收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

纳米羟基磷灰石/聚氨基酸复合材料的制备与应用研究

代震宇  
【摘要】:骨折是临床常见疾病,常需外科内固定手术处理以恢复骨的连续性和完整性。因此,内固定材料成为常用的医疗物质之一。内固定材料主要分金属生物内固定材料和非金属生物内固定材料。医用金属材料是一类生物惰性材料,除具有较高的机械强度、抗疲劳性能外,还具有一定的抗生理腐蚀性、无毒性和简易可行以及确切的手术操作技术。因此,金属材料成为目前临床内固定材料中应用最广泛的材料。然而,由于金属材料的高强度固定常常导致应力遮挡,骨折新生骨痂生长缓慢,皮质变薄;另外,金属材料常常需二次取出,增加了患者的痛苦和经济负担,严重者甚至在二次取出时或取出后造成再次骨折。所以,目前国、内外许多学者都在研究新的生物内固定材料以替代和避免金属材料的应用缺陷。 纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite,n-HA)是人及动物骨骼、牙齿的主要无机成分,因此具有良好的生物相容性和生物活性。n-HA在植入人体后能在短时间内与人体的软组织及硬组织形成紧密结合而成为广泛应用的植骨代用品。然而,n-HA作为烧结材料表现出的脆性及抗疲劳性能差等缺点,阻碍了其临床应用。因此,理论上可以具备良好生物活性,又具备良好力学性能及降解性能的n-HA复合材料逐渐成为目前研究的热点。 聚氨基酸(poly-amino acid, PAA)是由一种或者多种氨基酸聚合而成的一类在一次结构上以肽键为重复单元的可降解线型高分子材料。由于PAA具有良好的降解性能和生物相容性,因此在医用修复材料领域具有广泛的应用潜力。但是,PAA的溶解性和可加工性能差,极大地限制了PAA的应用。为此,四川大学严永刚教授等在总结现有PAA和聚酰胺材料以及其他现有医用高分子的基础上,设计发明了一类新型多元PAA高分子材料。这类高分子由6-氨基己酸作为主链,将人体所含有的α-氨基酸作为共聚单元。其中,6-氨基己酸赋予聚合物良好的力学性能和可加工性能,而其它共聚天然氨基酸单体可调节聚合物材料物理化学性能如亲、疏水性能、降解速率、降解产物及pH值等。 本实验拟利用原位聚合法制备新型的n-HA/PAA复合材料,在综合分析材料的表征、组成与结构、降解性能、力学性能、亲水性以及体内、外生物相容性的基础上,通过内固定实验动物骨折以评价其作为内固定材料的可行性,为将来可能的临床应用提供科学的实验依据。 目的:利用原位聚合法制备一种新型的n-HA/PAA复合材料,综合分析该材料的组成、结构特征以及降解和力学性能等;评价该材料的体内、外生物安全性与相容性;通过制作实验动物股骨髁间骨折模型,以n-HA/PAA复合材料固定棒内固定骨折,评价n-HA/PAA复合材料作为内固定材料的可行性。为n-HA/PAA复合材料固定棒的临床应用提供科学的实验依据。 方法:本实验共由四部分组成: 1. n-HA/PAA复合材料的制备与性能研究: 利用原位聚合法制备不同n-HA质量比的n-HA/PAA复合材料;利用燃烧测试及扫描电镜观察复合材料中无机成分n-HA的分布;红外光谱及X线衍射观察复合材料的组成与结构;力学实验检测复合材料的初始力学性能;模拟体液浸泡实验研究材料的降解性能及亲水性。 2. n-HA/PAA复合材料体外细胞相容性研究,本实验由两部分实验组成。 实验一、n-HA/PAA复合材料与L929细胞毒性检测:通过直接接触和浸提液接触法将n-HA/PAA材料与L929细胞共同培养后观察材料对L929细胞的形态学影响;MTT法检测L929细胞增值度;Annexin V-FITC/PI双标记流式细胞仪检测L929细胞凋亡。 实验二:n-HA/PAA复合材料与MG63成骨样细胞体外相容性研究: 通过n-HA/PAA材料与MG63细胞共同培养后利用倒置相差显微镜、扫描电镜、DAPI荧光染色观察材料周围及表面MG63细胞的形态变化;MTT法检测MG63细胞吸光度值变化;以IFCC推荐法测定MG63细胞碱性磷酸酶活力变化;酶联免疫法检测MG63细胞骨钙素含量;流式细胞仪检测MG63细胞周期及Annexin V-FITC/PI双标记流式细胞仪检测MG63细胞凋亡情况。 3. n-HA/PAA复合材料体内组织相容性研究,本实验由两部分实验组成。 实验一、n-HA/PAA复合材料肌肉内埋植实验: 选择聚乙烯对照研究n-HA/PAA复合材料肌肉埋植实验。观察n-HA/PAA材料在肌肉埋植24周内其周围肌肉组织大体情况、HE组织切片、透射电镜观察n-HA/PAA材料对肌肉组织的影响,同时检测n-HA/PAA材料埋植后的失重率及X线衍射分析材料可能的降解方式。 