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魔芋葡甘聚糖、胶原蛋白及羟基磷灰石复合骨支架的研究

作　者: 陈寰贝
导　师: 陈庆华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料学
关键词: 魔芋葡甘聚糖羟基磷灰石胶原蛋白组织工程支架材料
分类号: R318.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

羟基磷灰石(HAP)和胶原蛋白(Col)是天然骨中主要的化学成分,以HAP/Col复合制备支架一直是骨组织工程研究的热点。羟基磷灰石和胶原蛋白虽然都具有良好的骨引导性和良好的生物相容性,然而存在着不易成型及成型后强度过低的缺点。魔芋葡甘聚糖(KGM)有良好的成型性能,并且还拥有良好的生物相容性能。因此本文先采用共滴定法制备了nanoHAP/Col粉体,然后用凝胶和冷冻干燥法将KGM与nanoHAP/Col粉体复合形成三维网络多孔支架。旨在利用KGM良好的成型性能克服HAP和Col不易成型的缺点,制备可用于骨组织工程的多孔支架材料。主要工作分为以下两部分：(1)以饱和Ca(OH)2上清液、磷酸、胶原蛋白为原料,共滴定法制备的nanoHAP/Col复合粉体。用XRD、FTIR、TEM、TG对材料进行表征,研究复合材料的组成以及HAP和col的相互作用方式。结果表明复合粉体粒径分布在10-100nm之间,无机相主要由羟基磷灰石组成,含有部分缺钙羟基磷灰石。胶原蛋白在制备的过程中随水的流失含量低于反应加入量,最终在复合粉体中的含量为5%左右。复合粉体中羟基磷灰石与胶原蛋白产生了键的结合,复合良好。(2)用凝胶及冷冻干燥法制备羟基磷灰石/胶原/魔芋葡甘聚糖(HAP/Col/KGM)复合支架。采用四因素三水平正交实验方法对复合支架制备工艺进行了优化分析研究。通过对复合支架显气孔率、平均孔径和抗压强度的讨论,得到氨水、KGM、HAP/Col和冷冻温度对复合支架的影响规律,并对支架显气孔率、平均孔径和抗压强度三者进行了综合评分。结果表明氨水用量对HAP/Col/KGM显气孔率、平均孔径、抗压强度及整体性能影响最大。随着氨水用量增大产生的交联作用越强,显气孔率越低,强度越高,凝胶过程中留下的气孔越多,平均孔径越大。HAP/Col的加入增加了冰晶成核点,提高了支架的显气孔率,但使强度降低,并降低了冷冻温度对冰晶尺寸的影响。随着魔芋葡甘聚糖用量的增加,凝胶网络体基质增加,支架的强度增加显气孔率下降。但总的来说魔芋葡甘聚糖和冷冻温度对支架的影响较小。通过细化实验得到当氨水用量为0.08ml时、KGM用量为2.0g、HAP/Col用量为4.0g、冷冻温度为-15℃时为最优方案。其显气孔率为89.69%,平均孔径为201.02μm,抗压强度为1.22MPa,复合骨组织工程支架的要求。(3)并对支架进行了XRD、IR、SEM、体外细胞相容性实验、体内种植实验及降解率分析。结果表明支架中KGM通过脱乙酰基交联形成三维网络结构,而羟基磷灰石/胶原蛋白复合粉体通过与KGM形成物理结合而共同形成三维多孔支架。支架的细胞相容性良好,有一定的降解性能,在体外前9周时降解较快之后降解缓慢,并随着交联程度的上升降解性能下降。在体内支架中的HAP能完全降解,KGM能被降解但速度比HAP缓慢。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 骨组织工程  9
  1.2 骨组织工程支架生物材料  9-15
    1.2.1 天然高分子材料  10-11
    1.2.2 人工合成高分子材料  11-13
    1.2.3 无机材料  13-15
  1.3 本课题研究的目的和内容  15-17
第二章基础理论  17-27
  2.1 羟基磷灰石  17-19
    2.1.1 羟基磷灰石的组成和晶体结构  17-18
    2.1.2 羟基磷灰石的物化学性质  18
    2.1.3 羟基磷灰石的生物学性质  18-19
  2.2 胶原蛋白  19-23
    2.2.1 胶原和胶原蛋白  19
    2.2.2 胶原蛋白的存在  19-20
    2.2.3 胶原蛋白的种类  20
    2.2.4 胶原蛋白的结构和性质  20-22
    2.2.5 胶原蛋白的生物特性  22-23
  2.3 魔芋葡甘聚糖  23-27
    2.3.1 魔芋葡甘聚糖的结构  23-24
    2.3.2 魔芋葡甘聚糖的理化性质  24-25
    2.3.3 魔芋葡甘聚糖的力学性能  25-26
    2.3.4 魔芋葡甘聚糖的生物学性能  26-27
第三章羟基磷灰石/胶原蛋白复合材料的制备和表征  27-36
  3.1 实验设计  27-28
  3.2 材料及仪器  28
  3.3 实验过程  28-29
  3.4 检测与表征  29
    3.4.1 X射线衍射(XRD)分析  29
    3.4.2 傅立叶转换红外光谱(FTIR)分析  29
    3.4.3 透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射分析  29
    3.4.4 热重(TG)分析  29
  3.5 结果与讨论  29-35
    3.5.1 HAP/Col复合粉体XRD分析  29-30
    3.5.2 HAP/Col复合粉体TEM分析  30-31
    3.5.3 HAP/Col复合粉体TG与DSC分析  31-32
    3.5.4 HAP/Col复合粉体IR分析  32-35
  3.6 结论  35-36
第四章魔芋葡甘聚糖/羟基磷灰石/胶原蛋白复合骨支架的研究  36-58
  4.1 实验设计  36-38
    4.1.1 实验方案及技术路线  36
    4.1.2 正交实验设计  36-38
    4.1.3 细化实验设计  38
  4.2 材料及仪器  38-39
  4.3 实验过程  39-40
  4.4 检测与表征  40-43
    4.4.1 支架显气孔率的测量  40
    4.4.2 支架孔径的测量  40
    4.4.3 支架抗压强度的测定  40-41
    4.4.4 支架综合性能的评判标准  41
    4.4.5 X射线衍射(XRD)分析  41
    4.4.6 傅立叶转换红外光谱(FTIR)分析  41
    4.4.7 扫描电镜(SEM)分析  41-42
    4.4.8 体外骨髓间充质干细胞(BMSC)相容性实验  42
    4.4.9 体外降解性能实验  42-43
    4.4.10 体内种植实验  43
  4.5 结果与讨论  43-56
    4.5.1 正交实验分析  43-48
    4.5.2 细化实验分析  48-49
    4.5.3 支架的XRD分析  49-50
    4.5.4 支架的IR分析  50-51
    4.5.5 支架的扫描电镜分析  51-52
    4.5.6 支架的细胞相容性分析  52-53
    4.5.7 支架体外降解性能分析  53-54
    4.5.8 体内种植分析  54-56
  4.6 结论  56-58
第五章全文结论  58-60
致谢  60-61
参考文献  61-67
附录A 攻读硕士学位期间发表的论文  67-68
附录B 相关数据  68

魔芋葡甘聚糖、胶原蛋白及羟基磷灰石复合骨支架的研究

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