 4.4 结论
• 全文总结
• 下一步工作
• 参考文献
• 在读期间发表论文
• 致谢