丝素蛋白/羟基磷灰石生物复合支架材料的制备及性能研究

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丝素蛋白(SF)作为一种天然高分子物质,具有优秀的生物相容性、机械性能。且形式多样,易加工成各类生物支架材料应用于生物医用的各个领域。纳米羟基磷灰石(HA)具有与生物骨组织内Ca-P结晶区非常相似的化学组成及表观形貌,且同样具有良好的生物相容性,一直以来是骨修复类生物材料的重要研究对象。将丝素蛋白与羟基磷灰石结合使用有利于发挥其各自优势,又能相互弥补不足,共同作为骨修复类复合功能材料使用。有关SF/HA类的复合材料报道并不少见,但是当复合材料的发展趋势越来越强调“功能化”、“智能化”时,纳米颗粒或其他一些功能基团与支架材料的复合方式、在其表面的排列与分布将是此类功能材料研究的重点,本文使用冷冻干燥法较好地将纳米羟基磷灰石与丝蛋白支架材料复合,纳米HA颗粒在SF多孔支架上形成了一定的有序排列,复合支架材料的机械性能相比纯丝蛋白支架也有所提高,具体研究内容如下:  首先是 SF多孔支架材料的制备。经过脱胶、透析、浓缩、离心等一系列步骤得到丝素蛋白溶液。考察了正丁醇与丝素蛋白溶液混合搅拌后得到的乳液形貌。通过研究不同条件:1.正丁醇的添加量;2.丝蛋白溶液浓度;3.冷冻时间对SF多孔支架断面孔的形成、大小分布及形貌的影响,总结了多孔支架的成型及其二级结构的转变(由无归线团型向β-折叠有序结构转变)机理。得出结论:冷冻时间是多孔支架材料成型的主导因素。改变丝蛋白溶液浓度,可以得到了不同孔径大小的丝蛋白三维多孔支架,检测了其吸水率孔隙率和机械性能,结果表明丝蛋白支架材料具有较好的吸水率、孔隙率和良好的机械性能。  其次,采用沉淀法和水热法两种方法制备了纳米 HA颗粒,结果显示水热法得到的纳米颗粒结晶更完整,形貌更完好。讨论了初始溶液pH值对所制备得到的HA纳米颗粒的形貌影响。得到结论:碱性环境下才能制备得到纳米HA颗粒,并且不同的浓度的pH对合成得到的HA纳米颗粒形貌有影响。  最后,采用原位生长法和冷冻干燥法两种方法制备了SF/HA复合材料,结果显示:采用冷冻干燥法得到的复合材料中,随着HA纳米颗粒添加比例的升高,其在SF多孔支架上显示出由竖直排列到绣球状中心聚集体排列的变化,整体呈现较好的有序结构。而静置沉降法却没有达到这种效果。接着检测了复合支架材料的机械性能。相比纯丝素蛋白多孔支架和采用原位生长法得到的复合支架材料,由于 HA纳米颗粒的添加,应力支撑点增多,且HA与SF多孔支架有较强的作用相互作用力,所以采用冷冻干燥法得到的复合材料机械性能大大提高。同时,还配制了模拟体液(SBF),将多孔支架浸入其中一段时间,模拟了生物HA在其上的附着情况,结果表面:丝素蛋白基三维多孔支架材料具有很好的HA附着性能。
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