实验二、n-HA/PAA复合材料骨内埋植实验: 选择聚乙烯对照研究n-HA/PAA复合材料胫骨埋植实验。观察材料在胫骨埋植24周内其周围骨组织大体情况、硬组织切片观察材料对骨组织的影响、扫描电镜观察材料-骨界面结合情况,同时通过对比检测实验动物骨内植入前后血常规以及生化指标评价材料对全身的安全性影响。 4. n-HA/PAA固定棒固定股骨髁间骨折的实验研究: 制作新西兰大白兔股骨髁间骨折模型,使用n-HA/PAA复合材料固定棒及克氏针对照固定骨折。影像学观察骨折愈合情况;硬组织切片观察材料与骨界面的结合;力学推出实验检测材料与骨界面的结合力。 结果: 1. n-HA/PAA复合材料的制备与性能研究: 原位聚合法可以成功制备n-HA/PAA复合材料。该材料经燃烧实验及扫描电镜观察结果表明n-HA在复合材料中分布均匀,n-HA/PAA复合材料均一性好;红外光谱及X线衍射分析结果表明n-HA与PAA之间由化学键结合,而非机械结合方式;体外初始力学测试表明含10wt%、20wt%、30wt%、40wt% n-HA的复合材料的压缩强度分别为140.65±10.26Mpa、128.44±9.92Mpa、117.74±9.21Mpa、62.41±6.25Mpa;弯曲强度分别为125.46±9.96Mpa、105.34±8.75Mpa、92.16±8.59Mpa、52.23±5.31Mpa;剪切强度分别为70.15±6.21Mpa、60.61±5.36Mpa、52.89±5.63Mpa、22.11±4.21Mpa,弯曲模量分别为15.69±2.68Gpa、12.18±2.03Gpa、9.16±1.88Gpa、5.01±0.82Gpa;模拟体液浸泡实验提示n-HA/PAA复合材料具有降解性,10%~40%n-HA质量比的复合材料12W失重率分别为6.97±0.63%、8.16±0.81%、17.98±1.69%、32.16±2.11% ;弯曲强度随降解而下降,至12W时分别为102.39±8.21Mpa、90.1±7.89Mpa、75.59±7.66Mpa、25.63±3.69Mpa; 30wt%及40wt%质量比n-HA复合材料具有良好的稳定的亲水性,各时间点亲水率可分别达10%和15%左右。 2. n-HA/PAA复合材料体外细胞相容性研究 实验一、n-HA/PAA复合材料与L929细胞毒性检测研究: 体外细胞毒性实验观察n-HA/PAA复合材料对L929细胞形态及生长无明显影响,MTT检测实验组细胞毒性为1级,流式细胞仪检测n-HA/PAA复合材料不会引起细胞凋亡。 实验二:n-HA/PAA复合材料与MG63成骨样细胞体外相容性研究: n-HA/PAA复合材料对MG63细胞形态无明显影响,材料周围及表面MG63细胞贴壁生长良好,并随时间增加而细胞数逐渐增多。MTT检测MG63细胞吸光度值随培养时间逐渐增加,细胞增殖明显,两组间各时间点比较无明显差异(P0.05)。MG63细胞ALP活力及骨钙素含量随培养时间逐渐增加,两组比较无明显差异(P0.05)。各组材料对MG63细胞的生长周期及凋亡无明显影响,且各时间点MG63细胞周期及凋亡细胞比较无明显差异(P0.05)。 3. n-HA/PAA复合材料体内组织相容性研究。 实验一、n-HA/PAA复合材料肌肉内埋植实验: 埋植期内,n-HA/PAA复合材料与聚乙烯对照组结果类似。n-HA/PAA复合材料不会引起周围肌肉组织异常炎症反应、免疫反应及异物排斥反应。体内埋植24Wn-HA/PAA复合材料失重率为10%左右;X线分析结果表明复合材料为表面腐蚀降解。 实验二、n-HA/PAA复合材料骨内埋植实验: 埋植期内,n-HA/PAA复合材料与聚乙烯同样不会引起周围骨组织异常炎症反应、免疫反应及骨溶解破坏或骨髓炎;扫描电镜提示复合材料植入后逐渐与骨组织结合紧密,表面被新生骨组织覆盖;且n-HA/PAA复合材料对实验动物肝、肾脏及血常规、生化指标无明显影响。 4. n-HA/PAA固定棒固定股骨髁间骨折的实验研究: 与克氏针对照组比较,n-HA/PAA固定棒具有同样的骨折内固定效应。硬组织切片提示实验组材料-骨界面结合更好,推出力学实验提示固定骨折早期两组比较无明显差别(P0.05),而4周及以后实验组与骨的结合力明显优于克氏针对照组(P0.05)。 结论: 1.原位聚合法可以成功制备n-HA/PAA复合材料。n-HA与PAA通过化学键紧密结合,该复合材料具有良好的亲水性、力学性能与降解性能。 2. n-HA/PAA复合材料对L929细胞无明显细胞毒性。 3. n-HA/PAA复合材料与MG63细胞具有良好细胞相容性。 4. n-HA/PAA复合材料体内埋植具有良好组织相容性;该材料在体内以表面腐蚀的方式降解。 5. n-HA/PAA复合材料固定棒可有效固定实验动物股骨髁间骨折,有望为临床松质骨骨折内固定提供一种新的安全、有效而无需二次取出的新型生物内固定材料。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 孟纯阳,安洪,蒋电明,高鹏飞;纳米羟基磷灰石/聚酰胺的细胞相容性研究[J];中华创伤骨科杂志;2005年08期
