壳聚糖/明胶/羟基磷灰石/碳纳米管复合支架的制备及性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:x360791581
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骨组织工程的出现为骨组织缺损修复提供了新的方向,而组织工程支架是构建组织工程骨的关键,近年来得到人们的广泛关注。支架材料的性能决定复合支架的最终特性,因此选择合适的材料作为骨组织支架的材料至关重要。壳聚糖(Chitosan,CS)是一种天然高分子材料,具有无毒、稳定、抗菌、生物可降解和良好的生物相容性。明胶(Gelatin,Gel)是由胶原水解产生的一种生物聚合物,具有低免疫原性、无毒以及可吸收性质,也能促进细胞粘附。羟基磷灰石(Hydroxyapatite,nHAp)是天然骨的主要成分之一,具有良好的生物相容性,能够诱导新骨的发生且具有较好的骨传导性。多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)具有良好的机械性能、极好的导热和导电性能等。因此,为了制备理想的无毒、可降解、适宜机械强度、生物相容性好的支架材料,将壳聚糖、明胶、羟基磷灰石和多壁碳纳米管进行复合,制备复合材料,使其优势互补。本研究采用冷冻干燥法制备含有不同MWCNTs比例的CS/Gel/nHAp/MWCNTs复合支架,并对复合支架的吸水率、孔隙率和机械性能等进行表征。之后使用小鼠颅顶前骨细胞(MC3T3-E1)构建细胞-支架复合物,并对复合物的各项生物学性能进行表征。本实验通过冷冻干燥法制备CS/Gel/nHAp支架,CS/Gel/nHAp/0.3%MWCNTs支架,CS/Gel/nHAp/0.6%MWCNTs支架和CS/Gel/nHAp/0.9%MWCNTs支架。制备的复合支架具有丰富的互相联通的大孔包小孔的复合孔结构,大孔直径介于120μm-330μm之间,小孔直径介于20μm-70μm之间,能够为细胞提供充足的增殖生长空间,保证营养物质和代谢废物的传递,提供一个平衡的生长环境。通过对复合支架进行红外光谱和EDS分析可知,通过冷冻干燥法制备支架属于物理共混,没有发生化学反应,且CS,Gel,nHAp和MWCNTs成功掺入了支架中。随着支架中MWCNTs含量的增加复合支架的孔隙率和吸水率先增大后减小,接触角先减小后增大,支架的降解速率减慢。加入MWCNTs后,复合支架的弹性模量显著提高,且随着MWCNTs含量的增多,弹性模量逐渐增加,CS/Gel/nHAp/0.9%MWCNTs支架的弹性模量最大,为6.58MPa,约为CS/Gel/nHAp支架弹性模量的3.4倍。本研究培养的MC3T3-E1细胞形态良好,具有良好的体外增殖能力。对细胞进行碱性磷酸酶染色后,细胞基质中出现大量蓝紫色物质。茜素红染色后,细胞周围存在大量红色钙结节,说明MC3T3-E1在体外具有良好成骨分化能力。对细胞-支架复合物进行扫描电镜观察,发现细胞在各组支架上贴壁良好,细胞之间突触相连,但CS/Gel/nHAp/0.6%MWCNTs支架上的细胞数量要多于其他组。通过荧光染色发现,相比于其他组支架,细胞在CS/Gel/nHAp/0.6%MWCNTs支架上分布更均匀,保持了更好的细胞活性。通过CCK检测发现,培养5天后,CS/Gel/nHAp/0.3%MWCNTs支架和CS/Gel/nHAp/0.6%MWCNTs支架上的细胞活性要高于CS/Gel/nHAp支架。通过ALP染色发现,MWCNTs的加入能够促进ALP的分泌。结果表明,加入适量MWCNTs的支架具有良好的理化性能和生物学性能,能够支持MC3T3-E1在体外的粘附、增殖和分化。
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