【摘要】：自然界里普遍存在著如象牙,魚耳石,磁性細(xì)菌,骨骼、蛋殼、牙齒和珍珠等這些天然生物礦物,它們具有優(yōu)異生物、物理和化學(xué)性質(zhì)。為了制備多種新型材料,必須首先對(duì)這些天然生物礦物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和形成機(jī)理做大量深入的研究。生物礦化,作為再生醫(yī)學(xué)和組織工程的研究的一個(gè)方向,對(duì)硬組織的再生研究具有重要的意義。引用生物礦化的概念進(jìn)行仿生合成是一個(gè)嶄新的材料合成領(lǐng)域,特別是有機(jī)模板框架作用下的有機(jī)／無機(jī)復(fù)合材料的制備,一直是仿生合成研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。近年來,利用有機(jī)基質(zhì)在仿生材料合成領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了令人鼓舞的成果,推動(dòng)了生物醫(yī)用材料方面的發(fā)展。 在大量文獻(xiàn)調(diào)研和課題組研究的基礎(chǔ)上,本論文首先選取了幾種不同的天然高分子水凝膠為有機(jī)模板,調(diào)控羥基磷灰石無機(jī)礦物在凝膠中原位生成,并在原有天然高分子水凝膠體系中添加其他功能分子以達(dá)到雙重模板調(diào)控的功效,制備具有特殊結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能的有機(jī)／無機(jī)復(fù)合骨組織修復(fù)和骨組織工程材料；其次,本論文利用原位化學(xué)交聯(lián)法和仿生礦化法在水凝膠表面原位合成羥基磷灰石,合成了有機(jī)／無機(jī)復(fù)合材料,為進(jìn)一步深入研究生物礦化體系中有機(jī)模板對(duì)羥基磷灰石調(diào)控的分子機(jī)制提供必要的依據(jù)。具體研究?jī)?nèi)容如下： 1、采用基于膠原蛋白水凝膠及功能分子添加物雙重模板驅(qū)動(dòng)的原位沉淀技術(shù)分別仿生合成了膠原蛋白／羥基磷灰石納米復(fù)合材料和膠原蛋白-絲素蛋白／羥基磷灰石納米復(fù)合材料,利用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)這些分析手段對(duì)合成的復(fù)合材料進(jìn)行成分和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的表征,通過材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè),復(fù)合材料的細(xì)胞相容性則由成骨細(xì)胞的形貌改變和CCK-8試驗(yàn)來評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：在原位沉淀過程中,膠原蛋白水凝膠三維模板對(duì)無機(jī)礦物晶體的形成具有非常明顯的調(diào)控作用,三維凝膠網(wǎng)格的隔室化效應(yīng),可控制無機(jī)粒子的大小和分散度；此外,通過對(duì)膠原蛋白水凝膠中添加其它的功能分子(絲素蛋白)模板作為雙重模板可以提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。在此雙重模板效應(yīng)下,可得到兼具優(yōu)異力學(xué)性能和細(xì)胞相容性的有機(jī)高分子／羥基磷灰石納米復(fù)合材料。 在上述合成的均勻羥基磷灰石／膠原蛋白水凝膠復(fù)合物的基礎(chǔ)上,采用本課題組發(fā)展成熟的多孔成形凍干技術(shù),制備了具有多級(jí)多孔構(gòu)造的復(fù)合支架材料,用于模擬形成骨小梁、小梁間隙和骨內(nèi)官腔系統(tǒng),使其在由介觀到微觀尺度的不同結(jié)構(gòu)層次均具有類骨仿生特點(diǎn)。這種冷凍干燥技術(shù)可通過變化體系中各種參數(shù)調(diào)控孔的大小及孔隙率。該復(fù)合支架材料有望應(yīng)用于骨組織工程領(lǐng)域。 2、采用基于殼聚糖水凝膠及功能分子添加物雙重模板驅(qū)動(dòng)的原位沉淀技術(shù)分別仿生合成了殼聚糖-多壁碳納米管/羥基磷灰石納米復(fù)合材料和殼聚糖-絲膠蛋白/羥基磷灰石納米復(fù)合材料,利用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)這些分析手段對(duì)合成的復(fù)合材料進(jìn)行成分和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的表征,通過材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè),復(fù)合材料的細(xì)胞相容性則由成骨細(xì)胞的形貌改變和CCK-8試驗(yàn)來評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：在殼聚糖水凝膠基質(zhì)中添加功能分子,對(duì)復(fù)合材料中羥基磷灰石的原位成核和生長(zhǎng)起到了極其顯著的作用。在原位沉淀過程中,殼聚糖水凝膠三維凝膠網(wǎng)格的隔室化效應(yīng),可控制無機(jī)粒子的大小和分散度；此外,通過對(duì)殼聚糖水凝膠中添加其它的功能分子(多壁碳納米管和絲膠蛋白)模板作為雙重模板可以對(duì)無機(jī)粒子的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行更為精細(xì)的調(diào)控,還能提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。而且,表現(xiàn)出比膠原蛋白/羥基磷灰石納米復(fù)合材料更好的力學(xué)性能。再者,不同的堿擴(kuò)散方式對(duì)殼聚糖-絲膠蛋白/羥基磷灰石納米復(fù)合材料的形貌也有影響。 在上述合成的均勻羥基磷灰石/殼聚糖水凝膠復(fù)合物的基礎(chǔ)上,采用本課題組發(fā)展成熟的多孔成形凍干技術(shù),制備了具有多級(jí)多孔構(gòu)造的復(fù)合支架材料,用于模擬形成骨小梁、小梁間隙和骨內(nèi)官腔系統(tǒng),使其在由介觀到微觀尺度的不同結(jié)構(gòu)層次均具有類骨仿生特點(diǎn)。這種冷凍干燥技術(shù)可通過變化體系中各種參數(shù)調(diào)控孔的大小及孔隙率。該復(fù)合支架材料有望應(yīng)用于骨組織工程領(lǐng)域。 3、通過原位化學(xué)交聯(lián)法制備得到殼聚糖-透明質(zhì)酸復(fù)合水凝膠,這種原位化學(xué)交聯(lián)法反應(yīng)條件溫和,無需額外添加可能產(chǎn)生細(xì)胞毒性的化學(xué)交聯(lián)劑,也沒有光交聯(lián)法那么繁瑣,再利用仿生礦化法在殼聚糖-透明質(zhì)酸復(fù)合水凝膠表面沉積得到羥基磷灰石。隨著礦化時(shí)間的延長(zhǎng),羥基磷灰石晶體數(shù)量增多,尺寸增大。透明質(zhì)酸促進(jìn)了成骨細(xì)胞的黏附、生長(zhǎng)和增殖。
【圖文】：

U型管兩臂分別加入形成礦物的反應(yīng)物和添加劑，或者將添加劑預(yù)先加入到凝膠中。雙擴(kuò)散凝膠體系中晶體的生長(zhǎng)示意圖見圖1.1。Azam [50]等人在明膠雙擴(kuò)散凝膠體系中研究了磷酸1?晶體的生長(zhǎng)，結(jié)果顯示，，球形顆粒狀的磷酸1?晶體由k

本文編號(hào)：2573272