类人胶原蛋白Ⅱ/纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合骨修复材料制备关键技术的研究

摘要

目的：依据结构仿生和过程仿生的思路，采用静电自组装技术制备重组类人胶原蛋白Ⅱ(RHLCⅡ)/纳米羟基磷灰石(nHA)/壳聚糖(CS)复合骨修复材料，解决动物源胶原基骨修复材料存在的病毒隐患等安全问题以及纳米羟基磷灰石陶瓷材料无成骨诱导活性的问题。提高材料的生物相容性、赋予材料成骨活性，探讨材料的优化机制，研究兔源骨髓间充质干细胞种植于材料的诱导成骨情况。为研究新型骨修复和细胞载体材料提供实验数据，获得具有广阔市场前景的骨修复替代材料。 方法：1．纳米羟基磷灰石的制备：依据仿生的思路，实验采用贝壳和无机金属盐，以水热合成法和沉淀法制备羟基磷灰石，通过XRD、SEM以及ZETASIZER粒径测试仪对其结构、晶相、粒径进行分析比较，首先筛选出纳米低结晶羟基磷灰石的制备方法。 2．类人胶原蛋白Ⅱ(RHLCⅡ)/纳米羟基磷灰石(nHA)/壳聚糖(CS)复合骨修复材料的制备：为使材料无机界面与有机界面牢固结合，抗压强度达到骨修复材料标准，本实验采用共混法和原位滴定法制备类人胶原蛋白Ⅱ(RHLCⅡ)/纳米羟基磷灰石(nHA)/壳聚糖(CS)复合骨修复材料。通过机械强度和均匀性的比较，最终筛选出适合材料组分复合的方法。并首次选择天然交联剂京尼平交联复合材料，在增强组分间结合能力的同时避免了使用化学合成交联剂戊二醛等对细胞产生毒性危害的缺陷，制备了新一代RHLCⅡ)/nHA/CS复合骨修复材料。 3．建立模型对制备工艺进行优化：本实验依据单因素实验结果，借助MINITAB统计学软件，采用Plackett—Burman设计和响应面优化法对复合材料成型工艺进行了优化。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、MTT比色法等对材料的微观结构、力学性能和生物相容性进行了表征，同时通过Unico UV对交联反应做了跟踪测定，初步了解了天然化合物京尼平对骨复合材料的交联程度，最终获得制备复合材料的优选方案。 4．成骨诱导性能评价：本实验将骨髓间充质干细胞(BMSCs)种植于骨修复材料上，对BMSCs在复合材料上的成活率、贴附率、ALP活性以及钙结节现象进行了观察分析，评价材料与BMSCs复合的诱导成骨性能。 结论：本文首次对RHLCⅡ/nHA/CS骨修复材料的制备关键技术进行了系统研究，通过优化机制制备的RHLCⅡ/nHA/CS多孔支架材料从组成和结构上与自然骨相似，抗压强度可达80.46MPa，与BMSCs细胞复合后表现出良好的成骨活性，是一种功能、结构与自然骨相似且安全性能高的优选骨修复材料。通过控制材料组分的配比可获得不同机械强度需求的骨修复材料，因此有望应用于商品化生产，满足社会对不同机械强度骨修复材料的要求，解决社会骨修复材料供应量不足的问题。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1骨修复材料的研究背景

1.2骨修复材料的研究进展

1.2.1无机基质类材料

1.2.2有机基质类材料

1.2.3复合材料

1.3研究内容和思路

1.3.1目前骨修复材料研究存在的问题

1.3.2本研究制备骨修复复合材料的思路

1.3.3研究的依据和意义

第二章纳米羟基磷灰石的制备

2.1引言

2.2实验材料和仪器

2.3实验方法

2.3.1贝壳预处理

2.3.2 HA的制备

2.3.3纳米羟基磷灰石的表征：

2.4结果与讨论

2.4.1 FTIR分析

2.4.2 X射线衍射分析

2.4.3粒径和Ca/P分析

2.4.4扫描电镜观察

2.5结论

第三章骨修复材料无机相与有机相复合的方法选择

3.1引言

3.2实验方法

3.2.1纳米羟基磷灰石/类人胶原蛋白壳聚糖复合材料的合成

3.2.2复合材料理化特性分析及力学性能测试

3.3结果与分析

3.3.1羟基磷灰石/重组类人胶原蛋白壳聚糖复合材料的微观结构

3.3.2复合材料的晶相组成分析

3.3.3复合材料红外光谱分析

3.3.4复合材料的断面结构及孔隙率分析

3.3.5复合材料的力学性能测试

3.4讨论

3.5结论

第四章骨修复复合材料交联方法的选择

4.1引言

4.2实验材料与方法

4.2.1主要材料与仪器

4.2.2 RHLC支架材料的制备

4.2.3材料性能的评价

4.3　实验结果与讨论

4.3.1 RHLCII支架材料交联度的测定

4.3.2扫面电镜分析

4.3.3孔隙率的测定结果

4.3.4偏光显微镜分析胶原双折射性

4.3.5红外光谱分析

4.3.6 RHLCII支架材料的机械性能测试

4.3.7细胞毒性试验

4.4结论

第五章重组类人胶原蛋白II/纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合骨修复支架材料制备工艺初探

5.1引言

5.2材料与方法：

5.2.1主要材料与仪器

5.2.2 RHLCII/nHA/CS支架材料的制备

5.3复合材料理化性能检测

5.3.1京尼平对复合材料交联反应的测定

5.3.2复合材料的微观结构表征

5.3.3复合材料最大抗压强度测试

5.4复合材料相容性研究

5.5结果与讨论

5.5.1复合材料理化性能

5.5.2复合材料生物相容性研究

5.6结 论

第六章工艺参数对RHLCII/nHA/CS复合骨修复材料力学性能的影响

6.1引言

6.2材料与方法：

6.2.1主要材料与仪器

6.2.2仿生人工骨支架材料的制备

6.2.3复合材料性能检测

6.3结果与讨论

6.3.1不同nHA/RHLCII对材料力学性能的影响

6.3.2不同壳聚糖浓度对材料性能的影响

6.3.3不同京尼平浓度对材料性能的影响

6.3.4不同预冷温度对材料性能的影响

6.4结论

第七章RHLCII/nHA/CS复合骨修复材料成型工艺的优化

7.1引言

7.2材料与方法：

7.2.1主要材料与仪器

7.2.2仿生人工骨支架材料的制备

7.2.3试验设计

7.2.4性能检测

7.3结果与讨论

7.3.1 Plackket—Burman试验设计

7.3.2最陡爬坡实验

7.3.3中心复合实验设计

7.3.4验证

7.4结论

第八章BMSCs与RHLCII/nHA/CS支架材料的共培养

8.1引言

8.2材料和方法

8.2.1 RHLCII/nHA/CS支架材料的制备

8.2.2 BMSCs细胞的提取与培养

8.2.3 BMSCs细胞与RHLCII/nHA/CS支架材料的共培养

8.2.4 BMSCs细胞在支架上成活率和贴附量的测定

8.2.5 ALP活性检测

8.2.6扫描电镜检测

8.2.7统计学分析

8.3结果与讨论

8.3.1 BMSCs细胞培养的形态学观察

8.3.2 BMSCs细胞在支架上的成活率和贴附率

8.3.3 ALP活性检测

8.3.4扫面电镜分析

8.4结论

结论与展望

参考文献

攻读硕士期间取得的学术成果

致谢