大孔孔径对含CO3^2-的双相HA／β-TCP多孔陶瓷表面类骨磷灰石形成的影响

钙磷陶瓷植入生物体内后其表面首先形成一层含CO3^2-的类骨磷灰石层。它对钙磷陶瓷诱导新骨的生成起非常重要的作用。本文以模拟体液SBF9^#为介质。利用体外模拟装置首次研究了以新工艺制备的含CO3^2-的双相HA／β-TCP多孔陶瓷其大孔孔径对表面类骨磷灰石形成的影响。结果表明该陶瓷因CO3^2-的掺入导致类骨磷灰石晶体的形成时间大大缩短(从14d缩短至6d)。且以300～400μm的大孔孔径最有利于类骨磷灰石晶体的形成。此外还有缺钙羟基磷灰石晶体的生成。而最不利于类骨磷灰石晶体形成的大孔孔径为400～500μm。大孔孔径的优化有利于该陶瓷材料骨诱导性的提高，进而有利于骨缺损的快速修复。     

大孔孔径对含CO2-3的双相HA/β-TCP多孔陶瓷表面类骨磷灰石形成的影响

钙磷陶瓷植入生物体内后其表面首先形成一层含CO2-3的类骨磷灰石层.它对钙磷陶瓷诱导新骨的生成起非常重要的作用.本文以模拟体液SBF9#为介质,利用体外模拟装置首次研究了以新工艺制备的含CO2-3的双相HA/β-TCP多孔陶瓷其大孔孔径对表面类骨磷灰石形成的影响.结果表明该陶瓷因CO2-3的掺入导致类骨磷灰石晶体的形成时间大大缩短(从14d缩短至6d),且以300～400μm的大孔孔径最有利于类骨磷灰石晶体的形成.此外还有缺钙羟基磷灰石晶体的生成.而最不利于类骨磷灰石晶体形成的大孔孔径为400～500μm.大孔孔径的优化有利于该陶瓷材料骨诱导性的提高,进而有利于骨缺损的快速修复.     

生物陶瓷及其复合材料表面诱导类骨磷灰石层形成的研究

钙磷生物材料表面类骨磷灰石层的形成对其植入体内诱导新骨生成起非常重要的作用.本实验采用2倍模拟体液(2×SBF)为介质,通过仿生浸泡的方法研究了羟基磷灰石(HA)陶瓷及其复合材料羟基磷灰石/聚乳酸(HA/PLA)、羟基磷灰石/聚己內脂(HA/PCL)、羟基磷灰石/丝素(HA/SF)和羟基磷灰石/壳聚糖(HA/CS)表面诱导类骨磷灰石层形成的差异.实验结果表明,HA陶瓷及其复合材料在2×SBF溶液中仿生浸泡7d后,各样品表面均有一层厚度不同的类骨磷灰石层生成.并且该类骨磷灰石层的结晶度较低,晶粒较细(15～30nm),与人体自然骨无机物的结构非常类似.其中,在这4种复合材料中,HA/CS和HA/SF复合材料中因丝素蛋白和壳聚糖富含多种功能基团,能有效促进类骨磷灰石晶体的形核和生长,因而诱导类骨磷灰石生成的能力最强,显示其良好的生物活性.     

微孔致孔剂对钙磷陶瓷表面类骨磷灰石形成的研究

钙磷陶瓷表面类骨磷灰石层的形成对瓷诱导新骨生成起非常重要的作用. 本文利用体外模拟装置首次研究了微孔致孔剂对新工艺制备的含CO₃^2-的双相HA/β-TCP多孔陶瓷表面类?骨磷灰石形成的影响. 结果表明, 该陶瓷因CO₃^2-的掺入, 导致类骨磷灰石晶体的形成时间大大缩短(从14天缩短至6天). 此外还有缺钙羟基磷灰石晶体?的生成. 并且微孔致孔剂以聚乙烯醇缩丁醛(PVB)优于硬脂酸(SA)粉末, 它更有?利于类骨磷灰石的形成. 在同时加入PVB作微孔致孔剂时, 类骨磷灰石晶体的形成情况随PVB加入量的增大而越来越好. 综合其相关性能来看, PVB的加入量以m_钙磷粉:m _致孔剂=1:0.3为宜. 微孔致孔剂的优化有利于该陶瓷材料骨诱导性的提高.     

