壳聚糖纤维/生物陶瓷三维多孔复合骨支架的构建、力学性能及生物学性能研究

摘要

针对创伤、手术切除等引起的大段骨缺损，迫切需要开发出新型的三维多孔骨支架材料。理想的骨支架材料不仅应当具有类似于天然骨的化学组成及孔结构，而且还须拥有与人体骨相匹配的生物力学性能。本文以壳聚糖纤维支架（CSs）为基体，分别采用浸渍提-拉法和生物矿化法构建了壳聚糖纤维/生物玻璃三维多孔骨支架材料（CS/BGs）和壳聚糖纤维/纳米羟基磷灰石三维多孔骨支架材料（CS/HAs）。借助SEM、EDS、TEM、XRD、FTIR和康塔孔径仪等分析手段表征支架材料的显微形貌、物相结构及多孔结构；采用万能力学测试法表征多孔支架材料的压缩性能、拉伸性能和弯曲性能；通过细胞实验和动物实验揭示化学组成和显微结构影响支架材料生物相容性和生物活性的作用规律。
　　首先，我们采用针刺工艺制备了壳聚糖纤维支架，通过浸渍提-拉法复合生物玻璃，构建壳聚糖纤维/生物玻璃三维多孔复合骨支架材料（CS/BGs）。CS/BGs具有三维连通的大孔结构，平均孔径为50μm，孔隙率为77.52％。CS/BGs和CSs的吸水值分别为570%和59%，说明生物玻璃的复合明显的降低了CSs的吸水性，缓解了CSs的溶胀现象，增强了复合支架CS/BGs的结构稳定性。CS/BGs具有与人体骨相匹配的力学性能，其压缩强度为6.60±0.80MPa，弹性模量为0.40±0.05GPa。体外细胞实验结果表明CS/BGs具有很好的生物相容性，能有效促进人体骨髓间充质干细胞(hBMSCs)在支架材料表面的粘附和增殖。
　　然后，我们通过模拟天然骨的成分和显微结构，以壳聚糖纤维为支架（CSs）基体，引入钙离子、磷酸根离子，通过生物矿化法原位沉积纳米羟基磷灰石，制备壳聚糖纤维/纳米羟基磷灰石三维多孔骨支架（CS/HAs）。制得的CS/HAs具有三维连通的大孔结构，孔径主要分布在30~80μm。生物仿生矿化过程生长的棒状的HA颗粒长200nm，宽50 nm，这些颗粒沿c轴方向有序排列在CSs上，CSs和HA之间紧密结合，改善了CS/HAs的力学性能，研究发现CS/HAs具有与人体骨相匹配的力学性能，其压缩强度为9.41±1.63MPa，模量为0.17±0.02GPa。研究中以hBMSCs为细胞模型，CSs为对照组，通过细胞实验发现CS/HAs不仅能有效促进细胞的粘附和增殖，还具有很好的骨传导性能；其碱性磷酸酶活性（ALP）和矿物钙含量明显高于CSs。此外，大鼠动物实验结果发现CS/HAs相比CSs能更快的促进新生骨组织的形成。CS/HAs的优良生物相容性、骨传导性能、骨再生性和力学性能使其在骨组织工程领域具有广阔的应用前景。

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第1章 绪论

1.1课题背景

1.2壳聚糖纤维支架材料

1.3生物陶瓷支架材料

1.4本课题选题意义和研究思路

第2章 壳聚糖纤维/生物玻璃三维多孔骨支架的构建、力学性能及生物学性能研究

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第3章 壳聚糖纤维/纳米羟基磷灰石三维多孔骨支架的构建、力学性能及生物学性能研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第4章 结论及展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的成果

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