纳米生物活性玻璃基复合骨修复材料

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自1972年Hench教授发明生物活性玻璃以来,就在临床上得到了广泛的应用;本研究首先合成了多种新型纳米生物活性玻璃材料,并对其细胞相容性和促细胞成骨分化效果进行研究;然后使用生物活性玻璃对聚醚醚酮(PK)进行改性,研究了改性材料的理化性能以及细胞相容性,同时研究其在体内对材料促新骨生成及骨整合的影响。  首先通过溶胶-凝胶法,在碱性条件下以St(o)ber(湿化学法)合成球形纳米生物玻璃颗粒(nBG);该生物玻璃颗粒具有规则均一的球形结构,其粒径约为400nm;nBG具有良好的降解性能,通过模拟体液浸泡实验,材料表面能够快速生成类骨磷灰石,说明其具有良好的体外生物活性;通过与细胞共培养,表明该材料具有良好的细胞相容性,能够显著促进细胞的增殖和成骨分化。  使用上述nBG与PK进行共混改性,制备了不同nBG含量的复合种植体;随着nBG的加入,该复合材料粗糙度和亲水性显著提升;同时复合材料的类骨磷灰石形成能力随着nBG含量的提升得到显著增强;与细胞共培养表明:随着nBG含量的提升,该复合材料的细胞相容性以及促进细胞增殖和分化的能力得到显著提升;通过动物体内植入实验发现,复合材料具有良好的骨整合能力。  骨植入材料的多孔结构有利于骨组织长入,通过冷压烧结-粒子溶出法制备了多级孔nBG/PK复合种植体。结果表明,该复合种植体具有400μm左右的大孔,在大孔孔壁上,构造了20μm左右的小孔,形成了多级孔结构;该多级孔种植体材料具有良好的体外生物活性;通过与细胞共培养,该材料具有良好的细胞相容性,能够显著促进细胞的黏附、增殖和成骨向分化;通过动物植入实验,该材料具有良好的促进新骨生成和骨长入的能力。  通过调整合成方法,制备了一种纳米含锂生物玻璃微球,该生物玻璃微球具有规则均一的球形结构,其粒径约为300nm,且该微球能够缓释锂元素。在该合成方法基础上,合成了含锂介孔生物玻璃微球,该微球具有规则均一的球形结构;通过与细胞共培养,该材料具有良好的细胞相容性,且能够缓释锂离子促进细胞增殖和成骨分化,通过RT-PCR,该材料能显著促进细胞成骨相关基因的表达;通过与癌细胞共培养,说明该材料能抑制癌细胞的活性和增殖。  使用聚多巴胺对该微球表面改性,在介孔含锂微球表面形成了一层聚多巴胺层;该聚多巴胺层完全覆盖微球结构,显著减缓了Li元素以及负载的染料木素的缓释速度。通过与大鼠间充质干细胞共培养,该材料具有良好的细胞相容性,且载药的改性微球能够显著增强细胞增殖和成骨分化能力;通过与破骨细胞共培养,该载药微球能够显著抑制破骨细胞的增殖和活性。  在聚醚醚酮表面制备含锂生物玻璃/聚多巴胺涂复合涂层对其进行表面改性,生物玻璃在涂层上分布均匀;该材料的亲水性,粗糙度显著提升;体外实验证明,该材料的生物活性显著得到提升。通过与大鼠间充质干细胞共培养可知,该材料具有良好的细胞相容性,能够促进该细胞的黏附,增殖和成骨分化;通过体内植入实验表明,该材料的骨整合能力和诱导新骨生成能力得到显著提升。  本研究制备多种新型生物活性玻璃,探讨了所制备的生物活性玻璃的细胞相容性以及促细胞成骨分化的能力;并研究其在骨修复材料领域的应用,一是作为药物和离子载体,构建缓释体系;二是作为改性材料的无机成分,提升材料的生物活性、细胞相容性、骨诱导、骨传导以及骨整合能力,制备功能性植入体。
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