多孔颗粒堆积磷灰石支架的构建及载药性能的研究

摘要

随着社会老龄化和各种创伤的增加，生物材料尤其是对骨修复材料的需求日益增长。对于较大尺寸的骨缺损病例，骨缺损不能自体愈合，很大程度上依靠骨移植体进行修复。羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA或Hap，分子式为[Ca10(PO4)6(OH)2]）骨无机相的主要成分，约占干骨组织的45％，用作骨移植材料时，具有良好的生物相容性和骨传导性，用作骨组织时，具有极好的化学和生物亲合性。因此可以广泛应用于生物硬组织的修复、替换及增进其功能的材料。生物骨组织的多孔结构能够保持血液流通，保证骨组织正常代谢，同时还可以适应一定范围的应力变化;因此，HA陶瓷由致密趋向多孔化发展，具有重要的仿生意义。骨支架材料中，支架的表面结构、孔结构、孔径大小和孔隙率等均对其生物功能化有影响。而球粒堆积法制备的支架具有以下特点:贯通性好，孔隙率高，宏观孔结构均匀等。作为堆积支架的单个HA球粒，它又可进行载药、载生长因子等，以此提高堆积支架的生物活性。为进一步考察支架微结构对支架异位骨诱导的影响，我们设计制备了具有丰富微观孔隙结构的陶瓷球粒，并堆积球粒成支架，系统研究微结构对支架生物功能的影响探究任意控制堆积支架外观形态的技术手段，同时利用支架丰富的微观孔隙结构作为药物载体搭载可促进骨组织再生药物，提高骨组织修复能力。
　　本研究中，首先研究溶胶-凝胶法制备羟基磷灰石(HA)球粒，并采用造孔剂法使其拥有丰富的微观孔隙结构与复杂的表面形貌;随后将其堆积成支架，研究了该种堆积支架的制备工艺对其各方面性能的影响;同时，对球粒堆积制备支架的进一步应用进行了深入的研究;随后，通过体外细胞实验、仿生矿化实验，考察了支架微结构对其生物功能化的影响，载药释放实验也取得了较为满意的结果。本研究的主要结论如下:
　　1、采用溶胶凝胶法可以成功制备出形态稳定的球粒状羟基磷灰石陶瓷颗粒，并采用两种造孔剂相结合的方式构建出具有丰富微观结构的球粒，SEM结果显示，球粒内部的微观结构丰富，球粒拥有较高的孔隙率。
　　2、采用黏结的方式将陶瓷球粒组装成球粒堆积支架，支架具有高的力学性能;采用高孔隙率的球粒组装得到的堆积支架孔隙率也较高。球粒堆积形式支架形态灵活，采用模仿自然骨外密内疏的结构，用堆积支架包裹造孔支架制得复合结构支架进一步提高了支架的孔隙率，同时保持较高的力学性能。
　　3、通过体外细胞实验和仿生矿化实验考察了多孔结构对于支架生物活性的影响。结果显示，相比于少孔结构HA球粒支架，多孔结构的HA球粒支架具有更好的生物活性，其丰富的孔隙和皱褶有利于成骨细胞的黏附、铺展和增殖活性，同时提供了良好的三维生长环境，也有利于早期钙磷盐的沉积。
　　4、通过浸泡对堆积支架进行吸附载药。结果发现，多孔结构的HA球粒支架拥有更好的载药能力;采用1％以上浓度的壳聚糖对载药支架进行涂敷包裹，可以获得药物缓释的效果。
　　5、综上所述，本文设计制备得到的丰富微观、宏观孔隙结构的球粒堆积支架，具有优良的力学性能、生物学性能及载药控释性能。这一支架为大截段骨缺损修复体来源提供了新途径，具有良好的应用前景。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 骨组织工程支架

1．2．1 骨组织工程支架的性能要求

1．2．2 骨组织工程支架的常用材料

1．3 多孔羟基磷灰石骨组织工程支架的构建

1．3．1 造孔剂法

1．3．2 模板法

1．3．3 发泡法

1．3．4 冷冻干燥法

1．3．5 堆积法

1．4 多孔羟基磷灰石载药方面进展

1．5 本论文的选题意义和研究内容

1．5．1 本论文的选题意义

1．5．2 本论文的研究内容

第2章 丰富微观孔隙羟基磷灰石陶瓷球粒的制备

2．1 引言

2．2 实验试剂及仪器

2．3 多孔羟基磷灰石球粒的制备

2．3．1 球粒制备原理

2．3．2 实验步骤

2．4 造孔剂法改善多孔羟基磷灰石球粒微结构

2．5 多孔羟基磷灰石球粒的微结构分析

2．5．1 多孔HA球粒的表征

2．5．2 结果与分析

2．6 本章小结

第3章 多孔羟基磷灰石球粒堆积支架的制备与表征

3．1 引言

3．2 实验试剂及仪器

3．3 球粒堆积支架的制备

3．4 球粒堆积支架的性能分析

3．4．1 球粒堆积支架的表征

3．4．2 结果与分析

3．5 形态可控球粒堆积支架的制备

3．5．1 球粒堆积-颗粒造孔复合多孔支架的构建

3．5．2 复合多孔支架的表征

3．6 本章小结

第4章 堆积支架的微结构对体外细胞及仿生矿化的影响

4．1．引言

4．2 实验试剂及仪器

4．3 陶瓷球粒微结构对体外细胞行为的影响

4．3．1 微结构陶瓷球粒的体外细胞培养

4．3．2 陶瓷微结构与体外细胞行为实验结果及讨论

4．4 多孔陶瓷球粒的仿生矿化实验

4．4．1 加速钙化溶液(ACS)的配制

4．4．2 仿生矿化实验过程

4．4．3 微结构与仿生矿化实验结果及讨论

4．5 本章小结

第5章 多孔HA堆积支架载药及控释体系的研究

5．1 引言

5．2 实验试剂及仪器

5．3 多孔堆积支架载药性能的研究

5．3．1 实验步骤

5．3．2 支架载药量及包封率的测定

5．3．3 实验结果

5．4 堆积支架缓释体系的构建

5．4．1 载药缓释支架的制备

5．4．2 载药缓释球粒体外释放实验

5．4．3 载药释放实验结果

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文