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羟基磷灰石的制备和改性及其在组织工程支架用梯度电纺丝膜制备上的应用研究

赵冬梅  
【摘要】: 组织工程是一门新兴学科和崭新的医疗技术,是一个跨学科的新领域,它用工程学和生命科学的原理,研究生物组织的结构、功能和生长的机理,研制生物替代品,以恢复受伤的组织或器官的功能。近年来,随着人们对天然生物材料和新材料、新技术的不断探索,组织工程呈现了良好的发展前景。部分组织工程研究成果已开始应用于临床,开拓了患者的康复之路。但是,还有很多问题有待材料学家们为之努力和探索。 本文从仿生的角度出发,将功能梯度概念应用于组织工程支架材料的研究中,以期模仿天然骨的多孔和分级结构,探索制备组织工程支架材料的新思路。我们选择生物合成的聚羟基丁酸酯(PHB)和改性的羟基磷灰石(FHAP、HAP-HP、HAP-SR)为主要原料,采用静电纺丝法制备梯度电纺丝膜。全文主要分为四个部分,即羟基磷灰石的合成与改性,PHB/FHAP组成梯度膜(CGF)的制备及性能研究,CGF的体外降解行为研究,PHB/HAP-HP和PHB/HAP-SR电纺丝膜的性能初探。主要结论如下: 1、采用化学共沉淀法合成了羟基磷灰石(HAP)粉末。研究表明,反应物溶液共同滴加的方式可确保产物的Ca/P摩尔比更接近初始反应物;当反应条件满足反应物Ca/P摩尔比为1.67,温度为60℃,PH为10时,产物的Ca/P摩尔比最接近1.67。 2、采用三种不同的方法对HAP进行了化学改性。研究表明,经过氟离子掺杂改性的HAP(FHAP),其结晶度、晶粒尺寸、化学稳定性等显著提高;经过肝素改性的HAP(HAP-HP),其结晶度、晶粒尺寸等略有降低,抗凝血性能显著提高;经过硬脂酸改性的HAP(HAP-SR),其晶粒尺寸略有增大,结晶度、在有机溶剂中的分散稳定性显著提高。 3、首次采用静电纺丝法成功制备了PHB/FHAP组成梯度膜(CGF),并首次采用多重分形法分析了组成梯度膜的孔隙率。研究表明,通过调节FHAP的含量,可以实现CGF的力学及热学性能在膜的厚度方向上呈现梯度变化;多重分形谱可较好地描述CGF的多孔结构及分布特征;CGF的细胞毒性等级是0-2级,具有较好的细胞相容性。 4、研究了一系列PHB/FHAP电纺丝膜(PHB/FHAP25、PHB/FHAP50、PHB/FHAP75、PHB/FHAP100)在磷酸缓冲溶液(PBS,pH7.4,0.2M)中的降解行为,其中的FHAP是氟取代程度不同的羟基磷灰石。研究表明,随着FHAP的氟取代程度的增加,PHB/FHAP电纺丝膜的降解速率逐渐减小,即PHB/FHAP25PHB/FHAP50PHB/FHAP75PHB/FHAP100;表明可以通过调节FHAP的氟取代程度来控制梯度电纺丝膜的降解速率。 5、首次制备了PHB/HAP-HP电纺丝膜,并考察了PHB/HAP-HP电纺丝膜的活化部分凝血活酶时间(APTT)和凝血酶原时间(PT)。结果表明,相对于PHB、PHB/HAP电纺丝膜,PHB/HAP-HP的APTT和PT显著延长,且APTT最大值可达500s以上;HAP-HP的改性程度越大,PHB/HAP-HP电纺丝膜的抗凝血性能越好。 6、首次制备了PHB/HAP-SR电纺丝膜,并考察了HAP-SR在膜中的分散情况及PHB/HAP-SR电纺丝膜的细胞相容性。结果表明,经硬脂酸改性的HAP能够均匀分散在PHB基质中,硬脂酸能够明显改善HAP与PHB间的界面相容性;PHB/HAP-SR的细胞毒性等级为0-1级,具有优异的生物相容性。


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