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《华中师范大学》 2012年
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纳米有机/无机复合材料的仿生制备及其对骨细胞粘附性能的研究

王娇艳  
【摘要】:由于外伤、传染及老化等原因所造成的骨损伤成为外科临床中常见的问题之一,因此对骨组织工程材料进行研究具有较为广泛的意义。组织工程材料即具有生物活性的材料,用于替代人体病损组织。天然生物材料在形成过程中经过不断的进化和演变,虽然构成物质简单,却具有复杂精巧的结构、较强的适应能力和自我调节能力,从某种意义上讲,研究天然生物材料的成分和结构对仿生材料领域的发展有极其重大的作用和意义。仿生材料作为植入材料,需和宿主组织进行完美的结合,并为新组织的生长提供支架,因此要求支架材料必须满足良好的生物相容性、生物降解性、孔隙率、骨诱导性和良好的力学性能。为了制备出与天然骨结构和成分类似的支架材料,有机/无机复合材料已被大量的研究,同时为了得到降解性能更加优越的材料,研究者们又开始致力于高分子复合材料的研究。 在以上所述的研究背景之一下,本论文首先研究了一种天然生物矿化材料中华鲟骨骼的结构,并以此仿生制备得到了壳聚糖/羟基磷灰石复合材料。为了得到生物相容性更加优越的复合材料,本文又制备了聚乳酸/明胶高分子复合材料。同时对这两种材料从结构和性能方面进行了分析,并将材料与细胞进行共同培养,判断制备的材料是否具备良好的生物相容性。具体工作如下: (1)中华鲟骨骼是一种具有良好机械性能的天然生物矿化材料,本文通过研究骨骼的成分和内部结构对其较高力学性能产生的原因进行了详细的解释。通过实验观察和分析发现其微观结构由纳米级别的无机晶体和纳米胶原纤维组成,无机晶粒紧密的镶嵌在有机基质中。为了进一步了解有机模板的具体结构,对中华鲟骨骼进行了脱钙处理,发现了明显、整齐的分层结构,并且每一层都是由无数根纳米纤维有序排列而成。正是由于纳米尺寸的成分、有机基质特殊的结构和不同成分之间紧密的结合使得中华鲟骨骼具有非常好的力学性能。实验结果表明中华鲟骨骼是一种天然的纳米复合材料,并且具有特殊的结构和性能。本实验首次阐述了中华鲟骨骼的立体分层结构,通过实验分析,也从中得到了一种新型制备有机/无机纳米复合材料的方法。 (2)从中华鲟骨骼的结构以及研究者对有机/无机复合材料的研究中受到启发,本文制备了壳聚糖/纳米羟基磷灰石复合材料,并对材料的微观结构、成分之间的作用方式和降解性能进行了研究,同时对其生物相容性进行了评价。材料生物相容性的评价主要是通过体外细胞培养实验来说明,结果发现随着培养时间的增长,材料上的细胞数目越来越多,增殖的速度也逐渐加快,而且通过比较发现复合材料表面的细胞活性高于纯壳聚糖材料,说明复合材料具有较好的生物相容性。通过对复合材料和纯壳聚糖材料降解性能进行对比,得出复合材料的降解性能要优于纯壳聚糖材料的结论。从以上结果中可以判断本文所制备的壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合材料是一种具有良好生物相容性和生物降解性能的支架材料。 (3)为了制备出生物降解性能更加优越的骨组织替代材料,本文又制备了另外一种聚乳酸/明胶高分子复合材料。这种材料是由两种高分子聚合而成,并且每种材料都具有很好的降解能力,通过实验证明制备出的复合材料的生物降解性也十分优越。本文制备了几种不同比例的PDLLA/gelatin复合材料,其中当PDLLA与gelatin的比例为2:1的时候材料表面形貌为均匀的多孔结构,并且孔与孔之间有很好的连通性,这种高孔隙率、高连通性的结构可以保证营养物质的流通以及代谢物的排泄,为细胞能很好的粘附、增殖和分化提供良好的环境。在降解实验进行4天后这种均匀的结构发生坍塌,这将保证营养物质不会流失,为细胞后续的生长提供有利的条件。综上所述,聚乳酸/明胶高分子复合材料在骨组织工程材料中具有很好的应用前景。
【学位授予单位】:华中师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:R318.08

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