羟基磷灰石基多孔复合支架的制备及其表征

研究利用造孔剂法制备高度贯通的多孔羟基磷灰石(HA)支架,孔隙率约为78%,并利用聚己内酯(PCL)分别复合纳米HA(nHA)或微纳米生物玻璃(nBG)粉末对其进行涂覆改性,粉末的添加量均为10%~40%(质量分数)。4种类型支架分别记为HA、PCL/HA、nHA-PCL/HA和nBG-PCL/HA。实验结果发现,nHA-PCL/HA和nBG-PCL/HA复合支架最大抗压强度分别为1.41~1.98 MPa和1.35~1.78MPa。4类支架矿化实验显示,浸泡21d后nBG-PCL/HA表面促进生成较多的磷灰石矿化物;细胞实验结果显示细胞在4类支架上均生长良好,说明支架具有良好的生物相容性。支架在实验犬背部肌肉组织内植入2个月的组织学检测显示,4种支架内均有新骨形成,尤其是nHA-PCL/HA和nBG-PCL/HA孔内有更多的新生骨组织,说明这两种支架表面复合涂层中的生物活性纳米颗粒对诱导新骨生成具有积极的促进作用。     

羟基磷灰石/纤维素复合材料在骨组织工程中的研究进展

自从使用羟基磷灰石复合材料作为生物医用替代材料以来,其制备原料和制备工艺不断得到优化,现已制备出性能接近于天然骨的复合材料。但是羟基磷灰石复合材料还存在很多不足,例如抗压强度和弹性模量达不到天然骨的要求而导致其骨兼容性和骨整合较差,这些缺点严重阻碍了它作为骨替代物的发展。羟基磷灰石/纤维素复合材料不仅具有二者的特点,而且两材料协同产生的优异性能使其更加适用于生物组织工程材料。相比传统的骨替代材料,羟基磷灰石/纤维素复合材料在力学性能、生物活性、生物相容性、生物降解性等方面都有不同程度的改善,并且具有更好的成骨活性,已经基本达到理想组织工程应用的支架材料的要求。在以纤维素为基底材料制备羟基磷灰石复合材料中,已经成功应用的纤维素类包括纳晶纤维素、细菌纤维素、羧甲基纤维素(CMC)等。但是不同的纤维素/羟基磷灰石复合材料之间也存在性能差异,有的纳米复合材料抗压强度较低,只有(1.57±0.09) MPa/cm~3,但是有的纳米复合材料的抗压强度和模量都能接近天然骨。因此近几年来,研究者们除了不断优化制备工艺,主要还在选择合适的纤维素方面不断尝试,并取得了很大的进步。目前,已经有研究者发现CMC/明胶/羟基磷灰石纳米复合材料的抗压强度和模量与人松质骨和皮质骨相似,并且它也能促进细胞的高碱性磷酸酶活性和细胞外矿化,可作为主要承载区的再生骨移植材料。本文介绍了羟基磷灰石与纤维素的特点,综述了各类羟基磷灰石/纤维素复合材料的制备方法以及研究现状,并对其性能进行了探讨,进而对羟基磷灰石/纤维素复合材料的研究发展前景予以展望,希望为制备性能更加良好的骨替代材料提供参考。     

仿生矿化法制备可降解羟基磷灰石/氧化细菌纤维素复合材料

细菌纤维素是具有天然纳米网状结构的支架材料,对其进行氧化改性后可获得可调控的降解性能。通过仿生矿化氧化改性的细菌纤维素支架,制备了可降解羟基磷灰石/氧化细菌纤维素复合骨组织工程支架材料。观察并分析了仿生矿化过程氧化细菌纤维素的降解和羟基磷灰石的形成,并通过SEM、EDS、XRD对羟基磷灰石在可降解氧化细菌纤维素支架上沉积进行了表征,矿化7天的羟基磷灰石/氧化细菌纤维素复合材料表面和内部均有磷灰石形成,测得磷灰石的钙磷比为1.75,主要为羟基磷灰石,伴有少量碳羟磷灰石。结果表明,使用仿生矿化法成功获得了一种新型可降解羟基磷灰石/氧化纤维素复合材料支架。     

