【摘 要】
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因意外创伤或疾病导致的骨折或骨缺损常常给患者的生活带来极大不便,甚至长期影响患者生活质量,开发疗效更好的骨修复材料一直是临床研究的热点。目前,多数骨科植入材料如骨钉、钢板等往往需要通过后续手术取出,恢复期较长,还可能带来病菌感染等问题。为满足骨再生的要求,以水凝胶为基质构建具有多种生理特性的骨组织工程支架是一种有效的治疗方法,其中可注射水凝胶在促进骨组织再生和局部给药方面受到了越来越多的关注。甲基
【基金项目】
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国家自然基金（No.11632013,11502158）； 山西浙大新材料与化工研究院（No.22021SX-AT008,2021SX-AT009）； 山西省自然科学基金（No.201901D111078,201901D111077）；
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因意外创伤或疾病导致的骨折或骨缺损常常给患者的生活带来极大不便,甚至长期影响患者生活质量,开发疗效更好的骨修复材料一直是临床研究的热点。目前,多数骨科植入材料如骨钉、钢板等往往需要通过后续手术取出,恢复期较长,还可能带来病菌感染等问题。为满足骨再生的要求,以水凝胶为基质构建具有多种生理特性的骨组织工程支架是一种有效的治疗方法,其中可注射水凝胶在促进骨组织再生和局部给药方面受到了越来越多的关注。甲基丙烯酸酰化明胶（Methacrylic acid acylated gelatin,GelMA）是一种具有光交联特性的水凝胶,可通过注射方式植入骨缺损部位并原位光固化成型以达到填充治疗效果。然而水凝胶通常不够坚固,无法达到骨缺损填充强度,可使用羟基磷灰石（Hydroxyapatite,HA）作为水凝胶填充剂提高其机械性能。基于以上分析,本课题依据骨组织工程策略设计了一种与天然骨细胞外基质相似的可注射GelMA/HA复合水凝胶,并通过对HA掺入银离子使材料获得抗菌性能。本文从多方面评价了其功能特性,主要研究结果如下:（1）使用喷雾干燥法制备了粒径为1-3μm的HA微球,测得微球表面钙磷比为1.62,接近天然骨,通过XRD与FTIR结构表征证明微球样品谱图与标准卡相符。（2）通过化学方式将明胶改性制备了取代度为50%的GelMA,按不同配比加入HA微球与光引发剂后以光交联方式制备了GelMA/HA复合水凝胶。研究证明,HA微球均匀分布于水凝胶内多孔结构的孔壁上,不仅改善了凝胶孔隙率和孔径大小,对凝胶的溶胀性、降解性、黏度等也带来了影响。同时,加入适量HA微球可显著提高复合水凝胶的力学性能与抗弯折能力,GelMA浓度为10%时最高压应力为138.24±4.92 k Pa,弹性模量可提升至44.43 k Pa。但加入过量HA微球可能会影响交联强度,降低力学性能。综合对比材料各项性能后,筛选出复合水凝胶最佳浓度配比。（3）根据HA的离子交换特性,将具有优良抗菌性能的银离子掺入HA微球,测得银元素在HA微球表面均匀分布。随后按照同样方式制备了GelMA/Ag-HA复合水凝胶。通过抗菌实验表明,该复合水凝胶对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均有良好的的抗菌性能。（4）通过MC3T3-E1体外细胞实验测试了GelMA/HA与GelMA/Ag-HA复合水凝胶的生物相容性,结果表明两种复合凝胶均能促进成骨细胞增殖,无细胞毒性,说明较低浓度的银离子释放对细胞影响较小。由此可见,HA微球的加入有效模拟了骨细胞外基质的有机-无机环境,可提升骨组织工程支架的生物相容性和细胞活性。
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