羟基磷灰石/壳聚糖/魔芋葡甘聚糖复合骨组织工程支架的制备及研究

论文摘要

多孔支架材料是骨组织工程成功与否的关键因素之一,需要具有适宜的材料学性能和适宜的生物学性能等,寻找一种既具有良好生物相容性和生物降解性又具有特定形状和连通三维多孔结构的支架材料是组织工程的一个重要方面。以前骨组织工程支架具备了骨组织工程的一些性能,但或多或少都存在一定的缺陷,所制备的支架材料还不能满足骨组织工程的要求。本实验拟采用具有良好生物相容性的羟基磷灰石（Hydroxyapatite, HAP）、壳聚糖（Chitosan, CTS）与具有优良凝胶性能的魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan, KGM）,并结合三者的优点,制备可用于骨组织工程的HAP/CTS/KGM三维多孔骨组织工程支架材料。实验主要工作及结论为以下几部分：1)室温、pH=10.00的条件下,用共滴定法可制备出HAP/CTS复合粉体。以HAP/CTS复合粉体与KGM制备复合骨组织工程支架：在pH=9.6的条件下,以溶胶-凝胶法制备HAP/CTS/KGM复合凝胶,水浴条件下熟化、除碱,然后在-25℃下对除碱后的凝胶进行预冷冻,冻胶冷冻干燥后即得HAP/CTS/KGM复合骨组织工程支架。2)用XRD、FTIR、TEM、TG/DTA、SEM等方法对HAP/CTS复合粉体及复合支架进行表征,研究复合粉体及支架的结构及HAP和CTS间的相互作用方式；测试复合支架的孔隙率、平均孔径及抗压强度,研究复合支架的物理性能；对复合支架进行细胞及动物体内试验,研究复合支架的生物学性能。3)复合粉体中HAP和CTS的质量比为4.3：1,HAP/CTS复合粉体间有物理力和化学力两种相互作用方式。物理力的作用方式通过部分HAP粒子吸附在CTS链上而发生；化学力的作用方式通过CTS与Ca2+（Ⅱ）离子间的螯合作用,HAP粒子中的Ca2+（Ⅱ）离子与CTS中的氨基以配位的方式形成非化学计量复合物,反应体系中电泳作用使CTS分子链上带大量电荷,静电作用下将有大量HAP粒子沉积在CTS表面；上述两种作用力中,化学力是主要的作用方式。4)所制备HAP/CTS/KGM复合支架均为三维网络状多孔结构,孔隙率大都在86%-91.5%之间；支架的平均孔径在145-175μm之间,其中50-250μm孔径占总孔径比例在78%-85%之间；抗压强度在1.4-2.0 Mpa之间。KGM/CTS间由乙酰基和醇羟基间脱水成键,CTS链间由氨基和醇羟基间成键,HAP/KGM之间直接或通过CTS相互作用而成键,HAP颗粒对KGM基体起到弥散增强的作用。5)机械性能较好的部分样品（2,3,12号）,经BMSCs培养,样品2,3具有较好的干细胞相容性。6)综合考虑样品的各项性能,得出制备的最佳配料比及工艺条件为：粉体制备中滴加速度Ca（OH）2/NH3·H2O 3.75 ml/min, H3PO4/CA-CTS 0.75 ml/min, pH=10.0,搅拌速率15 rad/sec,反应产物于4°C下陈化7天；支架制备中预冷冻温度为-24.625℃,HAP/CTS含量73.9%,pH=9.3,凝胶形成后于75°C下熟化28.9 h,除碱43.1 h,冻胶冷冻干燥处理后得到综合性能较优样品。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 骨在人体中的作用及其组成
• 1.2 生物骨与骨组织工程
• 1.3 骨组织工程常用材料
• 1.3.1 羟基磷灰石
• 1.3.2 β-磷酸三钙
• 1.3.3 壳聚糖
• 1.3.4 胶原蛋白
• 1.3.5 魔芋葡甘聚糖
• 1.3.6 其他材料
• 1.4 不同材料间的复合
• 1.5 本课题研究的目的和内容
• 1.5.1 课题提出的意义
• 1.5.2 课题的主要研究内容
• 第二章 羟基磷灰石/壳聚糖/魔芋葡甘聚糖三相复合材料的制备与表征
• 2.1 实验方案及技术路线
• 2.1.1 试验理论依据
• 2.1.2 实验因素设计
• 2.2 材料及仪器
• 2.3 实验过程
• 2.3.1 HAP/CTS粉体的制备
• 2.3.2 探索性试验
• 2.3.3 细化修订试验
• 2.3.4 HAP/CTS/KGM三相复合支架的制备
• 2.4 检测与表征
• 2.4.1 孔径分析
• 2.4.2 孔隙率分析
• 2.4.3 抗压强度分析
• 2.4.4 X射线衍射（XRD）分析
• 2.4.5 傅立叶转换红外光谱（FT-IR）分析
• 2.4.6 扫描电子显微镜（SEM）及电子能谱分析（EDS）分析
• 2.4.7 透射电子显微镜（TEM）
• 2.4.8 热重（TG）分析
• 2.4.9 体外人体骨髓间充质于细胞（BMSC）相容性实验
• 2.4.10 体外降解性能实验
• 第三章 探索性试验结果分析
• 3.1 孔径分析
• 3.2 孔隙率分析
• 3.3 抗压强度分析
• 3.4 综合分析
• 3.5 样品的形貌分析
• 第四章 羟基磷灰石/壳聚糖/魔芋葡甘聚糖复合支架的检测结果与分析
• 4.1 HAP/CTS粉体的物性分析
• 4.2 HAP/CTS/KGM复合支架的性能表征
• 4.2.1 孔径分析
• 4.2.2 孔隙率分析
• 4.2.3 抗压强度分析
• 4.2.4 综合分析
• 4.3 HAP/CTS/KGM复合支架的成分及物性分析
• 4.3.1 复合粉体及复合支架的XRD分析
• 4.3.2 复合支架的FT-IR分析
• 4.3.3 复合支架的EDS分析
• 4.3.4 复合支架的DTA分析
• 4.4 HAP/CTS/KGM复合支架的形貌分析
• 4.4.1 HAP/CTS/KGM复合支架的孔结构
• 4.4.2 HAP/CTS/KGM复合支架的SEM观测
• 4.5 HAP/CTS/KGM复合支架的生物学性能分析
• 4.5.1 HAP/CTS/KGM复合支架的干细胞相容性评价
• 4.5.2 HAP/CTS/KGM复合支架的体外降解性能分析
• 4.5.3 HAP/CTS/KGM复合支架的动物体内植入分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文及申请的专利
• 附录B 相关图表