【摘要】：人工關(guān)節(jié)置換術(shù)假體深部感染和假體無菌性松動是導(dǎo)致手術(shù)失敗的主要原因，在假體植入前，于植入骨床內(nèi)涂布負載抗感染和促進成骨作用的復(fù)合材料可望成為有效的治療手段。羥基磷灰石（HAP）成分與天然骨組織相似、具有良好的骨傳導(dǎo)性和生物相容性，已被應(yīng)用于骨組織藥物載體及骨填充等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。海藻酸鈉和明膠都具有良好的生物相容性，被廣泛應(yīng)用于組織工程領(lǐng)域。注射用鹽酸萬古霉素（VAN）為窄譜抗生素，對革蘭氏陽性菌（如St.aureus）具有很強的抗菌效果。重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（rhBMP-2）在骨形成與骨修復(fù)過程中，對成骨細胞和軟骨細胞的增殖分化具有良好的調(diào)節(jié)作用。 本研究課題選用球形納米HAP作為藥物載體，對具有抗感染作用的VAN和促進成骨作用的rhBMP-2進行負載和緩釋，并將其與具有粘結(jié)作用的氧化海藻酸鈉/明膠進行復(fù)合制成多功能羥基磷灰石復(fù)合材料，并對其體內(nèi)外生物相容性及抗菌性能進行研究。旨在設(shè)計并制備一種具有持續(xù)抗菌性，并能促進成骨作用的醫(yī)用復(fù)合材料，該復(fù)合材料可望用于人工關(guān)節(jié)置換及骨組織工程。主要研究內(nèi)容及研究結(jié)果如下： （1）羥基磷灰石顆粒的制備及緩釋性能研究。采用絲膠調(diào)控、冷凍干燥及馬弗爐燒結(jié)法成功制備了nHAP納米顆粒，通過X-射線粉末衍射儀、透射電鏡和比表面積孔徑分析儀對其形貌、孔徑、比表面積和孔隙率進行表征和分析，結(jié)果顯示，該顆粒形貌近球形，粒徑在37nm左右，孔徑、孔隙率和比表面積分別為11.72576nm、51.76%和67.8154m2g-1。采用原核表達體系提取rhBMP-2蛋白，SDS-PAGE電泳觀察到有約18kD的蛋白條帶，BCA蛋白濃度測定試劑盒測定復(fù)性后蛋白濃度約為200μg/mL。分別采用室溫真空吸附法和37℃靜置吸附法實現(xiàn)了顆粒對VAN和rhBMP-2蛋白的負載，研究了負載率隨吸附液中藥物量及吸附時間的變化規(guī)律，以及緩釋性能。實驗結(jié)果表明，當吸附時間為24h，VAN的吸附率最佳，且不受吸附液中VAN量的影響，藥物緩釋呈現(xiàn)先快后慢的特點，最長釋放時間可達15d；當吸附液中rhBMP-2量大于200μg，吸附時間為12h時，其吸附率最佳，藥物緩釋呈現(xiàn)先慢后快的特點，總的釋放時間為7天。 （2）氧化海藻酸鈉（OSA）/明膠（GT）復(fù)合材料的制備及性能研究。采用高碘酸鈉氧化法成功制備了OSA，通過鹽酸羥胺-電位滴定法測得其醛基濃度和氧化度分別為5.4909±0.0084mmol/g和54.39±0.083%。室溫及硼砂作用下，成功將OSA與GT進行交聯(lián)，通過流變學(xué)對其粘度和凝膠時間的比較，得出10%OSA和15%GT最佳體積比為1:2和1:3。OSA/GT復(fù)合材料浸出液細胞毒性實驗表明，兩體系復(fù)合材料對細胞均無明顯毒性，細胞粘附實驗表明，1:2體系復(fù)合材料更有利于細胞的粘附，性能良好。隨后實驗選用10%OSA和15%GT體積比為1:2的體系。 （3）多功能羥基磷灰石復(fù)合材料的制備及其性能研究。通過載藥顆粒的不同配比，成功制備了VAN-nHAP/OSA/GT、rhBMP-2-nHAP/OSA/GT、VAN-rhBMP-2-nHAP/OSA/GT和nHAP/OSA/GT四種復(fù)合材料。體外抗菌實驗得出，該復(fù)合材料可在體外持續(xù)抗菌；利用MG-63細胞研究復(fù)合材料在體外對細胞增殖、分化的影響。構(gòu)建SD大鼠顱骨缺損模型，體內(nèi)觀察復(fù)合材料抗炎及促骨作用。體外實驗結(jié)果表明，rhBMP-2蛋白的負載可促進細胞的增殖和分化，VAN的負載不影響rhBMP-2對細胞增殖及分化的作用。體內(nèi)實驗結(jié)果表明該復(fù)合材料能在體內(nèi)起到抗感染，促進新血管和新骨的形成。 綜上所述，本研究成功制備了載藥nHAP顆粒，并通過該顆粒的不同配比與OSA/GT復(fù)合材料進行復(fù)合，制備得到了多功能羥基磷灰石復(fù)合材料。體外抗菌實驗表明該多功能復(fù)合材料可達到持續(xù)抗菌的作用。體內(nèi)外實驗表明，該多功能復(fù)合材料具有良好的生物相容性，在達到抗感染的同時可促進新骨的形成，可望用于人工關(guān)節(jié)置換及骨組織工程中。
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R318.08;TB332
【圖文】：

