多糖基纳米复合支架的仿生构建及性能研究

以多糖(ChS/CSA/HYA)为有机模板,可溶性钙/磷酸盐为nHAP前驱体,采用仿生合成和冷冻干燥技术构建纳米(nHAP)-微米(微米级孔径)-宏观(支架)多级结构的ChS/CSA/HYA/nHAP纳米复合支架,并探究其性能。结果表明:支架具有相互连通的多孔结构,孔径大小为45~156μm,孔隙率为(93.78±1.56)%;原位形成的弱结晶nHAP赋予支架良好的矿化活性;支架的抗压强度为(0.126±0.073)MPa,弹性模量为(0.682±0.045)MPa,可基本满足非负重部位骨缺损修复要求。MTT检测结果显示支架对细胞增殖基本无抑制作用,相对安全无毒。     

纳米珍珠质/Ⅰ型胶原复合支架结构及活性研究

研究了纳米珍珠质/I型胶原复合支架的组成结构及对MC3T3-E1前成骨细胞的影响。应用扫描电镜、X射线衍射,光谱法进行组成结构,钙离子和多肽释放测试。将MC3T3-E1前成骨细胞在复合支架上进行培养,测定细胞增殖率,碱性磷酸酶及I型胶原蛋白的表达。结果表明,纳米珍珠质/I型胶原复合支架呈多孔状结构,能缓慢释放游离钙离子和多肽。MC3T3-E1细胞生长良好,碱性磷酸酶、胶原蛋白表达水平明显提高。复合支架对MC3T3-E1细胞成骨活性有明显的促进作用。     

脉冲电化学沉积法制备钛基HA/Ag复合涂层

采用脉冲电化学法在生物医用钛表面制备出纳米HA/Ag复合涂层。借助SEM、XRD等对复合涂层的形貌、成分进行表征。利用大肠杆菌和白色葡萄球菌两个菌种对该涂层抗菌性能进行分析研究。最后利用MC3T3-E1成骨细胞检测复合涂层的细胞相容性。结果表明：HA/Ag复合涂层呈纳米球状,由HA和Ag两相组成。Ag在HA涂层中分布均匀。复合涂层对两种细菌均有较好的抗菌效果,对大肠杆菌抗菌率达100%,对白色葡萄球菌的抗菌率接近100%,对大肠杆菌的抗菌能力高于白色葡萄球菌。细胞培养实验表明MC3T3-E1成骨细胞在HA/Ag复合涂层表面的黏附、铺展较好。综合可知,脉冲电化学沉积法制备的纳米HA/Ag复合涂层具有较好的抗菌性和细胞相容性     

生物活性多孔钽支架的构建及其初步生物学评价

表面生物活性涂层构建是提升金属内植物骨整合能力的有效途径,本研究利用电化学沉积技术在多孔钽支架表面构建生物活性羟基磷灰石(HA)涂层。通过接触角和比表面积测试发现,HA涂层的构建显著提升了多孔钽表面亲水性,并增加了其比表面积。利用模拟体液浸泡试验评估支架生物活性,发现仅浸泡3天后,多孔钽支架表面就已被类骨磷灰石沉积所覆盖。建成骨细胞培养模型,通过激光共聚焦观察及细胞增殖测试发现,所有支架均具有良好的细胞相容性。并且,细胞共培养5天后,HA涂层化多孔钽支架表面细胞的增殖率分别是未改性材料组和空白对照组的1.1和1.4倍,呈现了更大的促细胞增殖潜力。本研究中所制备的生物活性多孔钽支架具备快速诱导类骨磷灰石沉积能力,能够促进成骨细胞在其表面的贴附和增殖,在骨修复领域具有较大的临床应用前景。     

纯钛材与大变形纯钛材微弧氧化-水热合成复合陶瓷膜层的细胞相容性研究

采用微弧氧化-水热法分别在纯钛材及大变形纯钛材表面制备了TiO_2/HA复合陶瓷膜层,从细胞毒性实验、细胞增殖实验、细胞黏附实验等方面评价膜层的细胞相容性。结果表明:纯钛材与大变形纯钛材微弧复合陶瓷膜层均无细胞毒性。与纯钛材微弧复合陶瓷膜层相比,大变形纯钛材微弧复合陶瓷膜层表面粗糙度更适宜,结晶形核的HA晶粒的形状及Ca/P比更接近人骨HA,更能有效促进成骨细胞的黏附和铺展,随着培养时间的延长,成骨细胞双层重叠生长结构更为明显。成骨细胞在大变形纯钛材微弧复合陶瓷膜层表面各时间点的吸光度值均更高,细胞相容性更好。     