壳聚糖/磷灰石-硅灰石复合多孔支架材料的制备与性能

以磷灰石-硅灰石(AW)生物活性多孔玻璃陶瓷支架材料为基体,采用物理包被法制备了壳聚糖(CS)/AW复合多孔支架材料,通过红外图谱分析、扫描电镜、光学显微镜、强度检测等分析测试方法,研究了复合材料的组成、微观结构、力学和矿化性能。结果发现：复合材料与AW多孔支架材料基体相比,仍具有三维贯通且分布均匀的孔隙结构,孔径尺寸约 100～500μm,孔隙率为80%左右,且力学性能明显增强,平均抗压强度可达3.11 MPa,比多孔AW支架材料基体的平均抗压强度提高了8.3倍。体外模拟体液浸泡实验表明,复合材料具有较高的矿化功能,预示材料具有较好的生物活性。这种复合材料可望作为人体非承重部位的植入骨修复体和组织工程支架使用。     

细菌纤维素支架的复合改性及生物性能

采用原花青素交联和仿生矿化技术,以生物相容性良好的细菌纤维素(BC)为原材料制备了BC/多肽(pol)和BC/多肽/羟基磷灰石(HAp)复合材料,并利用场发射扫描电镜、X射线衍射仪和红外光谱仪对制备材料进行分析表征,采用成骨细胞评估了几种支架材料的生物相容性。结果表明,交联和仿生矿化成功地将pol和HAp引入到BC的表面和内部,细胞实验表明,3种支架材料均具有一定的生物相容性,且复合改性提高了支架材料的生物活性,制备的材料具有优异的性能,是具有应用前景的组织工程支架材料。     

仿生矿化法制备双磷酸根改性的纤维素/羟基磷灰石复合支架

通过高碘酸钠的氧化以及基于席夫碱原理的阿仑膦酸缩合对支架表面进行功能化改性,最后通过仿生矿化的方式制备了一种新型的双磷酸根纤维素/羟基磷灰石三维复合支架。通过红外光谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对磷酸化改性前后支架的矿化样品的组成、结构和形貌进行分析,结果表明改性后的凝胶支架表面沉积羟基磷灰石的含量、结晶度、晶粒尺寸、Ca/P元素比等,都更接近于天然骨骼中生物磷灰石晶体。细胞增殖毒性检测(CCK-8法)结果揭示了材料无细胞毒性,对矿化样品表面细胞的形貌分析表明,与未改性支架相比,细胞在复合支架上具有更高的活性以及更好的黏附性。因而,改性后的复合支架有望成为一种理想的支架材料。     

纳米羟基磷灰石/聚己内酯复合生物活性多孔支架研究

采用水热法制备了纳米羟基磷灰石（n-HA）及其与聚己内酯（PCL）的复合材料. 用熔融浇铸/食盐微粒浸出法制备了孔径在200～400μｍ、大孔互相贯通的复合材料支架. 通过细胞培养和体内动物实验研究了该支架的生物学性能. 结果表明,复合支架的孔隙率随致孔剂用量的增加而增加,而抗压强度随之而减小;支架的最大孔隙率可达86%,相应的抗压强度为2.4MPa. 成骨细胞在支架上的细胞粘附率和增殖随磷灰石含量增加而提高,复合材料明显高于单纯的PCL支架. 组织学观察显示,新生骨长入多孔支架和复合材料形成了直接的骨性结合. n-HA/PCL复合材料支架有很好的生物相容性和生物活性.     