类骨磷灰石的结构分析与形成机制研究

采用在模拟体液(SBF)中浸泡材料的方法,在致密羟基磷灰石(HA)表面形成类骨磷灰石层,利用XRD和FT-IR分析表面相结构,SEM观察表面形貌,X光电子能谱分析表面化学组成及其价态.结果表明,表面新生相为含PO43-、CO32-和OH-的低结晶度的类骨磷灰石微晶.其形成机制属于溶解-沉淀型,HA陶瓷浸泡与SBF液中,首先产生表面溶解,使表面附近Ca2+、PO43-等离子浓度升高,然后通过静电吸引,在其表面吸附、成核、长大,形成类骨磷灰石新相.     

氧化钛和氧化铝陶瓷的骨诱导作用

蛋白质吸附、钙磷离子释放和表面生物矿化是钙磷材料诱导异位骨生成的可能材料机制。对比了非表面微孔羟基磷灰石陶瓷(HA-S)、表面微孔羟基磷灰石陶瓷(HA-R)和表面微孔生物惰性非钙磷陶瓷(TiO_2陶瓷;Al_2O_3陶瓷;两者无钙磷释放,无表面生物矿化能力)的异位骨诱导能力。研究发现,不同化学成分的陶瓷材料对蛋白质有选择性吸附。即使不吸附骨形态发生蛋白-2(rhBMP-2),具有表面微孔的非钙磷陶瓷也能诱导异位骨组织生成。结果表明,钙磷离子释放和表面生物矿化在磷酸钙生物材料骨诱导中不起关键作用,表面微孔也不一定通过蛋白质吸附而在异位骨诱导中起作用。     

致密磷酸钙陶瓷在动态SBF中类骨磷灰石层形成研究

磷酸钙陶瓷植入体内后其表面类骨磷灰石层的形成是诱导成骨的先决条件．本实验在模拟体液(ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｏｄｙ ｆｌｕｉｄ,ＳＢＦ)以人体骨骼肌组织内体液的正常生理流率(２ｍＬ/１００ｍＬ·ｍｉｎ)和偏离正常生理流率流动的动态条件下,研究在动态ＳＢＦ中影响致密磷酸钙陶瓷表面类骨磷灰石层形成的因素．结果表明:在生理流率条件下,材料的粗糙表面有利于类骨磷灰石的形成,加大ＳＢＦ中Ｃａ^２＋、ＨＰＯ_４^２－离子浓度,类骨磷灰石层的形成速度加快．比起通常使用的静态浸泡试验,ＳＢＦ以生理流率流动的动态试验能够更好地模拟类骨磷灰石生长的体内环境．动态ＳＢＦ对了解类骨磷灰石形成,进而了解磷酸钙陶瓷在体内诱导成骨机理是十分有用的．     

不同孔隙率的双相磷酸钙陶瓷降解性能研究

包含羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP)的双相磷酸钙陶瓷(BCP)由于其具有良好的降解性能和良好的骨诱导性被看作是骨替代和修复的首选材料。BCP陶瓷的降解性能主要受相成份、孔隙率、材料微观形貌的影响。通过化学共沉淀法制得了成份为60/40(HA/TCP)的双相BCP粉体,通过双氧水发泡法制得了孔隙率分别为40%、60%和80%的多孔双相BCP陶瓷。选用Tris缓冲液浸泡的方法测试材料的体外降解行为。结果显示,孔隙率的改变有效地调控了BCP陶瓷的降解性能。随孔隙率的增加材料的溶出显著加快。高孔隙率材料的快速降解,在体系中释放出相对较高的钙、磷浓度,这可能是其高生物活性的重要影响因素。     

磷酸钙陶瓷在不同动物的模拟体液中类骨磷灰石的形成研究

根据人、狗、猪、猴和兔五种动物体液的钙离子浓度和pH值的差异,配制了不同组分的模拟体液,将孔壁致密和有微孔的多孔磷酸钙陶瓷分别浸泡在这些模拟体液中,研究陶瓷孔隙表面类骨磷灰石的形成情况.结果表明:在模拟体液中浸泡14天后,孔壁致密的材料未见有类骨磷灰石层形成;有微孔的多孔磷酸钙陶瓷,材料孔壁表面(包括陶瓷表面较深孔隙)有类骨磷灰石层的形成,这与体内植入实验观察到的类骨磷灰石层形成和诱导成骨情况相似,可以推论类骨磷灰石层的形成的确是骨诱导的先决条件.随着钙离子浓度的增加,其孔壁表面类骨磷灰石层的形成也更为均匀,但类骨磷灰石生长快慢顺序与动物组织学观察到的骨诱导性高低的次序不完全一致.     