基于纳米羟基磷灰石、雷尼酸锶和聚己内酯的钛植入体成骨纳米复合涂层（英文）

钛及其合金常被用作牙科和骨植入材料。钛表面的仿生涂层可以改善其成骨性能。本文作者开发一种新型的、具有成骨作用的钛合金表面纳米复合涂层,为骨髓间充质干细胞(MSCs)的粘附、增殖和成骨分化提供自然环境。用静电纺丝法制备基于聚己内脂(PCL)、纳米羟基磷灰石(nH Ap)和雷尼酸锶(SrRan)的纳米复合涂层。因此,涂覆在钛合金表面的涂层有4种,分别为PCL、PCL/n HAp、PCL/SrRan和PCL/nHAp/SrRan。采用EDS、FTIR、XRD、XRF、SEM、AFM、体外细胞毒性和血液相容性测试等技术评估涂层的化学性能、形貌和生物学性能。结果表明,纳米复合涂层具有细胞相容性和血液相容性,PCL/HAp/SrRan纳米复合纤维涂层具有最高的细胞活性。MSCs在纳米涂层上的成骨培养显示干细胞向成骨分化,碱性磷酸酶活性和矿化测试结果证实了这一点。研究结果表明,所制备的复合纳米涂层具有促进新骨形成和增强骨-植入体整合的潜力。     

利用冷冻干燥原位构筑仿生型纳米羟基磷灰石、壳聚糖多孔支架材料

在目前仿生制备骨缺损修复材料研究的基础上,利用冷冻干燥技术结合原位复合方法在成分仿生的基础上进行结构仿生制备骨缺损修复材料.充分利用壳聚糖的溶解、沉析和羟基磷灰石形成特性,在室温下实现了纳米羟基磷灰石在多孔支架中的纳米分散.研究结果表明,利用冷冻干燥原位构筑的多孔支架材料拥有很好的相互贯穿多孔连通结构,孔径分布为100～136 μm,孔隙率达到96.1%.此外,原位形成的纳米羟基磷灰石(95 nm)对于多孔支架还起到了纳米增强作用,支架表现出良好的力学性能,可以根据不同缺损形状实现随意赋行.体外生物活性测试表明,该支架材料具有很好的生物活性,是一种优越的潜在骨缺损修复支架材料.     

骨组织工程支架材料与新骨生长

对β-TCP,β-TCP/DCHA和HA材料的结构、表面生物活性及细胞在材料表面的粘附情况进行了检测与分析,用Micro-CT对制备的骨支架材料植入前后的结构进行了评价.将骨髓基质细胞进行培养、分化,扩增得到足够浓度的成骨细胞,并种植于骨支架材料复合培养后,再植入动物体,观察成骨状况,研究成骨机制.结果表明骨支架的孔隙中诱导生成新骨,随着新骨生长,支架材料在逐步降解,从而达到骨重建.研制出了具有三维多孔结构、适于新骨生长的孔径、可降解、表面生物活性好以及植入骨细胞后可以诱导新骨生成骨组织工程支架材料.     

天然HA与双相磷酸钙复合支架修复骨缺损对比研究

以真空冷冻干燥方法制备骨碎补-天然羟基磷灰石-壳聚糖和骨碎补-双相磷酸钙-壳聚糖两种复合多孔支架材料。通过对两种材料的组织结构、性能及观察不同时间兔颌骨骨缺损修复状态的研究,比较这两种支架材料的成骨性能。结果表明:骨碎补-天然羟基磷灰石-壳聚糖支架材料具有天然骨的结构及多孔形态,利于骨组织长入,骨密度值更高、骨修复速率高和骨吸收重建过程也优于双相磷酸钙的复合多孔支架材料,具有更好的成骨活性。     

多孔镁表面生物活性β-TCP涂层的制备及其细胞相容性研究

采用化学沉积法在镁支架表面制备生物活性的β-TcP(磷酸三钙陶瓷)涂层,利用X射线衍射,扫描电子显微镜研究β-TCP涂层的相结构和表面形貌.并对表面改性的镁支架与类成骨细胞UMR106的体外生物相容性进行了详细研究.结果表明,表面改性后的镁支架浸提液细胞毒性为1级,即无细胞毒性;材料浸提液无细胞DNA毒性,对细胞周期无改变,也无异倍体细胞出现.实验结果证明,表面改性后的多孔镁具有良好的细胞相容性,是一种很有前景的新型骨组织工程支架材料.     