磷灰石-硅灰石/β-磷酸三钙复合多孔支架材料的制备和表征

以磷灰石-硅灰石玻璃陶瓷(AW)粉和β-磷酸三钙(β-TCP)粉为原料. 以硬脂酸为致孔剂. 经模压成型、1170℃烧结制备磷灰石-硅灰石/β-磷酸三钙复合多孔支架材料(AW/βTCP). 采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、诱导耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等方法分析支架的晶相组成、显微结构、物理性能、生物活性和降解性. 将大鼠骨髓间充质干细胞(rMSCs)与支架体外复合培养评价支架的生物相容性. 结果表明: 所制备的AW/β-TCP支架材料的抗压强度达14.3MPa. 孔隙率达66.9%. 孔径为100～700μm. 具有良好的生物相容性、生物活性和降解性. 可作为骨组织工程支架的候选材料.     

天然高分子基复合骨支架研究进展

在生物医用材料中,天然高分子因具有良好的生物相容性和生物识别性而受到极大的关注。天然高分子与羟基磷灰石(HA)、生物活性玻璃(BG)、双相磷酸钙(BCP)等陶瓷材料复合形成的骨支架成为了骨组织再生领域的研究重点。综述了近年来天然高分子基复合骨支架的研究进展及其发展方向,并详细介绍了胶原、明胶、壳聚糖与不同陶瓷材料复合形成的骨支架在骨组织再生中的成效。     

一种新型仿生骨组织工程支架的制备与表征

利用改性生物玻璃粉体和胶原、透明质酸钠、磷酸丝氨酸等天然生物分子复合制备仿生型三维多孔骨组织工程支架材料,利用体外模拟实验结合SEM、FTIR、XRD 等测试方法对材料的显微结构、生物矿化性能进行了综合研究,研究表明该材料具有良好的孔隙结构,在模拟生理溶液(SBF)中反应24h即可在支架表面形成碳酸羟基磷灰石(HCA).     

纳米羟基磷灰石/聚合物多孔复合支架材料

为提高骨组织工程支架材料的力学性能,改善其生物活性,综合天然与合成高分子的优点,采用溶液共混相分离法制备出聚己内酯(PCL)-壳聚糖(CS)多孔支架材料, 并进一步采用离心注浆法填充具有生物活性的纳米羟基磷灰石(HA)-聚乙烯醇(PVA)复合浆料, 制备了n-HA-PVA/PCL-CS复合多孔支架材料, 改善了PCL-CS支架材料力学性能。采用扫描电子显微镜、红外光谱、元素分析、孔隙率和抗压强度试验对材料进行了表征。结果表明, PCL-CS支架材料的内部具有蜂窝状的相互贯通的孔隙结构,孔隙率可以达到60%～80%。CS含量越大,孔隙率越大,而抗压强度越小。填充后的n-HA-PVA/PCL-CS复合多孔支架材料,孔隙率有所下降,但仍大于60%,而其弹性模量可提高至25.71 MPa。      

壳聚糖-明胶/APTES改性生物活性玻璃复合支架的制备工艺

为改善生物活性玻璃与高分子之间的相容性,利用 APTES改性生物活性玻璃(SBG),通过冷冻干燥法制备出用于骨和软骨组织工程的壳聚糖-明胶/APTES改性生物活性玻璃(CS 2Gel/ SBG)仿生型复合多孔支架,并对其孔隙率、力学性能和显微形貌进行了表征;探讨了各组分不同含量、交联剂和冷冻温度对CS-Gel/SBG复合支架孔隙率、力学性能和显微观结构的影响。研究表明,当SBG和CS-Gel的含量分别为70和40 g·L-1,用EDC和NHS交联,-50℃急冻2h后,又在-15℃ 下冷冻10h,最后真空冷冻干燥,制备出孔隙分布均匀、孔隙率达到90 %以上、三维连通的复合多孔支架。     

羟基磷灰石/胶原蛋白/壳聚糖多孔支架的制备及性能研究

通过共滴定法合成工艺制备出羟基磷灰石/胶原蛋白粉体,以制备的羟基磷灰石/胶原蛋白粉体为原料,选用冷冻干燥成型技术,制备羟基磷灰石/胶原蛋白/壳聚糖复合多孔支架材料.研究结果表明:通过X射线衍射分析和透射电镜分析,羟基磷灰石/胶原蛋白纳米粉体中羟基磷灰石晶粒是针状的弱结晶的晶体,与天然骨中的纳米羟基磷灰石晶粒相近;羟基磷灰石/胶原蛋白/壳聚糖复合多孔支架的抗压强度、孔隙率、平均孔径可达到骨组织工程支架材料的要求,是由有机-无机三相复合、具有三维多孔结构、又有良好机械性能的具有发展潜力的骨支架材料.     