2 廖建国;张利;左奕;王雨利;李玉宝;;硬脂酸改性纳米羟基磷灰石表面性能的研究[J];无机化学学报;2009年07期
3 李晓红;;纳米羟基磷灰石/壳聚糖人工骨复合材料制备及性能研究[J];包头医学院学报;2008年01期
4 郎秀婷;汪学军;李泉波;唐玉海;;纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合材料的制备及骨修复中的应用研究[J];科学技术与工程;2010年25期
5 强小虎;张杰;;纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的性能测试[J];中国组织工程研究与临床康复;2007年05期
6 王云;王青山;;牙体修复性纳米羟基磷灰石复合材料的机械性能研究[J];现代口腔医学杂志;2011年02期
7 王明波;李玉宝;牟元华;许凤兰;周钢;李鸿;;纳米羟基磷灰石/聚乙烯醇/明胶复合水凝胶的结构与性能研究[J];功能材料;2006年09期
8 廖建国;王学江;左奕;张利;文季秋;李玉宝;;硅烷偶联剂对纳米羟基磷灰石表面改性的研究[J];无机材料学报;2008年01期
9 王江;李玉宝;左奕;杨维虎;张利;;纳米羟基磷灰石/丝素蛋白多孔支架材料的制备和表征[J];功能材料;2008年10期
10 王峰;宋恩民;郭恩言;赵萍;来启辉;;纳米羟基磷灰石/明胶/聚乙烯醇生物复合材料的界面结合及机械强度[J];中国组织工程研究与临床康复;2010年42期
11 李军;代震宇;赵增辉;苏深;严永刚;安洪;蒋电明;;纳米羟基磷灰石/聚氨基酸复合材料的生物相容性研究[J];重庆医科大学学报;2010年12期
12 梁熙;蒋电明;倪卫东;欧云生;周爱国;余学东;李玉宝;;纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合骨填充材料修复良性骨肿瘤骨缺损临床疗效观察[J];中国修复重建外科杂志;2007年08期
13 苏佳灿;李明;禹宝庆;张春才;;纳米羟基磷灰石/聚己内酯复合生物活性多孔支架研究[J];无机材料学报;2009年03期
14 李志宏;武继民;李瑞欣;许媛媛;张西正;;纳米羟基磷灰石及其复合材料的研究进展[J];医疗卫生装备;2007年04期
15 殷海荣;林社宝;于成龙;李阳;;纳米羟基磷灰石与有机物复合的研究进展[J];化工新型材料;2008年12期
16 叶金凤;陈庆华;张峰;韩长菊;;共滴定法制备纳米羟基磷灰石/甲壳素复合材料[J];中国陶瓷;2007年08期
17 田家明;闫清丽;张波;李苏;;纳米羟基磷灰石的应用[J];口腔护理用品工业;2010年04期
18 林晓艳,温贤涛,李虎,鲁建,范红松,张兴栋;共滴定法制备纳米羟基磷灰石/胶原复合材料及其性能[J];四川大学学报(工程科学版);2004年04期
19 彭雪林;李玉宝;张利;张志斌;吴坚;;纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合材料药物缓释载体研究[J];功能材料;2006年10期
20 韩长菊;陈庆华;杨喜昆;叶金凤;高伟;;纳米羟基磷灰石/胶原蛋白复合支架材料的制备与性能研究[J];材料导报;2007年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 苏佳灿;曹烈虎;马玉海;王思成;付青格;李明;禹宝庆;张春才;;纳米羟基磷灰石/聚己内酯复合生物活性多孔支架组织学研究[A];2009第十七届全国中西医结合骨伤科学术研讨会论文汇编[C];2009年
2 何九领;鲁金华;;复合材料失效分析[A];探索 创新 交流(第4集)——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年
3 刘时风;王勇;陶雪荣;陈显锋;;AU2000声-超声复合材料检测系统研制[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
4 佟景伟;沈珉;王世斌;李鸿琦;穆祥新;;复合材料变形与损伤的光力学细观实验系统[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