HOPG片电化学沉积羟基磷灰石初探

为探索羟基磷灰石(HA)在含碳基体上电化学沉积,采用了高定向裂解石墨(HOPG)片这一具有原子级平整表面的导电材料作为阴极材料,探索了电沉积时间、溶液pH值及溶液浓度对沉积层成分和形貌的影响,利用TEM、SEM、AFM、EDS及XRD等进行了表征分析,并初步探讨了羟基磷灰石电沉积机理。结果表明电解液初始pH值为5和钙离子浓度低于0.007mol/L时有利于促进HA的生长,并且可以形成单层片状结构,得到比较规整完善的多孔状单层HA涂层。而延长电沉积和陈化时间则有助于缺钙型HA垂直于基底表面生长,并促进钙磷比增加,形成缺钙性HA。研究将为电沉积羟基磷灰石的应用提供必要的理论和实验支持。     

Bioactive ceramic composites sintered from hydroxyapatite and silica at 1200∘C: preparation, microstructures and in vitro bone-like layer growth

Bioceramic composites were synthesized by sintering the powders of hydroxyapatite (HAp) mixed directly with additive of 0.5, 1.0, 2.0, 5.0 and 10 wt.%SiO₂, respectively, at 1200^∘C. X-ray diffraction (XRD) analysis indicated that the phase transformation from HAp to tricalcium phosphate (TCP) comprising α-TCP and Si-TCP occurred and became more prominent with the addition of SiO₂ and the increase in SiO₂ content. The observations of their surface microstructures showed that the addition of SiO₂ suppressed the grain growth and promoted the formation of crystalline-glassy composites denoted HAp + TCP/Bioglass. As the SiO₂ content is as high as 5 wt.%, the composite made a feature of crystalline clusters with different sizes consisting of HAp and TCP grains surrounded by the matrix of glassy phase. Furthermore, the dependence of in vitro bioactivity of these composites on the SiO₂ content was biomimetically assessed by determining the changes in surface morphology, i.e., bone-like apatite layer growth, after soaking in an acellular stimulated body fluid (SBF) for 3 days at 36.5^∘C. It was found that the HAp-SiO₂ composites showed a much faster bone-like layer growth than pure HAp, and the propensity of composites to exhibit a better bioactivity was getting more notable with increasing SiO₂ content, except for the case of the highest content of 10 wt.%. It was believed that the formation of the bone-like layer on the surfaces of these bio-composites is closely related to the increasingly provided silanol groups and transformed TCP phase in materials associated with the content of SiO₂ added.     

Immersion behavior of hydroxyapatite (HA) powders before and after sintering

The immersion behavior of two different hydroxyapatite (HA) powders before and after sintering was investigated by soaking them in simulated body fluid (SBF) for various periods. The results showed that the mechanism of formation of bone-like apatite on the two HA powders was different due to their different phase composition. Moreover, after being sintered at a proper elevated temperature, the bioactivity of HA powders was increased.     

Regulation of bone-related genes expression by bone-like apatite in MC3T3-E1 cells

Bone-like apatite on HA/TCP ceramics sintered at 1,100 °C (HT1) and 1,200 °C (HT2) could be obtained via immersing substrates into simulated body fluid (SBF) for 3 days. When MC3T3-E1 preosteoblastic cells cultured on the surface of the bone-like apatite for 3 days, SEM observations revealed cell membrane features with secreted crystals very similar to in vivo bone formation during intramembranous ossification with a direct bone apposition on the ceramics. According to semi-quantitative RT-PCR method, mRNA expressions of osteocalcin (marker of late-stage differentiation) and type 1 collagen were increased in cultures with HT1S and HT2S when compared to HT1 and HT2 after cultured for 6 days. The results indicated that bone-like apatite had the ability to support the growth of osteoblast-like cells in vitro and to promote osteoblast differentiation by stimulating the expression of major phenotypic markers. Taken together, our findings will be helpful in understanding the mechanism of osteoinductivity of calcium phosphate ceramics and in constructing more appropriate biomimetic substrate.     

