仿生纳米羟基磷灰石/壳聚糖-明胶网络复合材料研究

摘要

人工合成骨替代材料对骨缺损治疗至关重要，美国食品和药物管理局(FDA)至今没有批准结合有细胞或生长因子的骨组织工程用装置。天然骨是由纳米羟基磷灰石和胶原纤维组成的有机/无机复合物，因此，形成纳米羟基磷灰石/高聚物复合材料对于提供良好的生物相容性以及骨组织的整体结合具有非常重要的作用。 本文从仿生的角度出发，将壳聚糖-明胶网络膜(CG)浸泡于Ca(NO3)2-Na3PO4的Tris缓冲溶液中在其表面原位沉积形成纳米羟基磷灰石(nHA)，通过反射红外光谱(ATR-FTIR)、X射线衍射(XRD)以及热失重分析研究nHA晶体和CG膜之间的相互作用，同时通过XRD及投射电镜考察了影响nHA晶体粒径大小的因素，如复合物中壳聚糖-明胶的比例，钙离子浓度和反应温度。结果发现，羧基、羰基和氨基在HA的形成过程中起非常重要的作用，nHA晶体的平均粒径随着明胶含量增加和钙离子浓度的减小而降低，同时发现在50℃以下时温度对粒径大小基本没有影响(17.2-19.2nm之间)，但是当温度增加到70℃时粒径迅速增加到52.3nm。 细胞相容性是生物材料必须具备的性能之一，本文在制备nHCG复合材料的基础上，研究了胃癌细胞以及骨髓基质干细胞(MSCs)在nHCG复合膜以及微米羟基磷灰石/壳聚糖-明胶网络复合膜(mHCG)上的细胞行为，实验表明，nHCG复合材料较mHCG复合材料更能抑制癌细胞的生长且随着复合材料中nHA含量的增加抑制作用越强；另一方面，nHCG能够促进MSC细胞的粘附与增值，同时能够促进其诱导分化表现出较高的碱性磷酸酶活性。 利用相分离技术制备了CG网络支架，并在支架表面原位沉积nHA晶体，形成nHCG支架。结果发现nHCG支架材料具有较高的孔隙率和合适的孔径大小，同时具有较强的力学性能。在模拟体液中，nHCG支架对其所处环境的pH值影响较小，溶胀度也较小。在此基础上，构造了小型猪成骨细胞/nHCG多孔支架结构物，从材料制备科学以及组织工程学的角度张开了基础研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1引言

1.2骨组织工程

1.2.1骨

1.2.2骨组织工程的基本原理和方法

1.2.3骨组织工程对骨修复材料的要求

1.2.4骨组织工程的发展前景和存在的问题

1.2.5常用骨组织工程支架材料

1.3羟基磷灰石复合材料的研究进展

1.3.1 HA与高聚物直接复合

1.3.2原位合成羟基磷灰石复合材料

1.4支架材料的设计及制备技术

1.4.1溶剂浇铸粒子沥滤技术

1.4.2气体发泡技术

1.4.3电纺技术

1.4.4热致相分离技术

1.4.5快速还原技术

1.5 HA及其复合材料与细胞的相互作用

1.5.1成骨细胞黏附

1.5.2成骨细胞与生物材料的相互作用

1.6论文工作的提出

第二章纳米羟基磷灰石／壳聚糖-明胶膜的研究

2.1引言

2.2主要实验原料与仪器

2.3实验方法

2.3.1纳米羟基磷灰石/壳聚糖-明胶复合材料的制备

2.3.2材料性能测试与结构表征

2.4结果与讨论

2.4.1壳聚糖-明胶溶液浓度对膜性能的影响

2.4.2nHA在CG膜表面原位合成机理

2.4.3不同壳聚糖/明胶比例对nHA形成的影响

2.4.4不同Ca2+、PO43-浓度对nHA形成的影响

2.4.5不同反应温度对nHA形成的影响

2.4.6溶胀性能

2.5本章小结

第三章微纳米羟基磷灰石／壳聚糖-明胶网络对癌细胞和骨髓基质干细胞(MSC)的作用

3.1引言

3.2实验方法

3.2.1主要原料与仪器设备

3.2.2材料的制备与处理

3.2.3胃癌细胞SCG7901和骨髓基质干细胞(MSC)的体外培养

3.2.4癌细胞和MSC在材料上的生长形态观察

3.2.5细胞贴附数量测定

3.2.6细胞增殖(MTT)

3.2.7 MSC细胞在材料上的碱性磷酸酶活性测试

3.3结果与讨论

第一部分：nHCG、mHCG复合材料对癌细胞的细胞行为

第二部分：nHCG、mHCG复合材料对MSC细胞的细胞行为

3.4本章结论

第四章仿生nHCG支架的制备与性能

4.1引言

4.2主要实验原料与仪器

4.3实验方法

4.3.1 nHCG支架材料制备

4.3.2材料性能测试与结构表征

4.4结果与讨论

4.4.1相分离法制备支架的机理

4.4.2 nHCG支架材料的孔隙率

4.4.3 nHCG支架的组成

4.4.4材料表面结构分析

4.4.5 nHA晶体的粒径大小

4.4.6力学性能

4.4.7 nHCG支架材料在模拟体液中的特性

4.5本章结论

第五章nHCG支架材料的生物相容性评价

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1主要原料与仪器设备

5.2.2材料的制备与处理

5.2.3成纤维细胞L929和小型猪成骨细胞的培养

5.2.4细胞毒性实验

5.2.5细胞形态观察

5.2.6细胞贴附实验

5.2.7碱性磷酸酶活性检测(ALP)

5.3结果与讨论

5.3.1L929细胞形貌

5.3.2细胞毒性实验

5.3.3材料表面细胞生长形态

5.3.4细胞在材料表面的贴附情况

5.3.5碱性磷酸酶(ALP)活性检测

5.4本章结论

全文结论

后续工作展望

参考文献

攻读硕士研究生期间完成的论文、申请专利及科研成果

附录

致谢