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《四川大学》 2004年
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Ca-P生物陶瓷表面类骨磷灰石的形成、机理及其成骨性能研究

邓春林  
【摘要】:通过自身材料学因素控制和优化设计,赋予材料诱导组织再生的功能,已成为生物材料的研究热点。 生物活性材料植入动物体骨内后,材料表面会形成一层磷灰石层,它与骨组织的无机成分相似,故称为类骨磷灰石,它对骨键合界面的形成起了非常重要的作用。而骨诱导磷酸钙陶瓷则不但在骨环境中,在动物的非骨组织中也会形成类骨磷灰石,这是它具有骨诱导性的先决条件。类骨磷灰石表面活性层能有效地选择吸附血清中的蛋白,增强成骨细胞的黏附、分化和胶原纤维的分泌、矿化,促进成骨细胞的功能。成骨前体细胞黏附在类骨磷灰石层上,聚集并增殖,进而分化形成骨基质。但非骨环境中类骨磷灰石层的形成究竟受哪些主要因素影响,什么样的磷灰石层才是材料骨诱导性所必需的,这是骨诱导性材料研究所必须要回答的问题。因此,本研究通过体外模拟体内非骨环境的方法,研究各种环境因素和材料自身因素对磷灰石层形成、成份和形貌等的影响,分析磷灰石层形成的机理,并在动物体内非骨环境中,考察各种磷灰石层的诱导成骨性能,弄清形成骨诱导性磷灰石层的主要主要材料因素和环境因素。 实验比较了多孔磷酸钙(tricalcium phosphate:TCP)陶瓷在静态和动态模拟实验中磷灰石的生长情况。结果表明,静态浸泡TCP时,晶体沿TCP陶瓷边缘钙磷浓度较高处生长,而在动态模拟条件下,沉积物在TCP晶粒各处均匀生长。显示在这两种模拟条件下,沉积物具有不同的生长方式。 我们考察了在动态模拟条件下,模拟体液的流动方式、流速对磷灰石形成的影响,表征了钙磷材料孔壁形成的磷灰石结构,并探讨了各自的形成机理。 根据人体内体液具有很强调节能力保持其成份基本不变的性质和循环状况,以及机体新陈代谢产生的二氧化碳进入体液,形成碳酸根和碳酸氢根离子, 参与磷灰石层的形成和使体液pH值保持恒定的事实,我们设计了一套动态模 拟装置。控制模拟装置中通入二氧化碳的速率,以保持模拟体液的pH值稳定 和成份基本不变。这套动态模拟装置的pH值调节方式更接近体内环境状况。 在动态模拟实验中,多孔双相钙磷生物陶瓷(hydroxyapatite/ tricalciuln phosPhate:HA汀CP)表面浅孔和内部孔壁,都有碳酸化经基磷灰石(Carbonate 勿droxyaPatite:CHA)晶体生成。表面浅孔壁沉积一层由颗粒状不定形物组成的 球状沉积物,内部孔壁生长一层花瓣状晶体。随着浸泡时间的不同,形成的晶 体也发生变化。实验结果表明在陶瓷表面浅孔和内部孔中液体的流动方式不同。 将样品置于带孔橡胶塞挡板的孔中,改变流动方式,使模拟体液从储液瓶 中以生理流速流过样品腔,保持试验过程中样品腔内模拟体液的成份基本不变。 利用此体外模拟装置,重点研究了在模拟生理环境条件下,钙磷生物陶瓷表面 浅孔及内部孔壁磷灰石层的形成。当多孔材料被半透膜包裹,模拟体液完全从 材料流过时,材料表面孔壁与断面孔壁形成的晶体相似,都为局部定向排列的 片状晶体,表明材料表面与内部孔中液体流动状态相似,这与体内状况较相似, 但也有差别。在体内肌内植入时,包裹材料的肌肉中体液是流动的,而在该装 置中,模拟体液实际不能流过材料外围的挡板。 我们研究了模拟体液流过样品腔时流速对磷灰石形成的影响。当流速较低 时,陶瓷内孔壁上有花瓣状晶体生成,而当流速升高时,陶瓷内孔壁上仅仅能 观察到厚厚的一层细小颗粒的沉积物;陶瓷表面浅孔有一层定向重叠排列的片 状晶体生成。表明模拟体液流速对磷灰石形成有较大影响。 我们研究了钙磷材料的相组成对其表面磷灰石层的影响。结果显示,HA 基底材料表面生成HA晶体,TCP材料上生成物为OCP,而在HA厂1,CP材料上, 表面生成的物质是HA和OCP晶体的混合物,且生成的HA在C一axis方向择优 取向明显。这说明TCP与OCP的生成存在一定联系,且影响HA的生长方式。 这表明钙磷材料的相组成影响其表面磷灰石层的形成。 由于机体体液化学成分的复杂性,除了无机离子外,还有大量的有机物质, 比如各种蛋白、生长因子、激素等,其中有些有机物质含量极少,但对类骨磷 灰石层的形成却有显著影响。