磷酸钙降解陶瓷的组成与结构在体内的变化及成骨机制研究

论文题目: 磷酸钙降解陶瓷的组成与结构在体内的变化及成骨机制研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料学

作者: 戴红莲

导师: 李世普,冷扬

关键词: 磷酸钙降解陶瓷,多孔,蛋白质,吸附,成骨细胞,增殖分化,相互作用,降解,结构变化,组成变化,成骨机制,骨组织

文献来源: 武汉理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 赋与材料以生物功能使其植入体内后能充分调动人体自体修复和完善的能力,从而实现损伤或病变组织、器官的永久修复,已成为二十一世纪生物材料发展的方向和前沿。研制理想的骨移植材料是医学和生物材料利.学领域中的重要课题。钙磷材料因其组成与骨组织的矿物成份相近及优良的生物相容性和生物活性而成为骨移植材料较重要、有潜力的一部分。本文以材料科学为基础,并向医学、生物化学、生命科学渗透,旨在了解钙磷材料与蛋白质、细胞、组织的相互作用及其在体内生物化学变化过程和微结构的演变过程,探讨钙磷材料在体内的成骨机制,为设计具有生物功能的钙磷骨修复材料和骨组织工程支架材料及钙磷材料在临床上的应用提供依据。首先通过对人体松质骨的研究,对组成和微结构进行优化设计,将溶解度适中的β-TCPGNG Na2O-CaO.MgO.P2O5玻璃粘结剂进行复合,采用发泡法在850℃制备出了具有三维连通、高显气孔率、高比表面,大孔、小孔和微孔相结合,气孔分布均匀的多孔磷酸钙降解陶瓷,并通过体外模拟实验证实了磷酸钙降解陶瓷具有良好的降解性能。通过FT-IR、XPS、SEM及SDS-PAGE分析研究了磷酸钙降解陶瓷对蛋白质的吸附特性。结果表明磷酸钙降解陶瓷对蛋白质具有较强的吸附能力,FT-IR中蛋白质特征峰的位移及XPS中磷酸钙Ca2p和Ols结合能的化学位移表明蛋白质通过其表面酸性氨基基团及碱性氨基残基以离子键与β-TCP晶体中Ca结合,通过表面碱性氨基以氢键和静电引力的形式与P043-中的氧结合。蛋白质的吸附过程及机理为:蛋白质在浓度差的推动下向磷酸钙陶瓷表面扩散,然后在磷酸钙陶瓷表面静电力的作用下通过空间构象的微调,使其表面的正负电荷点与磷酸钙陶瓷表面相反的电荷点键合导致第一层面不可逆的吸附;随着吸附时间的延长,在重力及蛋白质分子本身之间的静电引力等因素发生第二层面的物理吸附:而蛋白质分子与溶液中游离的钙离子结合,通过参与表面进行的生物矿化作用而吸附到材料的表面,形成第三层面的吸附。成骨细胞与磷酸钙陶瓷复合培养实验表明磷酸钙降解陶瓷具有很好的细胞亲和性,能促进成骨细胞在材料表面选择粘附。正常增殖、迁移和生长:并促

论文目录:

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1．1 骨的组成与结构

1．2 骨的康复与替代修复

1．2．1 骨的形成模式

1．2．2 骨的康复

1．2．3 骨的替代材料

1．2．4 骨组织工程支架材料

1．3 钙磷生物陶瓷材料

1．3．1 钙磷生物陶瓷的发展

1．3．2 生物活性及其机理

1．3．3 钙磷生物陶瓷的骨传导性和骨诱导性

1．4 钙磷生物降解材料

1．4．1 钙磷生物降解材料的研究现状

1．4．2 钙磷生物材料降解性能的影响因素

1．4．3 钙磷生物材料的降解机理

1．5 论文的选题目的及主要研究内容

第二章磷酸钙降解陶瓷的制备及表征

2．1 磷酸钙降解陶瓷的仿生设计

2．1．1 设计依据

2．1．2 材料优化设计

2．2 磷酸钙降解陶瓷的制备

2．2．1 β-TCP粉末的合成

2．2．2 玻璃粘结剂配方的设计及制备

2．2．3 发泡剂的制备

2．2．4 多孔磷酸钙降解陶瓷的制备

2．3 磷酸钙降解陶瓷的性能表征

2．3．1 物相分析

2．3．2 磷酸钙降解陶瓷的物理结构

2．3．3 磷酸钙降解陶瓷的力学性能

2．3．4 磷酸钙降解陶瓷的体外降解行为表征

2．4 本章小结

第三章磷酸钙降解陶瓷对蛋白质的吸附特性

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 材料

3．2．2 实验方案

3．2．3 分析方法

3．3 结果

3．3．1 FT-IR分析

3．3．2 表面形貌观察

3．3．3 表面XPS分析

3．3．4 SDS-PAGE结果分析

3．4 讨论

3．4．1 蛋白质的吸附过程及其机理

3．4．2 蛋白质对表面晶体沉积的影响

3．5 本章小结

第四章磷酸钙降解陶瓷与成骨细胞的相互作用

4．1 材料与方法

4．1．1 成骨细胞的分离与鉴定

4．1．2 成骨细胞与材料复合培养

4．1．3 成骨细胞蛋白质含量测定

4．1．4 成骨细胞的细胞周期分析

4．1．5 成骨细胞骨钙素检测

4．2 结果

4．2．1 成骨细胞的鉴定

4．2．2 成骨细胞的粘附和材料表面的变化

4．2．3 成骨细胞的相关功能

4．3 讨论

4．3．1 磷酸钙降解陶瓷对成骨细胞的作用

4．3．2 成骨细胞对磷酸钙降解陶瓷的影响

4．4 本章小结

第五章磷酸钙降解陶瓷的体内成骨过程

5．1 材料与方法

5．1．1 动物实验

5．1．2 大体及影像学监测

5．1．3 组织学制样

5．2 结果

5．2．1 大体及影像学

5．2．2 成骨过程

5．2．3 骨形成速率

5．3 讨论

5．3．1 细胞介导的新骨形成过程及模式

5．3．2 细胞介导材料降解为新骨形成提供物质基础

5．3．3 材料结构为新骨形成提供通道

5．3．4 新骨形成速率分析

5．4 本章小结

第六章磷酸钙降解陶瓷体内植入后界面组成变化

6．1 材料与方法

6．2 结果

6．3 讨论

6．4 本章小结

第七章磷酸钙降解陶瓷在体内的结构变化

7．1 材料与方法

7．2 结果

7．2．1 扫描电镜分析

7．2．2 透射电镜分析

7．3 讨论

7．4 本章小结

第八章结论

参考文献

附录

Ⅰ 缩写名称

Ⅱ 攻读博士学位期间发表论文、申报专利及科研成果

致谢

发布时间: 2005-10-11

参考文献

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