学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

N，O-羧甲基壳聚糖/纳米β-磷酸三钙复合材料的制备及其生物学性能的基础研究

作　者: 刘玉艳
导　师: 高文信；胡敏
学　校: 吉林大学
专　业: 口腔临床医学
关键词: N,O-羧甲基壳聚糖纳米β-磷酸三钙生物材料血管内皮生长因子微波法模拟体液
分类号: R318.08
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
下　载: 172次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

生物材料为各种原因导致的骨缺损修复治疗提供了新选择,但单一材料各种各样的不足制约了其作为生物材料的发展,因此,多种材料优势互补的复合研究成为骨生物材料研发的重点。壳聚糖是可降解的阳离子多糖,与细胞外多糖相似,对多种组织细胞的黏附和增殖有促进作用。羧甲基壳聚糖(N,O-CMC)是壳聚糖羧甲基化的产物,它在保持壳聚糖优点的同时,其水溶性及络合金属离子等性能比壳聚糖有明显的优势;因此,常被用作复合材料的基体,发挥仿生骨中有机相作用。β-磷酸三钙(β-TCP)与骨的无机盐成份相似,具有良好的生物活性、骨诱导性和生物可降解性;降解产生的钙、磷离子进入活体循环系统参与并促进新骨形成,因而成为骨修复和支架材料的研究热点。目前国内外研究所用的β-TCP粉体大多在微米水平,纳米水平β-TCP(n-β-TCP)的合成及其复合研究报道较少;而n -β-TCP生物陶瓷由于晶粒小,使材料中的内在气孔或缺陷尺寸大大减少,不易造成穿晶断裂,有利于提高材料的断裂韧性;同时,晶粒的细化又极大地增加了n-β-TCP的晶界数量,使纳米生物陶瓷表现出独特的超塑性及弹性等力学性能;且纳米材料增大的比表面积又可提高其表面活性。因而将n-β-TCP与N,O-CMC复合方面的研究将既会弥补微米水平β-TCP的不足,又有助于使二者的优势充分发挥,为其临床应用奠定实验基础。骨修复材料临床成功的主要标准之一是获得缺损部位与修复材料之间快速且紧密的骨整合,而骨整合的前提是修复材料在机体内存活并发挥功能,这就要求材料具有能适时促进血管形成的能力。因为在骨的修复重塑过程中,血管新生与骨形成有着密不可分的联系,充足的血运供应是保障骨缺损修复成功的关键;而VEGF既是最强促血管形成因子,又是血管新生与骨形成共享的关键性调节因子,其表达水平直接影响到新生骨的血供,最终影响到骨形成的速度和质量。因此,通过各种方法加强骨修复材料中VEGF的表达,以促进骨缺损处血管形成的研究成为骨修复及骨组织工程支架材料研究的重点;因而通过对骨修复材料中共同培养细胞内VEGF表达的检测可以间接反应材料的成骨活性。骨组织的基本结构框架是纳米级无机相与有机相按一定比例有序地组成;基于此,本实验将自制的无机相纯相纳米β-磷酸三钙粉末均匀地分布在可生物降解的有机相N,O-羧甲基壳聚糖(N,O-CMC)中,构建了不同比例的N,O-羧甲基壳聚糖/纳米β-磷酸三钙复合材料(N,O-CMC/n-β-TCP),并进行如下实验研究:1以硝酸钙和磷酸氢二铵为原料,采用沉淀-微波转化法制备纯相纳米β-TCP粉末。2采用制备简单且低碳环保的“碳酸氢钠发泡法”将自制的纯相纳米β-TCP粉末与N,O-CMC通过“机械混合-造孔-压制成型”的方法制备不同比例的N,O-CMC/n-β-TCP多孔复合材料。3对不同质量比复合材料进行了SEM形貌观察,通过XRD、FTIR、吸水率、显气孔率及力学性能测试,多角度对材料进行全面客观的检测和分析,探讨复合材料作为骨修复材料的可行性。4复合材料在模拟体液中进行体外降解研究。通过测定降解过程中降解液的pH值变化,钙、磷离子浓度变化,材料的重量变化,表面结构及相成分变化等来研究复合材料的降解性能,据此评价复合材料是否符合作为骨修复材料的性能要求。5复合材料与成骨样细胞体外生物学性能基础实验将不同质量比的复合材料及对照人工骨与成骨样细胞体外共同培养后通过扫描电镜观察细胞在上述材料中黏附和生长情况;采用细胞增殖实验(MTT法)评价上述材料对成骨样细胞增殖的影响;检测并比较上述材料细胞中血管内皮生长因子mRNA(VEGF mRNA)相对含量及其翻译表达水平的差异。综合上述实验结果,初步筛选出适宜成骨样细胞黏附、生长和增殖的复合材料,为进一步的体内成骨能力实验奠定基础并提供实验经验;并为今后将其作为骨修复及骨支架材料的研发提供生产加工的方法及生物学改进依据。研究结果表明:1.以硝酸钙和磷酸氢二铵为原料,采用沉淀-微波转化法可制备出长约150～250 nm、宽约100nm的短棒状纯相β-TCP纳米颗粒。这为生产工艺简单、快速高效制备纳米纯相β-TCP提供了一条新途径。2.通过“机械混合-碳酸氢钠造孔-压制成型”可制备出不同质量比的N,O-CMC/n-β-TCP多孔复合材料。经XRD及FTIR分析表明:β-TCP的纳米特性改善了N,O-CMC/n-β-TCP二者间界面的结合性能,提高了该复合材料的强度和韧性,克服了其它生物材料脆性大,不易塑形的缺点。该方法简单易行、实验周期短、耗能低,克服了常规制备方法对设备要求高、干燥过程耗时耗能及部分制孔剂有毒且不易去除等弱点;为进一步探寻低碳、环保制备骨组织工程材料提供方法和实验依据。3.三种材料的吸水率和孔隙率分别在65%及45%以上,材料内分布着50-400μm大小不一、形态各异的不规则孔隙,其中N,O-CMC与n-β-TCP质量比为1/1时材料的孔径最大。材料的抗压及抗弯强度分别在13.528MPa,10.52MPa以上,高于人体松质骨的抗压强度。4.三种比例复合材料降解过程中降解液的pH值基本保持在6.9以上,特别是当N,O-CMC/n-β-TCP质比为1:1时,pH值基本处于7.0～7.4之间,这有助于材料周围的体液pH值稳定在中性偏碱的状态,从而避免或减少无菌炎症的发生。材料在模拟体液中浸泡后,其表面均有类骨羟基磷灰石生成,且以二者质比为1:1时生成量最多,说明三种比例的复合材料均具有较好的骨引导生物活性,但质量比为1:1者性能最好。5.三种比例的复合材料与成骨样细胞体外共同培养后的扫描电镜观察表明细胞生长状态良好。成骨样细胞在材料中的增殖率(MTT法)由高到低依次为人工骨、二者质比1:1、二者质比2:1、二者质比1:2;其中,细胞在N,O-CMC/ n-β-TCP质比为1:1及对照人工骨上增殖结果相似,增殖多于另外二者且有统计学差别。材料中成骨样细胞内VEGF mRNA的转录及翻译水平由高到低表达的检测结果与MTT检测一致;既二者质比1:1与人工骨细胞中VEGF mRNA的转录及翻译水平接近,但明显高于另外二者且有统计学差别。综合以上实验结果,可以得出以下结论:三种不同比例的复合材料基本符合骨修复材料的性能要求,其中N,O-CMC/n-β-TCP质量比为1:1时的复合材料体外生物学性能最好。