5 郜永娟;刘正英;杨鸣波;;注塑成型CB/iPP/HDPE复合材料电性能的研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
6 马寒松;;纤维型Microstretch复合材料的面内有效弹性模量预测[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
7 张昌天;李晶晶;江大志;肖加余;;二维点阵复合材料圆筒结构软模辅助缠绕成型及轴向压缩性能研究[A];复合材料:创新与可持续发展(下册)[C];2010年
8 益小苏;王震;刘志真;杨慧丽;丁孟贤;李宏运;;高韧性树脂转移模塑聚酰亚胺复合材料技术[A];航空科学技术学科发展报告(2008-2009)[C];2009年
9 郑媛心;王言伦;王孝军;杨杰;;环氧树脂/AlN复合材料导热性研究[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)[C];2010年
10 王先平;王伟国;李春;程帜军;方前锋;;Li_5La_3Ta_2O_(12)/Al基高阻尼复合材料的制备和阻尼性能[A];第九届全国固体内耗与力学谱及其应用学术会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 代震宇;纳米羟基磷灰石/聚氨基酸复合材料的制备与应用研究[D];重庆医科大学;2011年
2 张利;纳米羟基磷灰石与壳聚糖复合硬组织修复材料研究[D];四川大学;2005年
3 袁辉;碳/碳复合材料刚度与强度预测模型研究[D];南京航空航天大学;2009年
4 聂军武;CoFe_2O_4-BaTiO_3磁电复合材料的制备及性能研究[D];南京航空航天大学;2009年
5 袁磊;利用反应烧结法制备Si_3N_4复合材料及其多孔材料的研究[D];东北大学;2008年
6 许文娇;废弃环氧树脂再生技术及应用研究[D];东华大学;2011年
7 尹昌平;共注射RTM制备承载/隔热/防热一体化复合材料[D];国防科学技术大学;2009年
8 康建立;铜基体上原位合成碳纳米管(纤维)及其复合材料的性能[D];天津大学;2009年
9 庄健;Cu/TiC复合材料的制备,组织结构及摩擦磨损行为[D];吉林大学;2011年
10 韩相华;铁基微粉/粘合剂复合材料的微波吸收性能研究[D];兰州大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 卜军;含端乙焕基硅/氮树脂及其复合材料的研究[D];华东理工大学;2012年
2 石品品;碳纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料的制备和性能研究[D];华东理工大学;2012年
3 沈艳萍;高介电常数氰酸酯基复合材料的研究[D];苏州大学;2011年
4 蔡国锋;竹粉/聚丙烯复合材料的研究[D];华东理工大学;2012年
5 梁少旭;含孔隙复合材料的强度分析研究[D];南京航空航天大学;2010年
6 李国琴;泡沫来层复合材料的制备及其力学和阻燃性能的研究[D];东华大学;2011年
7 金莹莹;周期微六面体点阵复合材料带隙阻尼特性研究[D];大连理工大学;2012年
8 蒋园园;光纤光栅传感器应用于复合材料损伤监测的研究[D];武汉理工大学;2012年
9 滕祥萌;复合材料闭合薄壁梁的模态阻尼预测[D];山东科技大学;2011年
10 姜舜;复合材料的多平面加强柱壳结构研究[D];华中科技大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 亚兰;亚什兰在华代理TA公司PVC复合材料[N];中国化工报;2008年
2 郑英;江阴自主研发产品获JEC复合材料展创新奖[N];江阴日报;2010年
3 黄丽娟胡伟滨 记者 王方遒;亚洲最大复合材料生产基地在哈建成[N];哈尔滨日报;2007年
4 朱剑红;中国建材收购德国企业[N];人民日报;2007年
5 记者 刘棉柳;EPMC复合材料发展进入新阶段[N];广东科技报;2005年
6 记者 杨静;中国复合材料集团锁定“三高”产品[N];中国建材报;2006年
7 尔基;专注指向成功[N];现代物流报;2007年
8 朱江;帝斯曼复合材料树脂集团推出两个新产品[N];中国建材报;2008年
9 广文;秦皇岛奥体中心获赠“复合材料轻型抗爆炸容器”[N];人民公安报;2008年
10 洋洋;澳大利亚将试飞模块化全复合材料无人机[N];中国航空报;2007年
 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