原位增强羟基磷灰石壳聚糖复合棒材

纳米羟基磷灰石复合材料是一种新型骨组织替代或修复材料。介绍了羟基磷灰石的特性、合成方法，总结了改性研究及应用，阐述了纳米羟基磷灰石复合材料生物相容性。

在目前仿生制备骨缺损修复材料研究的基础上,利用冷冻干燥技术结合原位复合方法在成分仿生的基础上进行结构仿生制备骨缺损修复材料。充分利用壳聚糖的溶解、沉析和羟基磷灰石形成特性,在室温下实现了纳米羟基磷灰石在多孔支架中的纳米分散。研究结果表明,利用冷冻干燥原位构筑的多孔支架材料拥有很好的相互贯穿多孔连通结构,孔径分布为100～136μm,孔隙率达到96.1%。此外,原位形成的纳米羟基磷灰石(95nm)对于多孔支架还起到了纳米增强作用,支架表现出良好的力学性能,可以根据不同缺损形状实现随意赋行。体外生物活性测试表明,该支架材料具有很好的生物活性,是一种优越的潜在骨缺损修复支架材料。

采用共滴定法制备了羟基磷灰石/胶原复合粉体,通过凝胶-冷冻干燥法制备了羟基磷灰石/胶原-魔芋葡甘聚糖多孔支架.分析了碱加入量对支架显气孔率、孔径及强度的影响.xrd与tem结果显示复合粉体中无机相为纳米羟基磷灰石.所制备的支架显气孔率在80%以上,抗压强度在0.45~1.31mpa,sem结果显示孔径分布在100~300μm.细胞相容性实验证明表明细胞在支架上生长良好.

采用沉淀法合成羟基磷灰石粉体,将r2oal2o3b2o3sio3体系玻璃粉按一定的比例与hap粉混合,采用等静压成型和干压法成型2种成型方法对羟基磷灰石玻璃复合粉体成型,分别在1150℃、1200℃、1250℃下微波烧结。利用xrd、ir和sem等手段对烧结过程中的相变和陶瓷显微结构进行研究,结果表明随着烧结温度的升高,羟基磷灰石玻璃复合陶瓷的结构逐渐致密;烧结温度低于1200℃时主晶相没有发生明显变化,当烧结温度达到1250℃时等静压成型的样品中hap发生了明显的分解;等静压成型的羟基磷灰石—玻璃复合陶瓷的致密度优于普通干压法成型的陶瓷。

中国组织工程研究第20卷第16期2016–04–15出版 chinesejournaloftissueengineeringresearchapril15,2016vol.20,no.16 p.o.box10002,shenyang110180www.crter.org2412 ·研究原著· www.crter.org 庄颖，男，1979年生， 贵州省凯里人，侗族， 2011年解放军第三军医 大学毕业，博士，主治医 师，主要从事脊柱相关疾 病的基础及临床研究。 通讯作者：徐永清，教授， 博士生导师，解放军成都 军区昆明总医院全军骨 科中心/干细胞与组织器 官工程研究中心，云南省 昆明市650032 中图分类号:r318 文献标识码:a 文章编号:2095-4344 (2016)16-02412-06 稿件接受

骨组织工程是修复骨缺损最有前途的方法,寻找理想的支架材料是目前骨组织工程研究的热点之一。近年来采用仿生学原理制备的增强型纳米羟基磷灰石聚乳酸复合支架材料因具有良好的生物相容性和生物降解性而广泛研究。该文就纳米羟基磷灰石-聚乳酸复合支架材料的制备、力学性能及影响因素、与骨髓间充质干细胞复合构建组织工程化骨、与骨形态发生蛋白复合构建活性人工骨的成骨性能研究现状作一简要综述。

