收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

新型微纳米生物活性玻璃的研制及性能研究

雷波  
【摘要】: 微纳米生物材料目前已成为生物医用材料领域一个研究热点和难点。大量的研究表明具有微纳米结构特征的生物材料表现出了积极的生物学响应,相对其他生物材料,微纳米材料可以显著促进细胞的粘附、增殖和分化。生物玻璃(BG)与天然的骨及牙齿有着相似的组成,具有较高的生物活性、生物相容性,是一类重要的骨修复材料。然而,目前临床应用的生物玻璃是通过高温熔融法制备,由于高温挥发和坩埚材料等原因易导致生物玻璃组成波动和有害杂质掺杂以及组成不均一等问题,使玻璃结构和性能难以控制。此外,材料的降解性能较差。近年来,通过溶胶-凝胶技术制备的生物玻璃由于其制备条件温和,材料组成和结构可以进行设计,比表面积高,具有纳米孔隙结构,生物活性高,降解性能可调控,使其具有很高的研究及应用价值,可望成为第三代生物材料的重要种类。溶胶-凝胶生物玻璃最大的问题在于颗粒难以分散,其微纳米结构、形态、颗粒尺寸大小难以控制,以至于材料的微纳米效应难以发挥;本论文采用溶胶-凝胶方法结合有机模板合成技术以及胶体化学原理,首次设计制备了具有可控微纳米表面、可调微纳米颗粒形态及尺寸大小的新型溶胶-凝胶生物活性玻璃,并研究了生物玻璃微纳米结构的形成机理、物理化学性质、离子释放动力学行为以及羟基磷灰石矿化活性,详细研究了材料微纳米表面、微纳米形态、微纳米尺寸对骨髓基质干细胞粘附、增殖、分化行为的影响。主要研究工作和结论如下: (1)溶胶-凝胶生物玻璃微纳米表面控制及性能研究 采用溶胶-凝胶工艺,利用有机酸分子结构中的羟基、羧基与生物玻璃溶胶胶体颗粒表面羟基发生的氢键相互作用为机理,成功构建了溶胶-凝胶生物玻璃颗粒的微纳米表面结构;调节工艺参数如有机酸浓度和类型精确控制了材料表面性质如比表面积(80-200 m2/g)、孔隙体积(0.1-0.5 cc/g)、介孔直径(2-60 nm);微纳米表面生物玻璃离子释放行为符合一级动力学释放模型,表面结构和性质的变化调控了材料的离子释放速率和降解性,离子释放对环境的pH值影响不大(7.25-7.55);控制离子释放速率可以有效调控材料的羟基磷灰石(HA)形成活性,微纳米表面结构和快的离子释放速率有着高的HA形成能力;培养形式对材料细胞响应能力有影响,对于悬浮颗粒培养的方式,较低的比表面积及较慢的离子释放速率具有较高的促进细胞粘附和增殖的能力;细胞在颗粒表面培养研究发现具有微纳米表面结构和高比表面积有助于细胞的增殖和分化。 (2)溶胶-凝胶生物玻璃颗粒的微纳米形态控制及性能研究. 以溶胶-凝胶技术为基础,采用表面活性剂-分子模板(聚乙二醇PEG)反应机制,详细调节工艺参数,可以精确控制溶胶-凝胶生物玻璃颗粒的形态;以PEG为模板剂可以制备出规则球形的生物活性玻璃(SBG);通过酸性催化剂的选择可以控制SBG的形态;调整模板剂的浓度可以诱导棒状颗粒的形成(RBG);通过调整模板剂和生物玻璃溶胶的加入顺序,可以诱导空心结构的微球颗粒形成(HSBG);通过煅烧HSBG可以制备多孔的生物玻璃颗粒(PBG);SBG的离子释放行为在起初的24h内严格符合固体溶解一级动力学模型,离子释放速率小于无规则形态生物玻璃(IBG),呈现更稳定均一的释放行为;稳定而均一的离子释放行为使得SBG的HA形成速度慢于IBG,但形成的HA颗粒规则,结晶性弱于IBG,HA晶体沿着(002)晶面生长;细胞相容性研究表明,与IBG相比,规则的形态和稳定的离子释放速率可以促进细胞的粘附和增殖。 在溶胶-凝胶模板技术的基础上,结合热致相分离技术和水热工艺可以制备出三维(3D)多孔贯穿的微纳米修复体(3DPBG),3DPBG具有多级孔径分布(10nm-10μm),纳米级孔壁,通过详细工艺参数可以调节孔壁的尺寸,孔径,孔的形态以及修复体的抗压强度;多级贯穿的孔径分布增加了材料的反应面积,大大提高了修复体的HA形成能力和细胞相容性。 (3)溶胶-凝胶生物活性玻璃的微纳米尺寸控制以及性能研究 通过酸催化溶胶-凝胶技术结合生物分子模板技术和酸催化溶胶碱性沉淀技术成功控制了BG的微纳米尺寸分布,制备了分散性良好的微纳米生物活性玻璃粉体等新型生物活性玻璃材料;酸催化溶胶-凝胶模板法可以控制BG颗粒直径在70 nm-5μm之间变化;酸催化溶胶碱性沉淀法可以制备出直径在40-350nm的纳米生物玻璃颗粒;通过加入分散剂聚乙二醇可以进一步控制颗粒直径在20-100 nm之间,并可诱导颗粒中介孔的形成;酸催化溶胶碱性沉淀法制备的纳米颗粒分散性要好于溶胶-凝胶模板法;SBF中的离子释放动力学行为研究表明,释放初期(6h)NBG具有快速的离子释放速率,符合一级动力学模型,速率常数为同期BG的6倍,此后释放速率小于BG,表现为稳定的缓慢释放;与BG相比,NBG具有快速的HA形成能力,反应6 h即有结晶性良好的致密的HA层覆盖在NBG表面,NBG表面形成的HA呈针片形态,而BG表面形成的HA则呈短棒状形态,NBG表面的HA具有更高的结晶度;与普通BG相比,NBG能更好的诱导细胞的粘附,促进细胞短期内的增殖,表现出良好的细胞相容性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王砚军;陈长河;李冀;;生物活性玻璃对骨缺损修复的研究新进展[J];实用骨科杂志;2011年04期
2 刘江;;掺铁生物活性玻璃的体外评价[J];国际生物医学工程杂志;1991年01期
3 宋立群,梁荣奇,熊颖铭;生物活性玻璃和骨形成蛋白联合治疗牙周骨缺损[J];齐齐哈尔医学院学报;2003年06期
4 和红兵,段莉,欧炯光,杨保秀,雷雅燕;生物活性玻璃与胶原膜引导牙周组织再生实验的临床研究[J];昆明医学院学报;2005年01期
5 张建新,徐展望,汤继文;溶胶凝胶生物活性玻璃复合BMP人工骨修复骨缺损的实验研究[J];中国矫形外科杂志;2004年08期
6 陈建伟;张权;严晓霞;黄煌渊;;新型有序纳米介孔生物活性玻璃的不同浓度浸提液对成骨细胞影响的研究[J];生物骨科材料与临床研究;2010年06期
7 韩劼,孟焕新,徐莉;生物活性玻璃植入前后龈沟液量及弹性蛋白酶水平的研究[J];现代口腔医学杂志;2002年03期
8 耿硕儒,陶天遵,梁世伟,武广富,芦纯华,许连同;国产非骨水泥型人工髋关节临床应用初步观察[J];骨与关节损伤杂志;2003年05期
9 魏奉才,谈万业,孙善珍,李国菊,侯怀水,马伯龙;低温保存成骨细胞复合生物活性玻璃陶瓷修复兔下颌骨缺损[J];上海口腔医学;2003年03期
10 于胜吉,邱贵兴,辛大江,陈晓峰,郑裕东,王迎军;羟基丁酸-戊酸共聚物/生物活性玻璃复合多孔支架材料对骨缺损的修复作用[J];中国医学科学院学报;2005年02期
11 陈晓峰;李向军;王迎军;杨春蓉;赵娜如;;生物活性玻璃/胶原蛋白/磷酸丝氨酸复合支架材料的制备及其细胞相容性探讨[J];生物医学工程学杂志;2008年05期
12 戴其昌,鲍贤鸿,俞琴,黄炳堂,顾为民,孙荆;生物活性玻璃——钛芯人工牙根临床应用初步观察[J];上海口腔医学;1993年02期
13 高淑雅,刘新年,高档妮,郭宏伟;生物玻璃材料增韧方法的研究进展[J];陕西科技大学学报;2005年03期
14 汪文丰;张学军;黄啸林;;生物活性玻璃植入牙槽突裂的临床研究[J];中外医疗;2007年23期
15 陈建伟;张权;严晓霞;黄煌渊;;新型有序纳米介孔生物活性玻璃体外复合培养成骨细胞生物相容性研究[J];生物骨科材料与临床研究;2010年01期
16 宁佳;姚爱华;付海罗;王德平;黄文旵;M N Rahaman;刘欣;;硼硅酸盐生物玻璃的生物活性测试及其细胞相容性[J];中国组织工程研究与临床康复;2007年35期
17 杜习金;黄翠;;生物活性玻璃在玻璃离子黏固剂改性中的应用[J];国际口腔医学杂志;2010年02期
18 武目成;刘道峰;;生物活性玻璃在大涎腺肿瘤手术中的临床应用[J];滨州医学院学报;2011年03期
19 黄晓晖;严晓霞;韩路;易静;雷杰;赵东元;余承忠;;介孔生物活性玻璃材料在模拟体液中的用量对考察其体外生物活性的影响[J];化学学报;2006年09期
20 魏强;杨巍;杨贤金;崔振铎;;Ti6Al4V表面生物陶瓷涂层设计与生物活性研究[J];功能材料;2007年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴成铁;常江;;有序介孔生物活性玻璃用于骨组织工程和药物传输的研究[A];2011年第十一届上海地区医用生物材料研讨会——生物材料与再生医学进展论文摘要汇编[C];2011年
2 王丹;曲凤玉;;一步法合成磁性大孔/介孔生物活性玻璃及其药物缓释性质在骨组织工程应用研究[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年