羧甲基壳聚糖/纳米羟基磷灰石复合支架材料的制备及生物安全性

为了探讨羧甲基壳聚糖/纳米羟基磷灰石(CMCTS/n-HA)复合支架材料的制备及其生物安全性,采用化学沉淀法合成了纳米羟基磷灰石粉体（n-HA）; 以无水乙醇为沥滤剂,以16.7% (质量分数)的柠檬酸水溶液作粘接剂, 通过粒子沥滤法制备CMCTS/n-HA多孔复合材料。对其孔隙率及抗压强度进行测试,并将其植入大白兔骨缺损处观察组织学变化并进行肝肾功能检测。CMCTS/n-HA复合多孔材料的孔隙率接近75％,孔隙尺寸分布约从几微米到600 μm,并且孔隙之间相互贯通,其抗压强度可达21 MPa以上,植入大白兔骨缺损处未见引起骨组织明显的炎症反应及骨坏死, 肝肾功能检测未发现有肝肾毒性。CMCTS/n-HA可以满足骨组织工程支架的基本要求。      

丝素蛋白/纳米生物玻璃复合多孔支架的结构与性能

采用冷冻干燥法制备了丝素蛋白(SF)/纳米生物玻璃(NBG)复合多孔支架材料。并用XRD、FT-IR、SEM等对SF/NBG复合支架进行了结构与性能表征。结果表明,SF/NBG复合多孔支架孔连通性较好,孔径为150～300μm,孔隙率为80.6%～90.3%;同时NBG的加入促进了复合多孔支架中SF的构象部分由无规卷曲向β-折叠转变。复合多孔支架抗压强度和抗压模量相比于纯SF多孔支架有较大提高。采用模拟体液浸泡实验研究了复合支架的体外生物活性,并用XRD、FT-IR和FESEM对试样表面进行了表征。结果显示,复合多孔支架经模拟体液浸泡7d后,表面沉积出类骨羟基磷灰石(HA)层,NBG的加入能加快复合多孔支架表面沉积类骨HA的速度。研究结果显示SF/NBG复合多孔支架材料有望作为生物活性良好的骨组织修复材料。     

硼硅酸盐生物活性玻璃在直流电场下的体外矿化性能（英文）

硼硅酸盐生物活性玻璃具有良好的生物活性和骨传导性,但大多数生物活性玻璃表现出非线性降解和矿化行为,矿化性能会随着时间而减缓。电场作为一种外场辅助调节的方法,能够干预玻璃的离子交换和扩散。本研究利用直流电场干预硼硅酸盐生物活性玻璃的体外矿化,加快降解较慢阶段中硼硅酸盐生物玻璃的生物活性。将熔融法制备的成分为18SiO₂-6Na₂O-8K₂O-8MgO-22CaO-2P₂O₅-36B₂O₃的硼硅酸盐生物活性玻璃浸泡在SBF生理模拟液中,施加0～90 m A的电流,研究直流电场对硼硅酸盐生物玻璃降解及体外矿化性能的影响。研究结果表明,施加电场不仅可以提高硼硅酸盐生物活性玻璃的降解率和离子释放量,而且有利于玻璃网络水解和表面羟基化,加速羟基磷灰石的生成。其中失重率比对照组提高了3%～5%,硼和钙的离子释放量分别较对照组提高了2.3～2.9倍和1.9～2.3倍。对硼硅酸盐生物活性玻璃表面结构分析得出,暴露在电场下的样品表面生成了磷灰石层。应用直...     