为了探讨丝素蛋白/羟基磷灰石(sf/ha)复合多孔支架材料的制备及其用于骨缺损的修复,采用超声波凝胶干燥法制备了sf/ha复合材料;以脱胶茧丝为增强材料,水溶性淀粉为制孔剂,通过去离子水萃取法除去淀粉,制备了sf/ha多孔复合材料。对其孔隙率及抗压强度进行测试,并将其植入兔股骨缺损处观察修复的情况。sf/ha多孔复合材料的孔隙率接近75%,孔径尺寸分布约从几微米到400μm,并且孔隙之间相互贯通,其抗压强度可达10mpa以上,植入兔股骨缺损处未见引起骨组织明显的炎症反应及骨坏死,术后12周发现基本修复骨缺损部位,而空白对照组没有骨生成。sf/ha多孔复合材料可以满足骨组织工程支架的基本要求,用于骨缺损的修复。

目的:初步评价牙体修复性纳米羟基磷灰石复合材料的生物相容性,为其临床应用的安全性提供实验室依据。方法:采用iso评价标准中的部分体内试验方法,通过不同途径进行动物急性毒性实验、热原实验、过敏实验、口腔黏膜刺激实验、皮肤刺激实验,根据相关标准评价该材料的生物相容性。结果:该新型材料对生物机体无致热性、无致敏性、无刺激性,无明显急性毒性。结论:牙体修复性纳米羟基磷灰石复合材料对机体组织无明显毒害作用,具有良好的生物相容性。

目的比较复合不同剂量血管内皮生长因子(vegf)的纳米羟基磷灰石/胶原蛋白复合骨(nhac)修复骨缺损的效果。方法将纳米羟基磷灰石粉末和胶原蛋白粉末按8∶2的比例混合制备nhac人工骨,再将混合粉末与含10ng、100ng、300ngvegf的蒸馏水按1∶1.8的质量比调和制备nhac/vegf人工骨。建立大鼠双侧桡骨0.5cm缺损动物模型30只,按随机原则分为5组。以nhac/10ngvegf、nhac/100ngvegf、nhac/300ngvegf人工骨植入骨缺损处进行修复作为实验组,以nhac人工骨植入组及空白组作为对照组。术后2、4、8周各组行组织学及免疫组织化学检查,观察材料早期血管化及成骨情况。结果各时间点组织学评分以及血管计数均为nhac/300ngvegf人工骨组最高,于其他各组比较差异有统计学意义。各实验组血管数量在4周时达到高峰,而nhac组血管数量在8周时最多。结论血管内皮生长因子能明显促进nhac早期血管化及新骨形成,比单纯应用nhac能更好的修复骨缺损,并且随着vegf剂量的增加,新生血管数量和新骨形成量均相应增加。

低温下,通过将水热合成的纳米羟基磷灰石浆料与中性胶原溶胶共混和在中性胶原中原位形成羟基磷灰石两种方法制备羟基磷灰石/胶原复合材料,采用xrd、ftir、扫描电镜、透射电镜和力学性能测试等方法对两种复合材料的特性进行了表征。通过对两种方法制备的复合材料的特性进行比较,发现两种方法均制备得到了纳米羟基磷灰石/胶原复合材料,复合材料在晶相组成、化学组成、纳米羟基磷灰石晶体尺寸、胶原纤维的结构等方面都与天然骨相似。但原位合成纳米羟基磷灰石晶体的结晶度比水热合成的纳米羟基磷灰石更接近于自然骨,原位合成的羟基磷灰石/胶原复合材料的均匀性、界面结合紧密度、力学性能等方面均优于共混法。原位合成法是改善纳米羟基磷灰石/胶原复合材料均匀性和力学性能的有效方法。

采用化学沉淀法合成了丝胶蛋白(ss)/羟基磷灰石(hap)复合材料,并研究了矿化时间对复合材料的影响.x射线衍射(xrd)、傅里叶变换红外光谱(ftir)、透射电镜(tem/hrtem)和扫描电镜(sem)表征结果表明:在较短的矿化时间内,合成的ss/hap为直径约20nm的复合颗粒;随着矿化时间的延长,这些复合颗粒能够沿轴方向组装并融合成类牙釉结构的较大晶体.文章讨论了其可能的组装机制.