3 扈盛;常江;;生物活性玻璃抑制皮肤常见致病菌的作用和机制[A];2007年上海市医用生物材料研讨会论文汇编[C];2007年
4 王钰;马兵;夏照帆;唐洪泰;王光毅;刘樾;;生物活性玻璃治疗后期烧伤创面的疗效观察[A];第四届全国烧伤救治专题研讨会烧伤感染救治新进展论文汇编[C];2006年
5 张权;陈建伟;严晓霞;余承忠;;新型纳米介孔生物活性玻璃在模拟体液中的表面生物活性研究[A];中华医学会第四次全国骨质疏松和骨矿盐疾病学术会议论文汇编[C];2006年
6 周艳玲;常江;;组成和表面修饰对介孔生物活性玻璃载药性能的影响[A];2009年上海市医用生物材料研讨会论文汇编[C];2009年
7 段莉;邓芳成;和红兵;;生物活性玻璃引导牙周组织再生的组织学观察[A];海南省口腔医学会第二次会员代表大会暨学术会议论文汇编[C];2004年
8 胡晓燕;王光毅;程大胜;肖仕初;夏照帆;;生物活性修复材料—康倍治疗烧伤创面疗效与安全性分析[A];第八届全国烧伤外科学年会论文汇编[C];2007年
9 董树君;景遐斌;章培标;陈学思;;生物活性玻璃纳米复合材料在骨修复中的应用[A];东北三省生物化学与分子生物学学会2008年学术交流会论文摘要[C];2008年
10 陈中华;郑裕东;王迎军;吴刚;;PHBV/生物活性玻璃多孔骨组织支架材料的研究[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 雷波;新型微纳米生物活性玻璃的研制及性能研究[D];华南理工大学;2010年
2 赵娜如;生物活性玻璃微纳米粉体的模板仿生合成及其性能研究[D];华南理工大学;2011年
3 孟永春;胶原与生物活性玻璃作用机理及其复合骨修复材料的研究[D];华南理工大学;2010年
4 张绍东;生物活性玻璃涂层后路腰椎间融合器的研制及相关研究[D];苏州大学;2004年
5 俞杭平;颈椎前路钛板内固定的实验和临床研究[D];苏州大学;2003年
6 王芳芳;溶胶—凝胶法钛表面涂层的改性研究[D];四川大学;2007年
7 苟中入;新型骨缺损修复材料—硅酸二钙生物活性材料的制备和性能研究[D];中国科学院研究生院(上海硅酸盐研究所);2005年
8 向其军;氟金云母/氟磷灰石玻璃陶瓷的制备及性能研究[D];中南大学;2007年
9 章晔;新型有序纳米介孔生物活性玻璃作为骨组织工程支架材料的基础性研究[D];复旦大学;2008年
10 王晓虹;Ca_3SiO_5及Ca_3SiO_5/CaCl_2复合牙科材料的制备与性能研究[D];吉林大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 贾天保;介孔生物活性玻璃/壳聚糖止血材料的制备及研究[D];浙江理工大学;2012年
2 陈喆;硅酸盐生物活性玻璃碎片杀菌的机制研究[D];华中师范大学;2012年
3 连鹏飞;生物活性玻璃/碳复合纳米纤维的制备及其生物性能研究[D];北京化工大学;2010年
4 张娟娟;新型生物活性玻璃的制备及其修复糖尿病大鼠难愈创面的研究[D];华南理工大学;2010年
5 李晓丰;多级复合孔生物活性玻璃的合成及性能研究[D];哈尔滨师范大学;2011年
6 朱静晓;离子浓度和渗透压在生物活性玻璃抗菌中的作用[D];华中师范大学;2012年
7 邓小菁;改性生物活性玻璃复合水凝胶敷料的制备及性能研究[D];华南理工大学;2012年
8 杨克毅;硅酸盐生物活性玻璃与细菌吸附机制的研究[D];华中师范大学;2012年
9 王砚军;生物活性玻璃修复骨缺损的基础和临床研究[D];河北联合大学;2011年
10 王增辉;创面生物活性玻璃修复材料促进家猪创面愈合的研究[D];第四军医大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 李殿国 刘建涛 李长荣;金属类人工关节用生物材料研究进展[N];世界金属导报;2003年
2 本报记者 孙俊波;生物医用材料面临重大突破[N];中国化工报;2002年
3 何烨;羊膜:新型生物医学材料[N];健康报;2007年
4 吴一福;我学者构建成功新型活性人工真皮[N];中国医药报;2006年
5 本报记者 段佳;用中药做出“接骨续筋”修复材料[N];大众科技报;2009年
6 本报记者 马艳红;生物人工肝研究再次迎来春天[N];中国医药报;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978