有机相对魔芋葡甘聚糖/纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合多孔骨组织工程支架材料性能的影响研究

以氨水为交联剂,冰乙酸为改性剂,生物相容性良好的可降解生物材料魔芋葡甘聚糖(KGM)、壳聚糖(CS)和纳米羟基磷灰石(纳米-HAP)为基本原料,在碱性溶液环境下将三者机械混合得到凝胶,经熟化、除碱和冷冻干燥等工艺手段,制备得到魔芋葡甘聚糖/纳米羟基磷灰石/壳聚糖(KHC)复合多孔支架。通过抗压强度和气孔率测试,以及X射线衍射、傅里叶红外光谱和扫描电镜等检测手段探讨KGM含量对复合支架材料结构与物化性能的影响,其后对实验较优组进行CS酸改性处理,并与未改性组进行对比分析。结果表明:当KGM含量为原比例(1KGM)时,支架材料有机相包裹无机相的能力最好,当KGM含量大于原比例(5/4KGM、3/2KGM)时,有机相包裹能力逐渐减弱;原比例组CS经酸改性后支架的包裹性能将进一步提升,酸改性组支架抗压强度最高,达到了1.1MPa。     

羟基磷灰石/纤维素骨仿生支架的制备及性能研究

为探究制备方法对羟基磷灰石/纤维素支架材料性能的影响,采用仿生矿化法、原位复合法和溶液共混法制备了3种羟基磷灰石(HA)/纤维素支架材料,表征了3种支架材料的结构、形貌和热稳定性,分析了制备方法对支架材料生物相容性的影响。结果表明：3种方法获得的复合支架中,HA和纤维素气凝胶(CAS)之间仅存在物理作用,且HA的引入提高了复合支架的稳定性,但仿生矿化法和原位复合法因CAS的引入限制了HA的生长,结晶度较低。3种复合材料均无细胞毒性且具有生物相容性,但仿生矿化法制备的复合支架材料具有较大的孔径、较高的比表面积,更有利于细胞的粘附及增殖。因此,仿生矿化法是制备医用骨支架材料的最佳途径。     

明胶/掺锶β-磷酸三钙/硫酸钙复合多孔支架的制备与性能

以掺锶β-磷酸三钙/硫酸钙为原料,利用搅拌喷雾干燥法制备出掺锶β-磷酸三钙/硫酸钙复合小球,再将明胶与制备的复合小球复合,制备出明胶/掺锶β-磷酸三钙/硫酸钙复合生物支架。通过X射线衍射仪、扫描电镜、红外光谱仪等分析了复合多孔支架的成分、形貌以及结构特征,并研究了复合生物支架的降解性、孔隙率、力学性能和细胞毒性等。结果表明:该复合多孔生物支架具有不规则的孔洞结构,孔径在0.5~1mm之间,且平均孔隙率达到(63±1.77)%,基本能满足骨组织工程支架对孔隙率的要求;复合多孔支架具有良好的抗压强度,其平均抗压强度在(6.3±0.05)MPa左右;该复合多孔支架无细胞毒性,具有较好的降解速率,因此该支架在骨组织修复方面具有良好的应用前景。     

用于骨组织工程的羟基丁酸-戊酸共聚物/生物活性玻璃复合多孔支架材料

研究了用于骨组织工程的复合型羟基丁酸-戊酸共聚物／溶胶-凝胶生物活性玻璃多孔支架材料，采用溶液浇注沥滤法制备了任意形状的三维连通多孔结构支架，并进行三维结构表征和显微形貌观察；通过对成型条件的调节，可控制支架的孔径和孔隙率；在模拟生理体液中进行复合支架材料的生物活性测试。研究表明，通过控制致孔剂用量、尺寸大小和分散，得到的支架材料呈三维连通开孔结构，且孔隙分布均匀、孔隙率达90％以上；扫描电镜观察结果显示，羟基丁酸-戊酸共聚物与生物活性玻璃良好相容，后者粘附在支架孔壁上；支架在模拟生理体液中浸泡后发现生物活性玻璃表面有羟基碳酸磷灰石多晶体生成，表明复合支架仍保持了BG的生物活性。