通过体外模拟天然骨生物矿化和材料自组装的形成机制,研究制备了类骨羟基磷灰石/胶原仿生复合材料并对材料进行了表征。结果表明:纳米羟基磷灰石均匀分布在胶原基质上并择优取向排列,该复合材料的成分和微观结构与天然骨类似。

探讨n-ha/ldi-g/nvcm复合体的制备方法以及其物理特性。对载有0%、1%、2%、5%和10%nvcm的复合体材料分别测定其抗压强度和断裂强度,再通过x射线衍射和扫描电镜分析其固化产物和表面结构的变化。结果表明不同载药组抗压强度和断裂强度会有所不同。nvcm的载入不影响n-ha/ldi-g的固化,不会反应产生新的产物;nvcm的含量在复合体中一定的比例范围内,并不会对复合体的抗压强度和断裂强度造成影响,而超过一定范围后,则会降低其抗压强度和断裂强度。

以ca(oh)2和h3po4为反应物,通过溶胶-凝胶法制备了羟基磷灰石(ha)粉体;用机械混合法制备了tih2包覆ha的粉体;用热压法制备了纯ha陶瓷材料及ha/ti复合材料.xrd相分析结果表明:通过溶胶-凝胶法制备的ha粉体,经过900℃煅烧2h后,粉体的主晶相为ha,有少量的cao;ha/tih2包覆粉末经1050℃热压后,复合材料中的主要相是ha和ti,同时出现了ca2p2o7和ca3(po4)2相.1050℃热压的ha/25%ti(体积分数)复合材料的断裂韧性为2.4mpa.m-1/2,抗弯强度为54mpa,均高于纯ha材料.显微组织的观察表明金属钛在材料中呈网状分布,网状分布的金属相能够通过裂纹桥接机制阻止ha基体中的裂纹的扩展.

以蚕丝丝素蛋白(sf)作为羟基磷灰石(ha)沉积的模板,制备ha/sf复合粉末,用扫描电镜(sem)、热重分析(tga)、x射线衍射(xrd)和傅立叶变换红外光谱(ft-ir)对复合粉末进行分析和鉴定。结果表明,合成产物是ha/sf复合物,其平均粒径约为275.7nm,其中丝素蛋白含量为17.8%(质量分数)。复合粉末经等静压成型后能够制得弯曲和压缩强度分别为19.87mpa和28.65mpa的ha/sf复合材料,以nacl为致孔剂能够制得平均孔径约为61μm、孔隙率为40%的多孔ha/sf复合材料。

再生丝素蛋白具有良好的生物相容性,羟基磷灰石同时还具有成骨诱导性。通过将再生丝素蛋白制备形成丝素蛋白多孔材料,并在37℃下将其浸渍于模拟体液中可以制备再生丝素蛋白/羟基磷灰石多孔复合材料。扫描电镜研究发现在再生丝素蛋白多孔材料的孔隙中羟基磷灰石由针状晶体聚集而成,红外光谱和xrd等表征表明复合材料中羟基磷灰石以羰基取代的羟基磷灰石存在。制备的再生丝素蛋白/羟基磷灰石多孔材料有望作为骨组织修复材料使用。

羟基磷灰石(ha)是骨组织中无机物的主要成分。利用丝胶蛋白(ss)良好的生物相容性、生物降解性、细胞相容性,以及含有的羧基和羟基能与ca2+紧密结合的特点,将氢氧化钙和磷酸以湿法合成的羟基磷灰石按一定的比例加入到浓缩后的丝胶蛋白溶液中,经冷冻干燥制备成丝胶蛋白/羟基磷灰石复合支架材料,期望用于骨替代和骨缺损修复。对丝胶蛋白/羟基磷灰石复合支架材料进行扫描电镜(sem)、x射线衍射(xrd)、红外吸收光谱(ftir)、热力学性能以及力学性能等检测,并探讨不同原料配比对材料结构与性能的影响。结果表明,丝胶蛋白/羟基磷灰石复合支架材料的孔隙分散均匀,孔隙率33.0%～62.5%;支架材料中的ha呈弱结晶态,与人体骨组织中ha的晶体态相似,丝胶蛋白分子呈β折叠结构;随着复合支架材料中ha的比例不断增加,材料的热分解温度提高,热学性能改善,当ha的质量分数达到50%时,弹性模量增大到15.64mpa,呈现较好的结构性能。

