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纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合材料体外性能研究及生物学评价

彭雪林  
【摘要】:设计与制备具有优良仿生性能的复合材料是实现骨损伤永久性修复的重要研究课题。任何一类新型生物医学材料,对其理化性能与生物学性能的研究与评价是至关重要的。优良的理化性能是保证材料发挥正常功能的前提,而良好的生物相容性决定材料能否应用于医学临床。生物材料与宿主的相互作用是一个受多种因素影响的十分复杂的过程,为了简化研究模型,采用体外模拟实验可初步了解和掌握材料的一些基本性能和变化规律,可为进一步研究材料在体内环境的行为和与机体的相互作用提供参考依据。 本研究从仿生角度出发,通过溶液共混法,合成了纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合材料(n-HA/PA66)。重点对复合材料进行了体外模拟试验和相关生物学评价研究。同时,对复合材料作为药物释放载体进行了研究。 1.采用磷酸氢二铵((NH4)_2HPO_4)和硝酸钙(Ca(NO_3)_2)在pH>10的条件下合成纳米羟基磷灰石浆料,加入聚乙二醇和聚酰胺66(PA66,分子量18000),合成了n-HA/PA66复合生物材料(20wt%n-HA和40wt%n-HA)。复合材料中,n-HA均匀分布在PA66基质中。透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)等测试分析表明,n-HA与PA66之间有较强的键合,形成了稳定的化学界面结合。复合材料中n-HA和PA66基本保持原有的结晶状态和化学组成,使得复合材料具有良好的稳定性能和加工性能。 纳米轻基磷灰石康酞胺“复合材料体外性能研究及生物学评价 2.体外浸泡试验表明,在水溶液环境中纯PA66较复合材料吸水率高,说 明n-HA的加入降低了PA66的吸水性。纯PA“和复合材料在试验浸泡介质中 都具有很好的化学稳定性。纯PA66在浸泡期间没有重量损失;复合材料重量 有微量减少,在酸性介质中重量减少大于在中性介质中.等离子发射光谱(IcP) 分析表明复合材料浸泡溶液中的钙磷含量有所增加,说明复合材料中的n-HA 有一定的溶解。浸泡介质中未检测出高分子降解单体或基团存在。扫描电镜观 察显示,纯PA“和复合材料在生理盐水和柠檬酸溶液中漫泡后表面形貌与浸 泡前没有明显改变,复合材料没有降解或腐蚀引起的结构改变,表明复合材料 具有良好的化学稳定性。在牛血清浸泡后复合材料表面有Ca、P化合物沉积颗 粒出现,显示复合材料有较高的表面生物活性。 3.模拟体液(s imulatedbo即fluld,sBF)_浸泡试验显示,复合材料在含 Ca、P的溶液中,材料表面可发生钙、磷离子或基团交换与沉积,Ca、P沉积 和C沪比变化与新骨形成过程相似。XRD图谱显示,随着n.HA于A66复合材 料在SBF中浸泡时间的增加,HA在Ze==3卜35。的特征衍射峰增强,同时出 现了Ze=16。和20=30。两个衍射峰,此为磷酸三钙(TCP)特征峰。在29。也 出现衍射峰,结合IR结果可知,此峰表征的是含碳酸根的HA(c酬bonated.HA)。 表面碳酸HA的形成与天然骨磷灰石类似,对骨的再生具有非常重要的作用。 作为对照的纯PA66材料在SBF中浸泡后,PA“表面没有Ca、P化合物的沉 积。说明复合材料中n-HA赋予复合材料较高的生物活性。 4.’人血清浸泡试验显示,n-HA及n.HA理叭“复合材料在血清中浸泡后都 会在表面形成新的Ca、P化合物,其晶态、化学组成与骨组织磷灰石更加接近, 有利于促进材料与新生骨组织的结合。血清中蛋白质在材料表面吸附,增加了 表面成核位点,可增进表面类骨磷灰石晶相成核,使血清中钙离子和磷酸根在 材料表面形成原始晶核并进一步生成颗粒状表面磷灰石/蛋白质类骨复合层,随 着时间的延长,表面沉积物变得致密,这反映复合材料表面具有高的生物活性. 血清中蛋白质、caz+及含P基团在n-HA及复合材料表面的沉积与自然骨组织 中发生的生物矿化过程有相似之处。对材料与蛋白质作用过程的分析有助于了 解n-H习PA66复合生物活性材料植入体内与骨组织间的相互作用过程. 5.对n一HA/RA66复合生物材料进行的多项生物学评价试验显示二复合材- II 四川大学博士学位论文 料小鼠急性全身毒性试验中,未见毒性症状,表明复合材料无毒性;皮内刺激 试验和致敏试验显示复合材料无刺激性和无致敏作用:溶血试验显示,复合材 料溶血率为0.35%,远低于(续50/0)的规定值,表明复合材料无溶血作用,对血 细胞不造成危害;细胞毒性试验显示复合材料无细胞毒性;遗传毒性试验(Ames) 结果显示复合材料无致突变作用。动物植入试验中,肌内植入早期有轻度炎症 反应,后期形成薄层纤维包膜,炎症反应消失;骨内植入后与骨组织结合紧密, 材料/骨组织之间无纤维薄膜,表现出复合材料具有良好的组织相容性和骨结 合性能。从生物学评价试验结果可以看出n-HA/PA66复合材料具有良好的生物 相容性,是一类具有发展前景的新型骨组织修复和替代材料。 6.n一HA/PA66复合材料具有与特定溶剂调和成糊状,于空气或水溶液中自 固化的特性。固化后的材料既保持了复合材料的化学组成结构,又具有优良的 力学强度。利用这些特性,可将n.HA理人66用作骨修复药物缓释载体。将抗菌 素药物头抱呱酮钠与复合材料相混合并自行固化,使其载药量为SWt%,通过 红外光谱和X射线衍射分析表明,复合材料载药前后各主要的化学基团谱峰和 结晶结构没有发生改变,药物对材料的


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