PVP调控合成纳米羟基磷灰石及其与壳聚糖复合支架的研究

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纳米羟基磷灰石(HA)及其与壳聚糖(CS)基体的复合支架在骨修复材料领域具有广阔的应用前景,是国内外研究的热点。然而仍有两个突出的问题亟待解决:一是常规方法制备的HA易于团聚且难以控制形貌,而小分子表面活性剂体系中合成的HA可能具有一定的生理毒性;二是常规方法制备的HA/CS支架则存在HA分布不均匀,且与CS界面结合力弱的问题。因此,本论文针对上述问题,主要开展以下两方面的研究:   一.是采用生物相容性良好的高分子表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)调控合成了形貌、结构可控的HA,并通过流变学测试、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、能谱分析(EDS)、综合热分析(TG-DSC)以及氮气吸附-脱附法等测试手段,对控制合成HA的性能以及PVP对HA形貌调控机理进行了研究。结果表明,PVP与HA之间不仅存在物理吸附作用,两者之间还有新的化学键形成,且控制合成过程中PVP的添加量对HA的形貌和尺寸、比表面积、孔径分布、结晶度以及溶胶的分散性存在显著影响;随着合成中PVP添加量的增加,可分别得到长棒状、球形和短棒状的HA,相应HA的晶体尺寸有所减小,结晶度降低,且PVP对HA及其溶胶的分散作用逐步增强,当PVP的添加量为10%时,合成的HA的晶体颗粒尺寸为(5~20) nm×60 nm,与人体骨HA晶体尺寸相似;另外,PVP的添加改变了HA的比表面积,并在合成的HA粉体中形成了一定的孔结构,当PVP的添加量为10%时,样品中形成了两端都开放的管状毛细孔,且孔径分布较窄,为10nm左右。综合上述实验结果和化学配位理论,我们分析推论认为:PVP在调控纳米羟基磷灰石形貌和尺寸方面主要是通过PVP与钙离子之间的配位键,PVP的空间位阻效应,以及PVP与羟基磷灰石之间的氢键等三种作用实现。   二.是对PVP控制合成的HA溶胶与壳聚糖采用冷冻干燥技术制备了PVP-HA/CS复合支架,并进行体外矿化实验,同时采用扫描电镜(SEM)、XRD、FTIR和TG-DSC对支架及其体外矿化性能进行了研究。结果表明,与未添加PVP合成的HA溶胶制备的复合支架相比,PVP-HA/CS支架中的HA分布均匀,且在PVP-HA与壳聚糖之间通过PVP与HA间的化学键合,PVP、CS和HA三者之间的氢键使得无机相和有机体之间形成了一定的界面作用力。不同PVP-HA与CS比例的复合支架都在矿化1天时出现了矿化层,且在矿化的初始阶段,支架表面的矿化层成分主要是羟基磷灰石:随着矿化时间的延长,矿化层逐步转化为无定形磷酸钙和羟基磷灰石的混合体;上述复合支架的矿化结果表明该支架材料具有良好的体外生物活性。
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