骨组织工程用磷酸化壳聚糖复合材料的研究

摘要

由于单一材料很难满足骨组织工程对支架材料的要求，因而采用不同性质的材料进行复合以获得具有新性能的杂化支架材料成为当前生物材料研究的热点。
　　羟基磷灰石(hydroxyapatite, HA)具有与自然骨无机矿物质相似的化学组成，而且具有较高的机械强度和良好的生物活性，但它的脆性和极低的生物降解速度在某种程度上却限制了其在骨组织工程中的应用。壳聚糖(chitosan, CS)是一类重要的碱性天然多糖，由于其具有良好的生物降解性、可生物再生性、无毒、生物相容性及生物功能性，因此在生物医用领域具有广阔的应用前景。但是壳聚糖不具备生物活性，而且机械强度较低，因而难以用于复杂部位骨的修复重建。通过将壳聚糖/羟基磷灰石复合可克服两种单组分材料各自的不足。虽然对于壳聚糖/羟基磷灰石复合材料的研究已有很大的进展，但直到目前为止，由于有机和无机两相相互作用不足等多种原因，这方面的研究成果仍很少能够应用于临床。
　　为了获得更好的综合性能，许多研究人员又添加进入一种生物高分子材料作为增强相，比如加入磷酸化壳聚糖(phosphorylated chitosan, PCS)。对材料进行化学改性是使其具备新性能的主要方法之一，氨基和羟基的存在使壳聚糖在改性反应方面具有极大的优势，近年来，很多种化学方法已经应用于壳聚糖磷酸化衍生物的制备，磷酸化壳聚糖具有吸附金属离子的作用和生物相容性。因此，如果综合羟基磷灰石、壳聚糖和磷酸化壳聚糖这三相材料的优势，很有希望开发出一种新型骨组织工程用生物复合材料。
　　本文通过壳聚糖与磷酸等试剂之间所进行的化学反应制备了磷酸化壳聚糖，并通过共沉淀法制备了质量比不同的PCS/CS/HA复合材料粉末，同时将复合材料成型为了棒材用于压缩强度测试。通过对磷酸化壳聚糖的分析表明，本文对壳聚糖所进行的磷酸化改性是成功的。此外，本文还研究了陈化过程对羟基磷灰石性能的影响，结果表明陈化可以提高晶体的稳定性并获得晶形完整的沉淀。对复合材料棒材进行了压缩强度测试，当PCS/CS/HA复合材料三者质量比为30/30/40时，压缩强度为70.25MPa，是本文中的最大值，在骨组织工程方面具有很大的应用潜力。
　　本文进一步研究了质量比为30/30/40的复合材料片材在模拟体液(simulated body fluid, SBF)中的生物活性，结果表明片材表面的微孔结构对成骨细胞的黏附及增殖具有促进作用，用柠檬酸水溶液作为赋形剂所成型的复合材料由于含有柠檬酸根而具有更好的生物活性。复合材料棒材在模拟体液中浸泡20天后仍保持原来压缩强度的64％。同时对生物矿化机理及生物降解机理进行了探讨。此外，还制备出了符合骨组织工程基本压缩强度要求的支架材料。

目录

骨组织工程用磷酸化壳聚糖复合材料的研究

Research on Phosphorylated Chitosan Composites for Bone Tissue Engineering

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 引言

1.2 骨组织工程

1.3 羟基磷灰石的性能

1.4 壳聚糖的化学改性

1.5 磷酸化壳聚糖的合成方法

1.6 本文的研究目的及主要研究内容

第2章实验材料及设备

2.1 实验材料

2.2 复合材料的制备

2.3 复合材料的成型

2.4 复合材料的体外模拟实验

2.5 表征及性能测试

2.6 本章小结

第3章复合材料的制备与表征

3.1 前言

3.2 复合材料的制备及成型

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

第4章复合材料的生物活性及生物降解性研究

4.1 引言

4.2 复合材料片材成型及模拟体液配制

4.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

第5章支架材料的成型及初步研究

5.1 引言

5.2 支架材料的成型及孔隙率测定

5.3 实验结果与讨论

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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致谢