丝胶蛋白/羟基磷灰石复合支架材料的制备及性能

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。

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。

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。

以含ca2+和po34-的溶液为无机相,壳聚糖(chitosan,cs)溶液为高分子相,采用原位水化法制备羟基磷灰石(hydroxyapatite,hap)/cs复合多孔支架材料。xrd和ir的表征和分析表明水化24h后,复合支架中的钙磷盐从磷酸氢钙(dicalciumphosphatedehydrate,dcpd)转化为hap。sem和eds显示15μm左右的棒状hap颗粒均匀地分散在多孔支架的孔壁上,压缩强度的测试结果表明这种结构显著提高复合支架的力学性能。

采用硝酸钙-丝素蛋白溶液与磷酸钠反应仿生合成纳米羟基磷灰石/丝素蛋白(n-ha/sf)复合材料,并以nahco3和nacl为致孔剂制备了多孔复合支架材料,采用tem、ir、sem和edx对其进行了表征。结果表明,复合材料中ha的粒径在20~50nm之间,是一种co32-部分替代型弱结晶类骨针晶,在形貌和尺寸等方面类似于人体骨磷灰石晶体;ha和sf两相间存在强烈的键合作用,复合支架材料呈高度多孔结构,孔壁上富含微孔,孔隙间贯通性高。edx分析结果表明,ha在有机基体中分布均匀,钙磷元素比为1.66,当复合材料和致孔剂的比例为1∶0.5时,其抗压强度可达20.23mpa。

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

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。

用氢氧化钙与磷酸湿法合成羟基磷灰石,加入丝素蛋白以诱导羟基磷灰石晶体的定向生长,以仿生的方法得到复合颗粒。通过扫描电子显微镜(sem)、电子探针分析(eds)、x-射线衍射(xrd)、红外吸收光谱(ft-ir)、粒径分析仪等检测手段,探讨了制备工艺条件对羟基磷灰石丝素复合粉体制备的影响及其合成机理。结果表明,制备的复合颗粒为纳米级粉体,长度在100～400nm,宽度在30～80nm之间。丝素蛋白可以诱导羟基磷灰石形成针状晶体,晶体的长轴方向沿着c轴方向,这是因为丝素蛋白与羟基磷灰石之间的相互作用造成的。并且随着丝素蛋白加入量的增加,长径比增加,随着温度的增加,结晶度增加,其组成和结构与人骨组织中纳米微晶非常相似。由于羟基磷灰石丝素蛋白复合纳米粒子与人骨中磷灰石微晶的相似性以及基体材料的可降解性,这些材料被赋予优异的骨诱导性能和可降解性能,在骨修复或骨固定材料方面有着潜在的用途,可以为适合于临床应用的ha产品提供优质的粉体原料。

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。

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。

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。

应用共混法制备了纳米羟基磷灰石/丝素蛋白复合支架材料,通过体外降解和细胞培养实验研究了复合支架材料的降解特性和生物相容性.体外降解实验结果显示,复合支架材料具有稳定的降解能力;在降解过程中,羟基磷灰石由于与降解液发生钙、磷等离子的交换,使其结晶得到了进一步生长和完善.利用细胞计数法、四甲基偶氮唑盐(mtt)比色法和碱性磷酸酶(alp)活性测定等分析了复合支架材料的生物相容性,结果表明,mg63细胞在复合支架材料上具有良好的粘附、增殖能力,并可引起早期的骨分化.因此,纳米羟基磷灰石/丝素蛋白复合支架作为骨组织工程的支架材料具有良好的应用前景。

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。

以共沉淀法制备了羟基磷灰石/丝蛋白(ha/sf)复合骨修复材料,并对材料进行了xrd、tem、sem、孔径分布和孔隙率等相关的测试和表征。结果表明:该复合材料的无机组分为20~30nm长、5nm宽的棒状羟基磷灰石(ha)结晶,这些晶粒沿c轴自组装团聚成簇分散在丝蛋白基质中形成三维多孔结构,其孔径分布在0.3~115μm之间,开口孔隙率达66%。该材料植入动物体内,未出现明显的排异反应,在植入部位有连续的骨性连接和新生骨形成,说明ha/sf复合材料具有良好的生物相容性和骨诱导活性。

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。

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。

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。

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。

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。

目的评价丝素蛋白-羟基磷灰石类骨质复合生物材料的生物相容性。方法体外研究将成骨样细胞株mg-63细胞与不同材料进行复合培养,利用倒置显微镜、四甲基偶氮唑盐比色(mtt)法进行生物相容性评价;体内研究将不同材料植入新西兰大白兔股骨髓腔,分别在4周、8周取出标本,he、新三色染色后观察新骨生成情况。结果在体外、体内实验中丝素蛋白-羟基磷灰石类骨质复合生物材料组均显示出良好的生物相容性。结论丝素蛋白-羟基磷灰石复合生物材料具有良好的生物相容性,为新型骨替代材料的制备及应用提供新的思路。

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.