羟基磷灰石/Ti-13Nb-13Zr复合材料的组织性能与细胞相容性评价

为了改善Ti-13Nb-13Zr医用钛合金的生物活性与细胞相容性,利用放电等离子烧结(SPS)技术制备了Ti-13Nb-13Zr合金和羟基磷灰石(HA)含量5wt%的5HA/Ti-13Nb-13Zr复合材料并进行退火处理,研究了两种材料的显微组织、力学性能、表面润湿性、体外矿化行为及细胞增殖与凋亡等生物学性能。结果表明：合金主要由β-Ti和α-Ti相组成,复合材料由β-Ti、α-Ti、HA相及少量陶瓷反应相(Ca₃(PO₄)₂、CaZrO₃、CaO)组成,退火后部分初生α-Ti转变为β-Ti且组织更均匀,HA的加入会使得晶粒细化;退火后两种材料抗压强度、屈服强度、屈强比和弹性模量均略微下降;HA的加入提高了复合材料亲水性、类骨磷灰石形成能力、细胞增殖率并降低了细胞凋亡率;综合分析,退火后的5HA/Ti-13Nb-13Zr复合材料抗压强度、屈服强度和弹性模量分别为(1 744±9) MPa、(1 493±12) MPa和(43±1.6) GPa,具有优异的类骨磷灰石形成能力,同时细胞增殖率达到99.1...     

表面多孔Ti-羟基磷灰石/Ti-Ag生物梯度复合材料的制备与性能

采用放电等离子烧结技术制备表面多孔Ti-羟基磷灰石（HA）/Ti-Ag生物梯度复合材料,研究了不同HA含量对复合材料微观结构、界面结合、表面孔隙特征、力学性能及体外生物活性的影响及机制。结果表明,表面多孔Ti-HA/Ti-Ag复合材料中间基体合金主要由α-Ti和Ti₂Ag相组成,表面多孔层主要由α-Ti和HA相组成,同时还存在少量CaO、CaTiO₃、Ti₅P₃等反应相;表面多孔Ti-HA/Ti-Ag复合材料中间基体与表面多孔层形成稳定的冶金结合,但随着HA含量增加,反应相增多,界面结合变差,表面孔隙率和平均孔径呈增大趋势,导致平均抗压强度减小且弹性模量降低,因此过高的HA含量会导致材料力学性能下降;体外生物活性实验表明,表面多孔Ti-HA/Ti-Ag复合材料在人工模拟体液中浸泡7天后表面生成大量类骨磷灰石层,并且随着HA含量的增大,磷灰石形成能力明显增强。      

Ti35Nb7Zr-xHA生物复合材料的微观组织与性能研究

为了改善Ti-Nb-Zr合金的生物活性,采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了不同羟基磷灰石(HA)含量的Ti35Nb7Zr-xHA(x=0、5、10、20(质量分数,%))生物复合材料,研究了HA含量对复合材料微观组织、力学性能及体外生物活性的影响。结果表明,复合材料主要由β-Ti、α-Ti、HA及陶瓷相(Ti_xP_y、CaTiO_3、Ti_2O、CaO)组成;HA含量增加会导致β-Ti减少而α-Ti和陶瓷相明显增多;与Ti-35Nb-7Zr合金(E:45GPa,σ:1 736 MPa)相比,HA含量为5%和10%时,复合材料的抗压强度分别为1 662MPa和1 593MPa,弹性模量分别为48GPa和49GPa,综合力学性能与Ti-35Nb-7Zr合金接近,展现出良好的力学性能,而过高的HA含量(20%)会导致复合材料弹性模量明显升高(E:55GPa)、抗压强度急剧下降(σ:958 MPa),复合材料的力学性能降低;体外生物活性实验表明,加入10%HA的复合材料在人工模拟体液(SBF)中浸泡7d后表面生成了大量的类骨磷灰石层,与Ti-35Nb-7Zr合金相比,其显示出更优异的体外生物活性。     

