磁性多孔生物玻璃骨支架的构建、结构和生物学性能

摘要

本文通过引入磁性Fe3O4纳米颗粒为磁源，采用溶胶-凝胶法合成了磁性介孔生物玻璃(MMBG)粉末，并使用模板法构建了磁性介孔生物玻璃复合三维骨支架，采用X-射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积与孔隙度分析仪(BET)和振动样品磁强计(VSM)对其相结构、形貌、介孔结构和磁性能进行了表征分析，特别是，我们还详细分析探讨了磁性介孔生物玻璃/壳聚糖复合三维骨支架(MMBG/CS)的生物相容性。具体研究内容如下:
　　1.先将磁源(Fe3O4)引入到传统的生物玻璃中，使用非离子表面活性剂P123作为软模板，制备出具有高度有序二维六方(p6mm)介孔结构的磁性介孔生物玻璃(MMBG)粉体。其介孔孔径为4.98nm，孔容为0.60cm3/g，比表面积高达385.50m2/g，且具有与磁源相同的超顺磁性，饱和磁化强度为1.44emu/g。进一步对MMBG粉体对抗生素类药物（硫酸庆大霉素）的药物传递性能进行研究，发现其能持续有效释放超过144h，与术后预防性抗生素的治疗周期接近，而传统生物玻璃(NBG)则没观察到缓释过程。因此证明，MMBG能为骨修复术后的抗感染治疗提供良好的抗生素等药物缓释体系。
　　2.在以上工作基础上，模拟天然骨的显微结构，以聚氨酯海绵为模板成功构建了具有三维多孔结构的磁性介孔生物玻璃/壳聚糖复合骨支架(MMBG/CS)，其三维支架结构由介孔(孔径4.98nm)和相互贯穿的的大孔(孔径100-300μm)结构组成，为骨修复过程细胞增殖代谢等提供生长空间。同时由于磁性颗粒对羟基磷灰石晶体的生长取向产生了影响，使得磁性复合骨支架表面转化为花杆状磷灰石，说明磁性颗粒的存在有助于材料在生物体内的矿化，有助于骨支架在植入体内后修复过程的进行。
　　3.以非磁性介孔复合骨支架材料做对照组，对所构建的磁性介孔生物玻璃复合三维骨支架进行相关的体外生物学性能研究，其中包括细胞相容性和协同抑菌性测试与表征分析。MMBG/CS具有更好的体外生物相容性和生物活性，能够促进细胞在其表面的早期黏附，铺展过程和细胞增殖。载药后Gent-MMBG/CS显示出了更为为稳定有效的抑菌作用，这可能是MMBG/CS中磁性纳米粒子(Fe3O4)所产生的微磁场进一步提高了Gent-MMBG/CS的体外抑菌作用。因此，MMBG/CS具有极佳的生物相容性和生物活性，能够达到理想的抗感染效果，可作为一种骨填充和抗生素缓释的复合系统，具有较好的临床应用前景。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 骨修复材料

1．1．1 背景介绍

1．1．2 骨修复过程的生理机制

1．1．3 骨修复材料的分类

1．2 生物玻璃骨修复材料

1．2．1 生物陶瓷

1．2．2 生物玻璃的研究进展

1．2．3 生物玻璃的研究前景

1．3 本论文选题意义和研究思路

第2章 磁性介孔生物玻璃粉体的制备及性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料和仪器设备

2．2．2 实验步骤

2．2．3 结构表征与性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 磁性介孔生物玻璃的结构表征与分析

2．3．2 磁性介孔生物玻璃的形貌表征与分析

2．3．3 磁性介孔生物玻璃的磁性能测试与分析

2．3．4 性介孔生物玻璃的药物传递性能测试与分析

2．4 本章小结

第3章 磁性介孔生物玻璃复合三维骨支架的构建

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料和仪器设备

3．2．2 实验步骤

3．2．3 结果测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 MMBG支架材料的结构表征与形貌分析

3．3．2 磁性介孔生物玻璃／壳聚糖骨支架材料的构建与性能分析

3．3．3 磁性介孔生物玻璃／壳聚糖／羟基磷灰石骨支架材料的构建

3．4 本章小结

第4章 磁性介孔生物玻璃／壳聚糖复合三维骨支架的生物学性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料和所用仪器设备

4．2．2 实验步骤

4．2．3 测试与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 磁性介孔生物玻璃／壳聚糖复合骨支架表面细胞相容性测试与分析

4．3．2 磁性介孔生物玻璃／壳聚糖复合骨支架表面协同抑菌性能测试与分析

4．4 本章小结

全文总结

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的成果

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