全文目录

中文摘要  4-7
Abstract  7-13
英文缩略词表  13-15
第1篇综述  15-35
  第1章生物医学材料  15-24
    1 生物医学材料的发展概述  15-17
    2 骨生物材料分类  17-18
    3 常用的骨生物医学材料  18-22
    4 骨生物材料的发展趋势和展望  22-24
  第2章血管内皮细胞生长因子及其受体在血管和骨形成方面的研究进展  24-32
    1 血管形成的方式及形成的主要过程  24-25
    2 血管内皮细胞生长因子家族（VEGFs）及其受体  25-26
    3 VEGF-A 分类及其在血管和骨形成中的研究进展  26-28
    4 VEGF 受体及其在血管和骨形成中的研究进展  28-30
    5 VEGF-A 对各类骨细胞的影响  30-31
    6 小结  31-32
  第3章本论文的选题目的及意义  32-35
第2篇材料合成及其理化与降解性能检测  35-66
  实验 1 纳米纯相β-TCP 的制备及其测定  35-41
    1 前言  35
    2 纳米纯相β-TCP 的制备及检测  35-37
    3 结果与讨论  37-40
    4 本章小结  40-41
  实验2 N,O-CMC/纳米Β-TCP 多孔复合材料的制备及理化性能测试  41-56
    1 前言  41-42
    2 复合材料的制备  42-43
    3 N,O-CMC /β-TCP 多孔复合材料的性能测试  43-44
    4 结果与讨论  44-54
    5 本章小结  54-56
  实验3 复合材料在模拟体液中降解性能研究  56-66
    1 前言  56
    2 实验材料与方法  56-57
    3 复合材料浸泡后的性能表征和检测  57-58
    4 结果和讨论  58-65
    5 本章小结  65-66
第3篇复合材料生物学基础实验  66-83
  实验１复合材料和成骨样细胞MG63 体外相容性研究  66-74
    1 前言  66
    2 材料与方法  66-68
    3 结果  68-72
    4 讨论  72-73
    5 小结  73-74
  实验2 不同材料中 VEGF mRNA 含量及表达水平的检测  74-83
    1 前言  74
    2 材料  74-75
    3 方法  75-78
    4 结果  78-80
    5 讨论  80-82
    6 小结  82-83
第4篇全文总结  83-85
参考文献  85-99
作者读博期间所取得的成果  99-101
致谢  101

N，O-羧甲基壳聚糖/纳米β-磷酸三钙复合材料的制备及其生物学性能的基础研究

内容摘要

全文目录

相似论文