水热法合成无机离子掺杂羟基磷灰石微球及其生物学性能评价

摘要

磷酸钙族，尤其是羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2，HA)，其化学组成与人骨和牙齿中的组分基本相似，具有良好的生物相容性和骨诱导性。自然骨中主要无机成分除HA外，还含有其他多种微量元素，如铜、锰等。因此，如何在HA人工骨材料中添加适量的微量元素以改善植入体的生物活性引起了研究者的广泛关注。多级结构材料是以低维度纳米构件（纳米颗粒、纳米管、纳米片等）为构筑单元，进行自组装或人为组装而得到的具有特殊形貌和复杂结构的一类材料。这类材料由于其奇特的分级结构和卓越的性能使得它能潜在应用于催化，电子，传感，药物输送，废水处理等方面。其中，具有多级结构的微球因比表面积大、流动性好、质量轻、注射性能良好等优点，而成为材料领域的研究热点。
　　结合以上几者的优势以及在国内外同类研究的基础上，本论文利用水热法，以植酸(IP6)为调控剂，分别掺入铜、锰无机元素，成功制备出了具有多级结构的无机离子掺杂HA微球。实验过程中，先将一定量的硝酸钙和硝酸铜（锰）溶于60mL去离子水中，待其溶解完全后再依次加入IP6和磷酸氢二钠，保证(Ca+M)/P=1.67（摩尔比），M/(M+Ca)=5％（摩尔比），其中M代表铜或锰。用硝酸调节溶液pH=2～3，再加入适量尿素，搅拌均匀后转移至反应釜。在150℃恒温反应12h，冷却至室温，产物经水和乙醇洗涤，置于烘箱内，60℃干燥72h，最后收集粉体并对其进行了X射线衍射(XRD)、傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、N2吸附-脱附测定(BET)。利用体外降解实验评价了HA粉体Ca2+、Cu2+离子的释放规律，生物学性能检测评价了不同结构的HA微粒蛋白吸附性能及对骨髓间充质干细胞粘附、增殖的影响。研究结果如下:
　　(1)利用水热合成法，以植酸为调控剂，分别掺入铜、锰，合成了具有不同结构的HA微粒，其中同时添加M和IP6时，HA球形度更完整且具有多孔分级结构。
　　(2)考察水热反应时间对Cu-HA+IP6生成的影响时发现，随着反应时间的延长，微粒从无定形态向HA结晶相转变，并逐步形成分层结构。IP6在这形成过程中起到诱导和瞬时稳定ACP的作用，纳米片的形成可能是由于IP6高度带负电荷，容易吸附在羟基磷灰石a面（带正电），抑制或降低a面的进一步增长。
　　(3)考察几种粉体对牛血清蛋白(BSA)吸附的影响，结果显示，具有多级结构的HA微球展现出更加显著的吸附优势。
　　(4)利用体外降解实验，研究了掺铜粉体在PBS和醋酸缓冲液中钙、铜的释放规律，结果显示，掺铜HA粉体可能对细胞是无毒的。
　　(5)材料浸提液与成骨细胞共培养实验证明，掺入铜、锰离子对成骨细胞无毒副作用;掺铜HA粉体与骨髓间充质干细胞共培养实验表明，经铜、IP6调控的HA更能促进细胞的粘附以及增殖。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 掺杂元素铜与人体健康

1．2．1 铜对骨健康的影响

1．2．2 铜与心血管健康

1．2．3 铜对人体其他方面的影响

1．3 掺杂元素锰与人体健康

1．3．1 锰与骨健康

1．3．2 锰对心血管系统的影响

1．3．3 锰对人体其他方面的影响

1．4 HA微球的制备

1．4．1 喷雾法

1．4．2 乳化法

1．4．3 水热合成法

1．4．4 其他方法

1．5 HA微球的研究进展及应用

1．6 本论文的选题意义及研究内容

1．6．1 本论文选题意义

1．6．2 本论文研究内容

第2章 无机离子掺杂HA微球的制备

2．1 引言

2．2 无机离子掺杂HA微球的水热法合成工艺

2．2．1 实验试剂及设备

2．2．2 水热合成工艺及步骤

2．2．3 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 Cu、IP6对HA生长的影响

2．3．2 Mn、IP6对HA生长的影响

2．3．3 反应时间对HA生成的影响

2．3．4 羟基磷灰石多级结构形成机理探讨

2．4 本章小结

第3章 HA粉体蛋白吸附、离子释放及抗菌性能研究

3．1 实验试剂及仪器

3．2 实验步骤

3．2．1 实验所用缓冲液配制

3．2．2 粉体对BSA吸附性能研究

3．2．3 Ca2+、Cu2+释放实验

3．2．4 掺铜HA粉体体外抗菌实验

3．3 检测与表征

3．3．1 BCA法蛋白定量分析

3．3．2 紫外分光光度法测试Ca2+、Cu2+含量方法

3．4 结果与分析

3．4．1 不同类型HA粉体蛋白吸附情况

3．4．2 Cu-HA粉体Ca2+、Cu2+释放规律研究

3．4．3 掺铜HA抗菌性能研究

3．5 本章小结

第4章 掺杂HA微粒对细胞生长的影响

4．1 实验试剂及仪器

4．2 实验步骤

4．2．1 材料预处理

4．2．2 掺铜、锰HA粉体浸提液细胞毒性实验

4．2．3 Cu-HA粉体细胞共培养

4．2．4 细胞相容性表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 掺铜及掺锰HA浸提液对成骨细胞毒性研究

4．3．2 掺铜HA对骨髓间充质干细胞生长的影响

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况