硫酸钙基骨修复材料及其支架材料的研究

摘要

硫酸钙作为骨修复材料，其生物相容性和生物可吸收性俱佳，具有骨传导性，新骨可以爬行生长等优点，因而硫酸钙作为骨修复材料的临床应用研究偶见报道，但有关硫酸钙/明胶、硫酸钙/壳聚糖、硫酸钙/明胶/壳聚糖复合材料及硫酸钙多孔支架材料等方面的研究尚未见公开报道。本文以硫酸钙为基材，将聚合物与之复合构成复合骨修复材料，并对其结构及性能进行了研究。采用制孔剂法制备了硫酸钙多孔支架材料。采用体外细胞培养实验方法，考察了材料的细胞相容性；在此基础上又进行了兔桡骨骨缺损修复实验，研究材料的骨修复效果。 1.采用共混技术制备了硫酸钙与明胶及壳聚糖组成的多元复合生物材料，并对其结构进行了研究。红外光谱、X-射线粉末衍射和SEM等研究结果表明明胶、壳聚糖的加入对硫酸钙晶体的形成有较大影响，在某些晶面方向上硫酸钙晶体的生长受到抑制，使晶型发生变化。由于明胶和壳聚糖分子上基团性质不同，导致对硫酸钙晶型的影响也不同，而且硫酸钙晶型与聚合物的量有关，随明胶或壳聚糖含量的变化而呈现出不同的晶体形状，这为材料性能的调控提供了途径。 2.采用制孔剂法制备了硫酸钙多孔支架材料，对其表面进行了聚合物修饰，并对其结构及特性进行了研究。采用制孔剂法可以制备孔分布较均匀，且相互连通的硫酸钙多孔支架材料，孔径分布在200um以上。多孔硫酸钙的X-射线衍射峰与普通硫酸钙的X-射线衍射峰有差异，表明制孔剂的加入影响了硫酸钙的结晶行为，SEM结果表明多孔硫酸钙晶体的形貌与普通硫酸钙不同，而且晶体形状随制孔剂加入量不同而有所变化。硫酸钙多孔支架材料的密度随制孔剂量的增加而逐渐减小，而硫酸钙多孔支架材料的孔隙率(总孔隙率和大孔孔隙率)随着制孔剂量的增加而逐渐增加。表面经过聚合物修饰的多孔支架材料孔表面较光滑。 3.硫酸钙、硫酸钙/聚合物复合材料及多孔支架材料的骨髓基质细胞(MSCs)体外培养实验结果表明细胞在硫酸钙饱和溶液中可以正常生长、增殖，说明硫酸钙对细胞的毒性不大；细胞在硫酸钙/聚合物复合材料及多孔支架材料上可以伸展、生长，并与材料紧密贴附，细胞形态良好。将硫酸钙/聚合物复合材料植入兔桡骨骨缺损模型中，利用X-光片，组织学分析等方法研究其降解性，生物相容性以及骨修复效果。结果表明，硫酸钙及其复合材料对兔桡骨骨缺损有一定的修复作用，表明硫酸钙在骨组织修复方面有应用前景。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1组织工程

1.1.1组织工程学的发展

1.1.2组织工程学及组织工程技术

1.1.3组织工程对生物材料的挑战

1.2骨组织工程与骨修复材料

1.2.1骨组织工程

1.2.2骨修复材料

1.3生物材料的评价

1.3.1引言

1.3.2评价方法

1.4硫酸钙骨修复材料

1.4.1硫酸钙骨修复材料的性能特点

1.4.2硫酸钙载体材料

1.5课题的提出和本文的研究重点

第二章实验部分

2.1原料，药品，仪器及设备

2.1.1试剂与原料

2.1.2仪器及设备

2.2硫酸钙复合材料的制备

2.2.1硫酸钙/明胶复合材料

2.2.2硫酸钙/壳聚糖复合材料

2.2.3硫酸钙/明胶/壳聚糖复合材料

2.3硫酸钙多孔支架

2.3.1硫酸钙多孔支架的制备

2.3.2多孔支架的表面修饰

2.4结构性能测试

2.4.1扫描电镜分析(SEM)

2.4.2 X射线粉末衍射分析(XRD)[45-48]

2.4.3红外光谱分析(FTIR)

2.5材料生物学性能评价

2.5.1体外细胞培养

2.5.2兔桡骨骨缺损修复动物模型

第三章结果与讨论

3.1硫酸钙/聚合物复合材料

3.1.1引言

3.1.2硫酸钙/明胶(CaS/Gel)复合材料

3.1.3硫酸钙/壳聚糖(CaS/CS)复合材料

3.1.4硫酸钙/明胶/壳聚糖(CaS/Gel/CS)复合材料结构及性能

3.2硫酸钙多孔支架材料

3.2.1引言

3.2.2多孔支架材料硫酸钙晶体结构的表征

3.2.3多孔支架材料孔特征分析

3.3体外细胞培养

3.3.1硫酸钙饱和溶液周围细胞形态

3.3.2 80％多孔支架周围细胞形态

3.3.3 PLA修饰多孔支架周围细胞形态

3.3.4 Gel修饰80％多孔支架周围细胞形态

3.3.5 CS修饰80％多孔支架周围细胞形态

3.3.6 Alg，CS/Alg修饰80％多孔支架周围细胞形态

3.3.7 MSCs与PLA修饰多孔支架复合培养SEM观察

3.3.8 MSCs与硫酸钙/聚合物复合材料复合培养SEM观察

3.3.9成骨细胞与硫酸钙复合培养SEM观察

3.3.10成骨细胞与硫酸钙/聚合物复合材料复合培养SEM观察

3.4兔桡骨骨缺损修复实验

第四章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录

致谢