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羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2,HAP)作为人体硬组织的主要无机成分,具有良好的生物相容性和生物活性,在骨缺损修复等生物医学领域具有良好的应用前景。基于自然骨的有机-无机组成,结合HAP和生物高分子的优势,可构建HAP/生物高分子复合生物材料。然而,文献上报道的HAP/生物高分子复合生物材料一般采用颗粒状、棒状、短纤维状HAP,导致其柔韧性和力学性能较差以及HAP含量较低,限制了其在骨缺损修复中的应用。本论文选择具有高柔韧性的HAP超长纳米线构建HAP/生物高分子复合生物材料,并采用硅酸镁纳米结构材料对HAP超长纳米线进行功能化以提高其诱导成骨活性,研究了所制备材料的性能,对材料在药物输运、蛋白吸附、骨缺损修复等生物医学领域的应用进行了探索。 本论文的主要研究内容和结果如下: 1.HAP超长纳米线基生物纸的制备、性能与应用研究 采用油酸钙前驱体溶剂热法合成了具有超长长度和高柔韧性的HAP超长纳米线(UHANWs)。UHANWs具有优异的力学增强性能,能够显著提升UHANWs/壳聚糖(UHANWs/CS)复合生物纸的力学性能。UHANWs/CS复合生物纸具有高柔韧性,对鸡股骨中段骨折模型具有良好的包扎固定效果。此外,UHANWs/CS复合生物纸中的UHANWs含量可以在0~100 wt.%之间连续调控,通过改变UHANWs的含量,可有效调控UHANWs/CS复合生物纸的表面润湿性、溶胀率以及水蒸气透过速率。而且,UHANWs/CS复合生物纸具有良好的生物相容性和生物活性,能够促进磷灰石的沉积、人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)的粘附和铺展以及促进碱性磷酸酶(ALP)的表达,因此,可用于皮肤创伤修复、骨折断裂包扎固定、骨缺损修复等生物医学领域。 UHANWs与胶原复合后,采用溶液铸膜法合成了具有高柔韧性和优异力学性能的UHANWs/胶原(UHANWs/Col)复合生物纸,并且UHANWs的含量可以在0~100 wt.%之间连续调控。UHANWs具有优异的力学增强性能,能够显著提升UHANWs/Col复合生物纸的力学性能,这是由于UHANWs可在胶原有机质中相互交织构成类似织物结构的三维分级结构,使UHANWs之间以及UHANWs与胶原分子之间产生强的相互作用力,使得UHANWs/Col复合生物纸具有高柔韧性和显著增强的力学性能。另外,UHANWs/Col复合生物纸具有良好的降解性和生物相容性,能够显著促进大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSCs)在其表面的粘附和铺展,因此,可作为生物可吸收膜用于引导骨再生。 2.HAP纳米线@硅酸镁纳米复合材料的制备、性能与应用研究 采用化学模板法结合溶剂热法合成出介孔硅酸镁空心纳米球(MSHNSs)。所制备的MSHNSs具有高比表面积(585.6 m2 g-1)、高牛血红蛋白(Hb)吸附量(1262 mg g-1)以及高盐酸阿霉素(DOX)装载量(559 mg g-1)。载有DOX药物的MSHNSs具有pH响应的药物释放性能,且相对于游离DOX药物具有更好的抗癌效果。 在硅酸镁纳米结构材料的研究基础上,结合HAP纳米线(HANWs)和硅酸镁纳米结构材料的优势,采用化学模板法结合溶剂热法合成出具有核-壳结构的HAP纳米线@硅酸镁(HANW@MS)一维纳米复合材料,通过改变实验参数可有效调控HANW@MS的形貌。相对于HANWs,HANW@MS具有显著提高的比表面积(295.6 m2 g-1)和孔容积(0.71 cm3 g-1),对药物和蛋白分子具有高的装载量,对DOX药物具有良好的缓释性能。将HANW@MS与壳聚糖复合后,合成出具有分级结构的HANW@MS/壳聚糖(HANW@MS/CS)复合多孔支架,该支架具有良好的生物相容性和力学性能,能够缓释出Mg、Si元素,能够显著促进大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSCs)的粘附和铺展以及促进rBMSCs成骨分化和血管内皮生长因子(VEGF)的表达。而且HANW@MS/CS支架具有良好的骨修复效果,能够促进大鼠颅骨缺损区域的骨再生和血管再生。因此,所制备的HANW@MS一维纳米复合材料在药物输运、骨缺损修复等生物医学领域具有良好的应用前景。