【摘要】：隨著社會的發(fā)展,材料學、生物醫(yī)學工程等相關學科的不斷進步,簡單的生物活性材料已經(jīng)無法滿足人們對生物材料更高的要求。對現(xiàn)有生物材料進行功能化改性將賦予這類材料更優(yōu)異的生物活性和特定的功能性,是實現(xiàn)生物材料更新?lián)Q代的基礎和保證。 羥基磷灰石(hydroxyapatite, HA)是動物天然骨組織的主要無機成分,具有良好的生物相容性,被廣泛應用于生物醫(yī)學領域。在本課題研究中,我們根據(jù)HA材料用于骨缺損修復的特點,對其進行了原硅酸根摻雜改性,制備出硅酸根摻雜羥基磷灰石(silicate doped hydroxyapatite, Si-HA)材料,并對材料的物相組成、精細結構、生物相容性進行了研究,探索并提出Si-HA對骨礦化促進作用的機理和材料-細胞作用途徑。本論文研究內容具體包括以下三個方而： 1.納米Si-HA的制備、表征和精細結構分析。以醋酸硅為硅源,利用濕化學沉淀法制備出不同Si含量的一系列納米Si-HA,納米微粒無明顯團聚。FTIR檢測表明Si以Si044-的形式進入Si-HA品格中,OH-因維持分子內電荷守恒而部分流失。XRD結果表明低Si摻雜量(O-1.6wt%)的Si-HA主相為HA相,Si摻雜進一步增多后材料物相不穩(wěn)定,雜相較多；1250℃高溫燒結會使Si-HA產生TCP雜相,并隨著Si摻雜量的增加,TCP相逐漸增多并成為主相。Rietveld精修結果顯示,隨著Si摻雜量的增加,Si-HA晶胞a軸逐漸增長,c軸增長后在Si摻雜量達到0.8wt%時趨于穩(wěn)定,晶胞的總體積增大；Si-HA晶粒沿c軸和垂直c軸方向的長度均逐漸縮短,與TEM觀測結果相符；沿兩個方向的微應變在Si含量為0-1.2wt%時較穩(wěn)定,但Si摻雜量到達1.6wt%時材料微應變大大增加,表明此時雜相增多,品格畸變顯著；計算所得P-O平均鍵長隨著Si摻雜量的增加逐漸增長,表明材料品格中中原磷氧四而體的位置正逐漸被體積更大的硅氧四而體所占據(jù)。 2. Si-HA的生物相容性評價和生物活性研究。通過體外Ca-P沉積實驗研究,我們證明Si-HA具備良好的生物活性,Si的摻入使晶體的晶粒變小,燒結后品界增加,為材料提供了更多的Ca-P沉積成核位點,從而提高了材料的生物活性。通過電鏡觀察和細胞(大鼠骨髓間充質于細胞,bMSCs)增殖實驗證明,Si-HA具有良好的生物相容性,bMSCs在Si-HA上生長和增殖情況良好,Si的摻雜對HA良好的生物相容性沒有影響,并且0.8%和1.2%Si-HA較純HA更能促進bMSCs的增殖,具有良好的生物相容性和生物活性。bMSCs在多孔Si-HA支架上表現(xiàn)出良好的活性,細胞的貼附、生長、遷移等活動證明了多孔Si-HA支架良好的生物相容容性；在Si-HA支架上的細胞外基質分泌明顯多于純HA支架上的細胞,表明Si-HA具有促進細胞外基質分泌的良好活性。 3. Si-HA對骨礦化促進作用的機理研究。脯氨酰-4-羥化酶(P4H)是膠原生物合成的關鍵酶,其活性直接影響膠原的分泌。通過ELISA檢測,我們證明了Si摻雜量為0.8wt%的Si-HA能夠提高bMSCs中的P4H活性,表明Si元素的摻雜能夠加快膠原的生物合成、促進骨礦化；免疫組化熒光染色觀察結果進一步證明Si-HA對bMSCs中P4H的活性具有較好的提高作用。根據(jù)上述研究結果,我們提出了Si-HA對骨礦化促進作用的機理和作用途徑——P4H途徑,在該途徑中,Si-HA釋放出Si044-,進入細胞的粗而內質網(wǎng)腔中與拮抗P4H活性的A13+發(fā)生反應生成硅鋁酸鹽,解除A13+對P4H活性的抑制作用,從而加快膠原的生物合成,促進骨礦化。
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【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：R318.08

【參考文獻】

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本文編號：2435556