原位水化法制备羟基磷灰石壳聚糖复合支架材料

采用溶胶-凝胶法制备硅灰石-磷灰石(aw)纳米前驱体粉,并结合有机泡沫浸渍工艺、物理包被壳聚糖(cs)法制备aw/cs复合支架材料。以扫描电镜、抗压强度测试仪对支架材料的显微结构和力学性能进行表征,把兔骨髓基质干细胞(bmscs)与支架材料体外复合培养评价材料的细胞相容性,将细胞与支架材料一起构建体外组织工程骨植入兔的骨缺损处,用组织学的方法评价支架材料的生物相容性和成骨能力。结果表明:复合支架材料具有大孔/微孔结构、孔隙分布均匀和相互贯通的优点,大孔孔径在100～500μm,孔隙率为80%～90%,复合支架材料适宜骨髓基质干细胞(msc)黏附、增殖和分化,无细胞毒性。细胞复合材料的动物体内研究表明:mscs与aw/cs复合支架材料体外构建的新型组织工程骨具有较高的成骨能力和良好的骨缺损修复能力。

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。

随着骨组织工程学研究的逐步深入,人工骨移植材料的研究得到全新的发展。骨组织工程应用于骨缺损修复的价值己被人们接受,其中支架材料研究是骨组织工程的核心内容和中心环节。羟基磷灰石(ha)是公认的性能良好的人工骨材料,大量的生物相容性实验证明羟基磷灰石无毒、无刺激、不破坏生物组织,并能与骨形成牢固的化学结合具有很好的生物

研究利用造孔剂法制备高度贯通的多孔羟基磷灰石(ha)支架,孔隙率约为78%,并利用聚己内酯(pcl)分别复合纳米ha(nha)或微纳米生物玻璃(nbg)粉末对其进行涂覆改性,粉末的添加量均为10%~40%(质量分数)。4种类型支架分别记为ha、pcl/ha、nha-pcl/ha和nbg-pcl/ha。实验结果发现,nha-pcl/ha和nbg-pcl/ha复合支架最大抗压强度分别为1.41~1.98mpa和1.35~1.78mpa。4类支架矿化实验显示,浸泡21d后nbg-pcl/ha表面促进生成较多的磷灰石矿化物;细胞实验结果显示细胞在4类支架上均生长良好,说明支架具有良好的生物相容性。支架在实验犬背部肌肉组织内植入2个月的组织学检测显示,4种支架内均有新骨形成,尤其是nha-pcl/ha和nbg-pcl/ha孔内有更多的新生骨组织,说明这两种支架表面复合涂层中的生物活性纳米颗粒对诱导新骨生成具有积极的促进作用。

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

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。

以熔融法制备可加工生物玻璃陶瓷的基础配方及分相机理为基础,采用溶胶-凝胶法分别制备了金云母和羟基磷灰石粉体,并由复合工艺制备了金云母/羟基磷灰复合材料。通过dta、xrd、sem等对粉体及材料进行了分析,结果表明:采用溶胶-凝胶法可制备出以钠金云母为主晶相的粉体,将该粉体与溶胶-凝胶法制备的羟基磷灰石粉体进行混合可制备出可加工性生物活性材料。

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。

纳米羟基磷灰石（nhap）是一种性能优良的骨修复材料,但由于其脆性大、强度低而限制了它在承力部位的应用。nhap与其他材料复合可以提高材料生物相容性和力学性能,具有更大的临床应用前景。现就各种nhap复合支架的种类,以及nhap复合材料与骨形态发生蛋白、骨髓间充质干细胞复合来构建组织工程化骨的研究现状进行简要综述。

本文以氢氧化钙悬浮液和磷酸为主要实验原料,在室温25℃,ph值为11的条件下,用共滴定的方法合成羟基磷灰石。把羟基磷灰石粉与一定量的胶原蛋白溶液混合,经过物理发泡、冷冻、微波干燥的过程,得到羟基磷灰石/胶原蛋白多孔支架材料。运用xrd、sem分析仪器和阿基米德原理及杠杆原理,对样品进行了检测。结果表明用物理发泡法制得的多孔支架材料的总气孔率为79%～89%,抗压强度为0.3～1.1mpa。

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.

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

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。

以饱和ca(oh)2上清液、磷酸和胶原蛋白为原料,在36～39℃、ph=8～9条件下,用共滴定法制备纳米羟基磷灰石/胶原蛋白复合支架材料。用xrd、sem、tem、ir对材料的晶相结构、结晶程度、化学键结构、微观形貌、晶粒大小进行分析。结果表明:复合材料由低结晶度的纳米羟基磷灰石(5nm×60nm～20nm×100nm)和胶原蛋白纤维组成,二者之间形成了紧密键合。

羟基磷灰石(hap)作为一种新型非贵金属型催化剂,具有强的吸附性和离子替换性,通过有机改性,金属、金属氧化物掺杂和负载其它复合催化剂,可以赋予其优异的催化活性和吸附性能而用于降解有机污染物和有害气体。本文综述了近年来改性羟基磷灰石在催化领域的最新研究进展,重点阐述了通过金属离子置换、hap包覆、hap负载其它催化剂、有机改性hap所构建的复合催化剂的性能及其在有毒气体清除和污染物净化处理中的应用,总结了研究中存在的问题和发展趋势。

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。

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。

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。

背景:聚乳酸/壳聚糖纤维复合支架材料既可提高支架的力学性能,又可中和聚乳酸的酸性降解产物,提高生物相容性,从而满足组织工程支架的要求。目的:制备用于组织工程的聚乳酸/壳聚糖纤维复合支架。方法:采用热致相分离法制备了聚乳酸/壳聚糖纤维复合支架。测定了复合支架的微观形貌、孔隙率、压缩模量、降解特性、蛋白质吸附特性。结果与结论:复合支架具有纳米微米共存的亚微观结构。在聚乳酸纳米纤维网络中引入壳聚糖纤维,有效地增强了复合支架的压缩模量和蛋白质吸附能力,复合支架压缩模量为纯聚乳酸纳米支架的3.75倍,蛋白质吸附能力比纯聚乳酸纳米支架提高了112%。体外降解实验表明复合支架降解液的ph值随时间的下降明显变缓。提示,在聚乳酸纳米纤维网络中引入壳聚糖纤维,可有效增强支架的压缩模量,提高蛋白质吸附能力,并可有效减缓聚乳酸降解过程中ph值的下降,克服酸性产物引发的无痛性炎症问题。

为了改善羟基磷灰石(hap)的脆性和新骨诱导性,采用共沉淀法合成hap,盐溶法制备丝素蛋白(sf),在胶体状态下将hap和sf复合得到了sf/hap复合材料。采用扫描电镜(sem)、x射线衍射(xrd),傅立叶红外光谱(fir)对复合材料结构和化学组成进行了分析,在模拟体液中检验了复合材料的生物活性,并对其抗压强度进行了测定。结果表明:hap与sf在纳米尺度进行了复合,复合材料中sf主要以β-折叠构象存在,酰胺ⅴ红外特征峰消失,β-折叠构象的其他峰发生了移动,表明hap与sf间存在化学结合;模拟体液中浸泡18天后,复合材料表面形成了片层状的hap;与纯的hap晶体比较,复合材料结构稳定,具有较好生物活性和骨诱导性,其抗压强度可达63mpa,可望成为理想的骨组织替换和工程支架材料。