二氧化钛/氧化锌复合薄膜的制备及生物相容性表征

采用溶胶-凝胶法,制备了TiO2/ZnO微/纳结构复合薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)观察微/纳结构复合薄膜的形貌,采用X射线光电子能谱(XPS)分析复合薄膜元素的化合价及表面化学成分,利用紫外-可见分光光度计(UV-vis)分析复合薄膜的紫外吸收光谱,并对样品的表面润湿性及其光响应性进行分析,用CCK-8法表征了所制备薄膜对细胞的粘附和增殖性能。结果表明:制备的TiO2/ZnO复合薄膜表面均匀;Ti元素主要以Ti4+形式存在,Zn元素主要以Zn2+形式存在;6种薄膜的禁带宽度相近,吸收边没有表现出特别大的红移或蓝移;与水的接触角测试表明,所制备的薄膜比较利于细胞的粘附和增殖;复合薄膜生物相容性优良,其中TiO2/ZnO(0.14 mol/L)组对成骨细胞的增殖有促进作用,这可能是由于少量锌离子的缓释对成骨细胞的粘附和增殖所致。     

具有抗菌及骨修复的硼酸盐玻璃支架的性能研究

本实验在硼酸盐玻璃基础(BG)上掺杂质量分数1%Ag2O,利用聚胺酯模板法制备含银硼酸盐生物活性玻璃(BGAg)支架。将BGAg支架浸泡在人体模拟体液(SBF)中,探讨支架的体外生物活性,生物降解性,并利用FESEM,XRD,FT-IR等对支架及其降解产物进行表征。同时,也考察了BGAg支架对于E.coli和S.aureus两种细菌的体外抑菌作用。材料浸提液与前成骨细胞(MC3T3-E1)共培养,通过细胞的MTT值和ALP活性考察材料的细胞毒性及对细胞活性的影响。结果表明,制备的BGAg支架材料具有良好的生物降性能,抗菌性能可维持3 d之久,细胞毒性低,对细胞的生物活性影响小,是一种性能优良的骨修复支架材料。     

Doping of Strontium into Natural Bone Powder and Further Cell Experiment

优良的骨修复材料可以缩短骨愈合周期,降低不愈合的发生率。锶离子被发现具有促进骨形成的作用,将锶元素掺入骨粉材料将可能制作出一种有前景的骨修复材料。在研究中锶元素被尝试通过离子交换的方法掺入骨粉材料,实验观察了锶元素掺入骨质中的能力。新材料的细胞毒性通过MTT方法进行评价。原代培养的成骨细胞被用来评价新材料的生物相容性。结果发现锶元素在骨粉中的掺入比例可以高达10%,新材料没有细胞毒性,与普通骨粉相比成骨细胞的相对增殖率达到后者的129%,ALP活性则达到后者的132%。因此,通过离子交换方法可以制备性能优异的掺锶同种骨粉移植材料。     

壳聚糖原位复合纳米羟基磷灰石缓释微球

利用高压微囊成型装置,以壳聚糖为有机基质,通过原位复合纳米羟基磷灰石,制备载淫羊藿苷复合微球,构建一种新型载药复合微球。结果表明:制得的复合微球形态圆整,粒径约为200μm且分布均匀;原位形成的羟基磷灰石达到纳米级;复合微球对淫羊藿苷形成了良好的包覆,并对成骨细胞具有促进增殖的作用。     

溶胶凝胶法制备TiO_2/HA复合生物活性涂层及其体外活性

通过溶胶凝胶法在纯钛基体上制备了羟基磷灰石(HA)/TiO2复合生物活性涂层。HA和TiO2溶胶由前驱体制得,按不同摩尔比直接混合两种溶胶来制备混合溶胶。HA可以提高钛基的生物活性,TiO2可以提高涂层与基体的物理、化学相容性和结合强度。粘结拉伸结果表明,复合涂层与基体结合良好,比纯HA涂层与基体的结合强度提高约47%。复合涂层试样于SBF中浸泡4、7和14d的SEM分析结果表明,复合涂层表面的类骨磷灰石生成量较高。成骨细胞实验结果表明,复合涂层上细胞铺展良好。     

Li/V包层MHD绝缘涂层的研究现状与展望

绝缘涂层是解决液态氚增殖剂包层磁流体动力压降(magnetohydrodynamic pressure drop, MHD)的一种行之有效的方法。本文着重介绍了应用于Li/V自冷系统包层的CaO,Y_2O_3,Er_2O_3和AlN等几种候选绝缘涂层的稳定性研究、制备方法。研究表明,以Er_2O_3、AlN等为代表的若干种候选绝缘材料并没有表现出理论上的稳定性,这使得绝缘涂层的研究重心逐渐从单层绝缘涂层转向了复合绝缘涂层。然而,目前以"钒合金/绝缘层/金属层"结构为代表的复合绝缘涂层(如"V-alloy/Er_2O_3/V"等)虽表现出了较好的稳定性和足够的绝缘性,但也存在着一些明显的缺点,如无法实现原位制备及原位修复,制备工艺难以应用到大型的具有复杂形状的部件等。未来的工作可以着重设计和制备更有应用潜力的双层或多层绝缘涂层。作者提出了"钒合金/金属/绝缘层"结构的复合绝缘涂层,如"V-alloy/Ti/AlN",其优点之一就是有潜力可以实现原位制备和原位修复,还可能兼具优异的阻氢性能,因而具有一定的研究意义。     

