掺锶、铜中空生物玻璃药物控释纳米纤维支架的构建

摘要

全国每年由于肿瘤、创伤而需要骨移植修复治疗的患者数量高达几百万，生物活性、生物相容性、生物可降解性及力学性能良好的人工骨支架材料在骨缺损临床治疗中的需求极为迫切，且传统给药方式在体内的血药浓度波动大、药物利用率低，因此制备新型的具有药物控释性能的复合骨支架材料已成为亟待解决的问题。中空生物玻璃纳米球（HBGNs）生物活性良好，其独特的微观结构使其有能力控制所装载药物的输送行为，含Sr、Cu的掺杂中空生物玻璃纳米球(掺杂HBGNs)还具备额外的骨刺激、血管化能力及抗菌性能，能更好地应用于骨缺损治疗。本文选择掺杂中空生物玻璃载药纳米球(VAN@掺杂HBGNs)作为药物载体，将其与吸附性能及生物学性能优异的丝素蛋白(SF)复合，制备出新型有机/无机复合药物控释骨支架材料，并对其药物控释性能及体外生物活性进行系统研究。具体研究内容如下: (1)掺杂HBGNs的制备及体外生物活性研究 以聚丙烯酸(PAA)为模板剂，结合溶胶-凝胶法，采用锶源或铜源替代部分钙源，制备掺杂HBGNs，进一步探究Sr、Cu掺杂对其形貌结构、组分及热学性能的影响，并通过SBF溶液浸泡法评估其体外生物活性。结果表明:采用不同摩尔比的SrO或CuO替换相应摩尔比CaO的方法能实现对掺杂HBGNs的可控掺杂。掺杂HBGNs为中空球形结构、表面光滑、粒径均匀、分散性良好，掺杂后其粒径减小，孔径、比表面积及孔容增大，热学性能更稳定;合适浓度(≤10 mol％) Sr、Cu掺杂能提高掺杂HBGNs的生物活性。 (2)VAN@掺杂HBGNs的药物控释性能及体外生物活性研究 以盐酸万古霉素(VAN)为模型药物分子，以掺杂HBGNs为药物载体，研究VAN@掺杂HBGNs在不同药物浓度下的药物装载性能，及其在不同pH值和温度条件下的药物控释性能，并进一步评估其体外生物活性。结果表明:VAN@掺杂HBGNs的载药率可通过药物浓度有效调控，其药物释放行为具有一定pH和温度响应性，VAN@HBGNs、VAN@5Sr-HBGNs的载药率、药物释放速率及药物累积释放率明显高于VAN@5Cu-HBGNs，且缓释时间持久;VAN药物分子的装载能够提高VAN@掺杂HBGNs的生物活性。 (3)VAN@掺杂HBGNs/PEO/SF纳米纤维支架的构建及体外性能研究 利用静电纺丝技术将VAN@掺杂HBGNs与SF复合，制备VAN@掺杂HBGNs/PEO/SF纳米纤维支架，进一步研究Sr掺杂对其形貌结构及组分的影响，以及载药纳米纤维支架在特定温度及不同pH值条件下的药物控释性能，并评估其体外生物活性。结果表明:载药纳米纤维支架中纤维完整连续、粗细均匀、表面平整光滑，Sr掺杂对其外观形貌无明显影响;载药纳米纤维支架均能实现VAN的持续释放，其释放行为具有一定pH响应性，VAN@5Sr-HBGNs/PEO/SF的药物累积释放率低于VAN@HBGNs/PEO/SF，但前期药物释放速率慢，缓释时间持久;浓度5 mol％ Sr掺杂能提高载药纳米纤维支架的生物活性。 综上所述，VAN@掺杂HBGNs/PEO/SF纳米纤维支架生物活性良好，可以实现药物的可控装载与释放，还可能具有骨刺激、血管化能力及抗菌性能，有望作为新型药物控释骨支架材料应用于生物医学领域。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1．1骨组织工程支架材料

1．1．2有机／无机复合骨支架材料

1．2生物玻璃

1．2．1生物玻璃简介

1．2．2生物玻璃的结构及活性机制

1．2．3生物玻璃的金属掺杂及有机复合

1．3药物缓释系统

1．3．1药物缓释系统简介

1．3．2药物释放机制

1．4静电纺丝技术

1．4．1静电纺丝技术简介

1．4．2静电纺丝技术的工艺原理

1．4．3丝素蛋白静电纺丝纤维

1．5本研究目的、内容及创新点

1．5．1研究目的

1．5．2主要研究内容

1．5．3创新点

第二章掺杂HBGNs的制备及体外生物活性研究

2．1实验部分

2．1．1试剂与仪器

2．1．2掺杂HBGNs的制备

2．1．3掺杂HBGNs的体外生物活性研究

2．1．4测试与表征

2．2结果与讨论

2．2．1掺杂HBGNs的热学性能分析

2．2．2掺杂HBGNs的形貌结构和成分分析

2．2．3掺杂HBGNs的体外生物活性研究

2．3本章小结

第三章VAN@掺杂HBGNs的药物控释及体外生物活性研究

3．1实验部分

3．1．1试剂与仪器

3．1．2 VAN@掺杂HBGNs的药物装载性能研究

3．1．3 VAN@掺杂HBGNs的药物控释性能研究

3．1．4 VAN@掺杂HBGNs的体外生物活性研究

3．1．5测试与表征

3．2结果与讨论

3．2．1 VAN@掺杂HBGNs的药物装载性能研究

3．2．2 VAN@掺杂HBGNs的药物控释性能研究

3．2．3 VAN@掺杂HBGNs的体外生物活性研究

3．3本章小结

第四章VAN@掺杂HBGNs／PEO／SF纳米纤维支架的构建及体外性能研究

4．1实验部分

4．1．1试剂与仪器

4．1．2 VAN@掺杂HBGNs／PEO／SF纳米纤维支架的制备

4．1．3 VAN@掺杂HBGNs／PEO／SF纳米纤维支架的药物释放性能研究

4．1．5测试与表征

4．2结果与讨论

4．2．1 VAN@掺杂HBGNs／PEO／SF纳米纤维支架的形貌结构表征

4．2．2 VAN@掺杂HBGNs／PEO／SF纳米纤维支架的药物释放性能研究

4．2．3 VAN@掺杂HBGNs／PEO／SF纤维支架的体外生物活性研究

4．4本章小结

5．1结论

5．2展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况

致谢