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众所周知,由运动、肿瘤和先天性疾病等因素造成骨缺损、骨不连、骨髓炎等骨科疾病的病人越来越多,已经成为临床亟待解决的难题。理想的骨修复材料应具有仿生的物理结构和化学组成。近年来,硅镁基生物活性材料用于骨缺损修复的研究受到了广泛的关注。本文设计合成了介孔硅酸镁材料,并通过两种不同方法(溶剂浇铸-粒子浸出法和3D打印法)制备了介孔硅酸镁(m-MS)/聚丁二酸丁二醇酯(PBSu)复合支架,研究了复合支架材料的理化性能及其细胞相容性,并探讨了其在成骨和血管化方面的效果。 第一部分利用溶胶-凝胶法,以P123为表面活性剂成功制备了介孔硅酸镁材料,该材料具有规整的5 nm左右的介孔孔道,较高的比表面积(451.0 m2/g)和孔容(0.41 cm3/g)。m-MS在Tris-HCl溶液中有良好的体外降解性,浸泡在模拟体液后可在其表面生成大量羟基磷灰石,表明其具有优异的体外生物活性。体外细胞实验表明,该材料具有优良的细胞相容性,且对细胞增殖和成骨分化具有明显的促进作用。 通过调整制备工艺,合成了一种纳米孔硅酸镁微球(NMS),具有规则的200 nm粒径,更高的比表面积(538.1 m2/g)和孔容(0.68 cm3/g);此外,掺杂铜离子(CuNMS)后,微球粒径仍为200 nm,比表面积和孔容分别为490.4 m2/g和0.67 cm3/g,没有对微球结构和纳米孔结构造成明显影响。 第二部分通过溶剂浇铸-粒子浸出法,制备了m-MS/PBSu复合支架材料。该复合支架的孔隙具有良好的贯通性,m-MS含量增加,支架的孔隙率和吸水率增加,生物活性提高。同时,m-MS的含量可以调控其降解速率和溶液pH值的范围。添加m-MS后,复合支架可以促进MC3T3-El细胞粘附、增殖和分化。体内动物实验可知,C40具备良好的体内降解性和成骨性能,对骨缺损有较好的修复能力。 探讨了纳米孔结构对复合支架材料的影响。复合支架材料的多孔结构可以负载大量小分子(万古霉素和白藜芦醇),通过表面涂层麦醇溶蛋白(Gliadin)并交联的方式,达到药物缓释的效果;使得载药复合支架具有良好促进细胞增殖和成骨分化作用,对大肠杆菌也有抗菌效果。 第三部分通过3D打印技术制备m-MS/Gliadin/PBSu三元复合支架(S3)。m-MS和Gliadin的加入不仅提高了3D打印支架的粗糙度和生物活性,也有效地提高了其降解性,且最终溶液pH稳定于适合细胞生长的弱碱性环境。在细胞实验中,S3支架也表现出促进细胞的粘附、增殖和成骨分化能力。体内动物实验结果表明,S3支架的降解性符合骨组织的生长速度,可以有效促进骨组织再生。 另一方面,通过表面涂层CuNMS微球的方法,对3D打印PBSu支架进行改性形成涂层支架(CNDP)。结果表明,通过多巴胺改性后,CuNMS微球可均匀分布在3D打印PBSu支架表面;提高了PBSu支架的体外生物活性,可同时释放硅、镁和铜离子。该特性可以促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)和脐静脉内皮细胞(HUVECs)增殖,及BMSCs的碱性磷酸酶活性和HUVECs的体外芽体发生。将其植入动物体内后,发现CNDP具有促进体内成骨和血管化的双重作用,为制备新型骨修复材料的研究提供了新的思路。