In vitro evaluation of hydroxyapatite reinforced polyhydroxybutyrate composite

Particulate hydroxyapatite (HA) was incorporated into polyhydroxybutyrate (PHB) to form a bioactive and biodegradable composite for applications in hard tissue replacement and regeneration. HA/PHB composite containing 10, 20, and 30 vol.% of HA was made for in vitro evaluation. In vitro studies were conducted using an acellular simulated body fluid (SBF). Composite specimens were immersed in SBF at 37 °C for various periods of time prior to surface analysis and mechanical testing. Results obtained from scanning electron microscopic (SEM) examination, thin film X-ray diffraction (TF-XRD) analysis, and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy showed that a layer of bone-like apatite formed within a short period on HA/PHB composite after its immersion in SBF, demonstrating high in vitro bioactivity of the composite. The bioactivity and mechanical properties of the composite could be changed by varying the amount of HA in the composite. Dynamic mechanical analysis (DMA) revealed that the storage modulus (E′) of HA/PHB composite increased initially with immersion time in SBF, due to apatite formation on composite surface and decreased after prolonged immersion in SBF, indicating degradation of the composite in a simulated body environment. HA/PHB composite thus has the potential for its intended applications.     

微振动应力环境影响羟基磷灰石陶瓷生物活性及力学稳定性的体外评价

本研究考察微振动应力环境(MVS)下羟基磷灰石(HA)陶瓷的生物活性及力学稳定性, 探讨体内生理应力环境对HA陶瓷骨诱导性的影响。扫描电子显微镜(SEM)和钙离子释放结果均显示, MVS有利于具有较高微孔隙率((29±1.2)%, (26.4±0.3)%)HA材料的钙离子再沉积和类骨磷灰石层形成, 而对于微孔隙率较低((10.6±0.8)%)的HA材料则促进其钙离子释放。蛋白吸附结果显示40 Hz的MVS促进了HA的蛋白吸附, 60 Hz的MVS则显著抑制HA的蛋白吸附行为。抗压试验表明MVS应力环境并未影响HA多孔支架的力学稳定性。研究表明应力环境是影响HA陶瓷生物活性和骨诱导性的重要因素。     

SPS烧结制备生物活性镁黄长石陶瓷

钙硅基生物陶瓷具有良好的生物活性和细胞相容性, 在生物医疗领域具有广阔的发展前景。但是其粉体烧结性能差的缺点导致很难获得致密的陶瓷材料, 阻碍了其应用的进程。本研究采用化学共沉淀法制备了纯度高且烧结活性好的镁黄长石粉体, 然后采用放电等离子烧结技术(SPS)制备了镁黄长石陶瓷材料。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了样品的组成结构和显微形貌, 并通过阿基米德法和模拟体液浸泡法分析了镁黄长石陶瓷样品的致密度和生物活性。研究结果表明, 采用SPS技术在1170℃、70 MPa保温5 min条件下可获得致密度超过99%的镁黄长石陶瓷材料。在模拟体液中浸泡3 d, 陶瓷样品表面出现磷酸盐的沉积, 浸泡7 d后生成了类骨羟基磷灰石, 说明SPS技术制备的致密镁黄长石生物陶瓷具有良好的诱导沉积类骨磷灰石能力。     

几种聚乳酸／生物活性陶瓷复合材料生物活性的比较

采用溶解共混法制备含30％硅灰石的聚乳酸／硅灰石新型生物医用复合物膜．将其放入37．5℃模拟体液中,分别在1,3和6d取出样品,从沉积物形成速度以及沉积物的量考察复合物的生物活性,并与目前研究应用较多的聚乳酸／羟基磷灰石、聚乳酸／磷酸三钙以及聚乳酸／珍珠层粉进行比较。扫描电镜和红外光谱分析表明,聚乳酸／硅灰石、聚乳酸／羟基磷灰石和聚乳酸／磷酸三钙复合物膜的生物活性明显优于聚乳酸／珍珠层粉,这三种复合物膜表面在浸泡一天时表面出现类骨羟基磷灰石沉积物,6d时表面完全被沉积物覆盖。聚乳酸／硅灰石复合物材料具有较好的生物活性,适于应用在骨修复以及骨组织工程领域。