浙江理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 多功能羥基磷灰石復(fù)合材料的制備及其性能研究2.3 實驗結(jié)果2.3.1 nHAP 顆粒的表征2.3.1.1 熱重分析（TG）經(jīng)冷凍干燥后制備得到的納米羥基磷灰石顆粒，雖已反復(fù)用雙蒸水和無水乙醇洗滌過，但仍免不了部分絲膠的殘余。圖 2.1 為 SS-nHAP 的 TG 曲線，由圖可看出，該顆粒有兩個明顯的失重階段：第一階段為 30~200 ℃，此階段為失水階段，是由 SS-nHAP 顆粒含有部分水分所致；第二階段為 200~650 ℃，此階段為顆粒中所含 SS 分解所致。由于 SS 與后續(xù)實驗中所用的 rhBMP-2 同屬于蛋白質(zhì)，它的存在會影響 rhBMP-2 的負載與釋放的測量，所以本實驗采用熱處理的方法去除 SS，以 5°/min 的升溫速率上升至 650 ℃，在此溫度下保溫處理 3 h，以便完全去除 SS。

浙江理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 多功能羥基磷灰石復(fù)合材料的制備及其性能研究2.3 實驗結(jié)果2.3.1 nHAP 顆粒的表征2.3.1.1 熱重分析（TG）經(jīng)冷凍干燥后制備得到的納米羥基磷灰石顆粒，雖已反復(fù)用雙蒸水和無水乙醇洗滌過，但仍免不了部分絲膠的殘余。圖 2.1 為 SS-nHAP 的 TG 曲線，由圖可看出，該顆粒有兩個明顯的失重階段：第一階段為 30~200 ℃，此階段為失水階段，是由 SS-nHAP 顆粒含有部分水分所致；第二階段為 200~650 ℃，此階段為顆粒中所含 SS 分解所致。由于 SS 與后續(xù)實驗中所用的 rhBMP-2 同屬于蛋白質(zhì)，它的存在會影響 rhBMP-2 的負載與釋放的測量，所以本實驗采用熱處理的方法去除 SS，以 5°/min 的升溫速率上升至 650 ℃，在此溫度下保溫處理 3 h，以便完全去除 SS。

以便完全去除 SS。圖 2.1 SS-nHAP 的熱重分析圖 圖 2.2 納米羥基磷灰石顆粒的 XRD 圖2.3.1.2 X 射線衍射分析（XRD）圖 2.2 是本實驗制備的納米顆粒 XRD 譜圖，由圖可見，與 HAP 標準卡（JCPDS 09-432）對比，SS-nHAP 顆粒在（211）晶面有個強而寬的衍射峰，表明該顆粒結(jié)晶度較差，為弱結(jié)晶性 HAP；nHAP 顆粒在 2θ為 25.9°、31.7°、33.2°、32.9°、39.7°處出現(xiàn)較強的衍射峰，這些衍射峰分別對應(yīng)于 HAP 標準卡上的（002）、（211）、（112）、（300）和（310）晶面，表明該顆粒的主晶相為羥基磷灰石，譜圖上的峰形較尖銳，表明該顆粒的結(jié)晶度較好。有此可知，經(jīng)燒結(jié)后的 nHAP 較 SS-nHAP 結(jié)晶性較好。

【參考文獻】

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本文編號：2744416