寻找理想的骨修复材料一直是骨科材料领域研究热点。自然骨是由纳米羟基磷灰石和胶原构成的纳米复合材料。源于仿天然硬组织构想的纳米磷灰石-有机高分子复合材料是把高韧性的高分子基质与高刚性的纳米无机磷灰石晶体巧妙结合,使其最大程度地实现两种成分的优势互补和协同优化,赋予仿生纳米复合材料高强韧的力学性能。与组成同样重要的是结构因素,这种材料包括不同尺寸的架构组织和可控取向。纳米羟基磷灰石/高分子复合材料已成为骨组织修复材料领域的研究热点和发展方向。本文综述了近些年用于人体骨组织修复材料的纳米羟基磷灰石/天然(或非天然)高分子材料的制备技术、性能等方面研究进展及现状,并对其发展提出了展望。

了解丝素蛋白(silkfibroin,sf)表面修饰的羟基磷灰石(hydroxyapatite,ha)修复骨缺损过程中,实验动物血液流变学和骨缺损修复区血流量的变化。选择20只新西兰白兔,制作15mm长的桡骨节段性骨缺损模型,根据植入不同移植材料分为实验组和对照组,实验组于动物左侧桡骨缺损区植入mscs复合sf表面修饰的ha培养制备的组织工程骨,对照组植入mscs复合ha培养制备的组织工程骨,观察各组动物术后7、14d血液流变学和术后14d骨缺损修复区血流量的变化。实验组与对照组比较,血液流变学指标和骨缺损修复区血流量差异显著,实验动物全身血液粘度降低,骨缺损修复区的局部血流量增加。sf表面修饰对以ha为支架材料组织工程骨的修复作用有明显优化作用。

由纳米羟基磷灰石(ha)与丝素蛋白(sf)复合而成的新型生物复合材料,具有优良的生物相容性,已被研究用作骨移植及填充材料,但其由丝素蛋白分子内交联导致的较差的力学性能,限制了该复合材料的应用。本研究中,采用一种名为聚乙二醇二缩水甘油醚(pgde)的交联剂对复合材料中的丝素蛋白进行改性。该改性的复合材料经过一系列的检测,结果显示交联剂pgde可以提高丝素蛋白的结晶性,复合材料ha/sf的抗压强度提高了100%,且该交联剂并没有影响复合材料的生物相容性。

近年来,随着组织工程的深入研究,骨组织工程受到学者越来越多的重视。目前,骨组织工程的研究重点集中在支架材料、种子细胞、骨构建的相关生长因子等三个方面。纳米羟基磷灰石(nanohydroxyaptite,nhap)属于陶瓷类材料,有利于人体骨组织的修复、整合及改善植入组织的力学性能,因其优良的生物性能而备受关注,nhap已作为骨

通过优化的加工条件制备了羟基磷灰石/热致液晶高分子(ha/vectraa950)复合材料仿生人工骨,研究了ha含量对复合材料显微结构和力学性能的影响,分析了ha与vectraa950共混后的力学性能以及界面结合问题。研究结果表明:当ha与vectraa950的质量比小于10∶100时,复合材料呈现明显的皮芯结构,皮层液晶微纤高度取向,ha主要分散在芯部,其模量和强度达到或超过天然骨的力学性能;随着ha含量的增加,皮芯结构逐步减弱并消失,而缺陷显著增加。当ha与vectraa950的质量比增加到20∶100,复合材料的力学性能、尤其是韧性显著降低,这可能是由于ha颗粒与液晶基体之间的结合较差导致的。为保证复合材料仿生人工骨的生物活性,ha的含量应与天然骨接近。因此,需对ha和vectraa950的界面进行改性以提高其结合性能。