多孔Fe-Mn合金表面微纳形貌调控及其生物相容性评价

铁基可降解金属因其良好的生物相容性和优异的机械性能,在骨科植入物领域具有广阔的应用前景,但必须突破其降解速率过慢的瓶颈问题。本研究通过电化学技术对3D打印多孔铁锰合金(Fe-30Mn)支架表面进行去合金化处理。通过扫描电镜观察发现,以盐酸和氯化钠分别作为去合金化处理介质溶液,可以在支架表面形成多微孔网络结构和片状纳米结构。接触角和粗糙度测试显示,2种微纳结构的构建均显著改善了Fe-30Mn支架表面亲水性,并提升了其表面粗糙度,多微孔网络结构更加粗糙并且亲水性更好。利用静态浸泡法和电化学耐腐蚀实验评估合金化处理前后支架的腐蚀速率,发现表面微纳结构的形成可加速Fe-30Mn支架的降解。建立体外成骨细胞培养模型,通过激光共聚焦观察及细胞增殖测试发现,经合金化处理的2种支架均能支撑细胞的贴附和增殖,具有良好的细胞相容性。结果表明,经电化学去合金化处理后,Fe-30Mn支架的降解速度得以增强,同时保持了良好的生物相容性,有望在骨修复领域得到较好应用。     

葡聚糖／壳聚糖水凝胶的制备及其作为生长因子载体的研究

合成并表征了砜基葡聚糖（Dex—vs）和巯基化壳聚糖（CS-SH）,利用迈克尔加成反应,以巯基化壳聚糖为大分子交联剂,制备了葡聚糖／壳聚糖（Dex／CS）水凝胶。采用扫描电镜（SEM）考察了凝胶支架的形貌,并研究了其降解行为。研究发现,水凝胶的降解时间可由前驱物浓度以及砜基取代度来调控。细胞毒性研究表明该水凝胶具有良好的生物相容性。在此基础上,将其负载骨诱导生长因子人重组骨形态发生蛋白-2（rhBMP-2）后植入老鼠肌袋内,评价动物体内异位成骨的情况。通过新生异位骨的成骨量以及组织学评价结果表明,负载rhBMP-2的凝胶支架具有良好的异位成骨效果。本研究表明此类凝胶有望作为一种新型的可注射生长因子载体用于组织修复。     

微弧氧化法制备钛基HA/CS涂层及其生物学特性

采用微弧氧化法在医用钛表面制备羟基磷灰石（HA）/壳聚糖（CS）涂层。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）仪、红外光谱（FTIR）仪分析涂层的形貌和物相,评价HA/CS涂层对成骨细胞的毒性及其在动物体内的生物活性,分析微弧氧化法制备钛基HA/CS涂层的特征及其在骨修复中应用的可能性。结果表明：微弧氧化法可在钛表面生成HA/CS涂层,厚度40±2 mm、粗糙度3.3±0.1 mm、孔隙率(30±2)%,孔隙近圆形、直径几微米到20 mm,结合强度20.5±1.1 MPa;涂层中HA与CS之间没有形成化学键,晶体HA占10%,平均粒径37 nm,非晶体HA占90%;钛基HA/CS涂层材料对成骨细胞增殖具有促进作用,无细胞毒性,在动物体内能够诱导骨小梁形成,具有高的生物活性。微弧氧化法制备的高生物活性钛基HA/CS涂层材料,在骨修复方面具有良好的应用前景     

组织工程化三维仿骨支架重建股骨头坏死区研究

首先研制出具有取向性类骨结构的β-TCP三维仿骨支架,经过仿生类骨处理和组织工程化后,植入犬的股骨头坏死区,30周后取出股骨头进行分析研究.与此同时开展了几种支架材料重建股骨头坏死区的力学性能分析和模拟.结果显示,具有取向性类骨结构的β-TCP三维仿骨支架具有很好的生物相容性和力学相容性.动物实验研究表明:组织工程化三维仿骨支架诱导生长出新的骨小梁,并伴有β-TCP降解,这为修复或重建股骨头局部坏死区提供了一种有希望的新途径.