为此,我们也用含有丰富的有机物质的动物血清 进行静态浸泡,研究有机成份的影响。 在不同种动物血清中浸泡后,多孔陶瓷表面和断面孔壁都有轻基磷灰石生 成,其钙磷比小于1 .67,为缺钙型经基磷灰石,晶体呈片状或针状。且定向排 列成束状,长成的晶体与陶瓷晶体结合良好。致密双相H刀TCP陶瓷表面,在 经水热处理后,在致密陶瓷的微孔和表面凹陷处形成针状晶体,在不同种类的血 清中漫泡后,针状晶体形貌发生变化。这是由于TcP作为c扩+和Po户离子的 供给源,HA作为籽晶,捕获c扩+和Po43-离子,在陶瓷表面形成晶体;由于不 同血清中钙含量、各种蛋白的含量、碱性磷酸酶的含量以及血清PH值的不同, 的针状晶体形貌也不同。这表明,血清中有机物含量及血清pH值影响磷灰石 的生长,有机物参与钙磷等离子的生物矿化过程,并有重要作用。 对生长有类骨磷灰石的陶瓷所作生物学评价结果显示,含磷灰石层的多孔 HA汀CP陶瓷与成骨细胞复合培养后,对细胞活性没有抑制,四甲基偶氮哇
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:R318.08

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【引证文献】
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2 郑敏;钛合金表面激光熔覆制备生物陶瓷涂层及其生物活性研究[D];兰州理工大学;2008年
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2 李秀坤;激光熔覆生物陶瓷复合涂层组织及性能研究[D];兰州理工大学;2008年
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【参考文献】
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【共引文献】
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9 王哲;许汉鹏;罗卓荆;王全平;张俊华;李明全;雷伟;;人黄韧带细胞的体外培养及初步鉴定[A];全国胸椎管狭窄症专题研讨会论文汇编[C];2006年
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5 贺文慧;空心纳米磷酸钙的制备和应用[D];浙江大学;2011年
6 于凯;羟基磷灰石的制备及其性能研究[D];山东师范大学;2011年
7 黄家志;兔骨髓间充质干细胞分离培养及诱导多向分化的实验研究[D];广西医科大学;2011年
8 饶关武;医用纳米羟基磷灰石治疗慢性牙周炎的临床研究[D];广西医科大学;2011年
9 贺晋栋;不同浓度瘦素对乳鼠成骨细胞增殖及VEGFmRNA表达的影响[D];山西医科大学;2011年
10 干锦波;生物材料表面拓扑结构与蛋白质、细胞相互作用的研究[D];武汉理工大学;2011年
【同被引文献】
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7 朱明刚,邬鸿彦,孔令宜,常虹;Ti基表面多层超细HA涂层复合种植体的制备[J];材料工程;1999年07期
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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7 季金苟;微波等离子体烧结多孔β-TCP/HA生物活性陶瓷的研究[D];四川大学;2004年
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8 张波;钛表面活化与生物活性研究[D];四川大学;2005年
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10 张桂敏;ZrO_2陶瓷表面化学镀镍工艺及性能研究[D];武汉理工大学;2004年
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