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本论文的研究目标是运用仿生的方法合成出具有良好综合性能的载药CPP/CS骨修复复合材料(TCSCC),研究其复合方法、合成条件、结构机理以及力学性能、可控降解释药性能、抗金黄色葡萄球菌的效果及与成骨细胞的相容性等。CPP(聚磷酸钙)具有优异的生物相容性、生物活性、骨传导性、可生物降解性等,但单独用CPP作为骨修复材料存在两个问题,一是CPP降解速率太慢,二是CPP在降解过程中强度损失太快。为了解决这些问题,因而选用具有优异生物相容性、生物可降解性和韧性较好的天然高分子材料CS(壳聚糖)作为有机成分,采用悬浮液热分散复合法,与无机成分CPP进行仿生复合,合成出了力学性能较好、可控降解的CPP/CS骨修复复合材料棒材,测定了棒材的孔径和孔隙率,探索了棒材的成孔机理和复合机理。并用相同的复合方法,合成出了CPP/CS骨修复复合材料颗粒,同棒材进行了对比研究。在治疗和修复骨折、骨缺损和骨缺失的过程中常常伴随有慢性骨髓炎的发生,引起慢性骨髓炎的病菌主要是金黄色葡萄球菌,为了在修复骨的同时又能治疗慢性骨髓炎,所以,选用对金黄色葡萄球菌有抑制和杀灭作用的TH(盐酸四环素)药物,采用复合交联反相乳液聚合法,合成出TCM(CS载药微球);用凝聚相分离法,制备出了STCM(复合载药微球);用悬浮液热分散复合法,合成出包裹STCM的载药CPP/CS骨修复复合材料颗粒(TCSCC)。研究TCSCC的实验合成条件、结构以及降解性能和药物释放性能,研究TH杀灭金黄色葡萄球菌的性能和TCSCC的成骨细胞相容性,为材料用于骨缺损修复和慢性骨髓炎治疗提供实验研究依据。主要的研究结果如下:(1)经过几种复合方法的选择、比较,确定了一种悬浮液热分散复合法,即将CPP悬浮在无水乙醇中,再分散在加热的CS-HAC溶液中,得到均匀的复合悬液,这是本文在复合方法上的特别之处。(2)仿照人体骨的成分、配比、结构及功能。人体骨的成分是无机有机复合,即取无机相CPP和有机相CS的成分仿生;无机有机重量配比近似为70/30,取CPP/CS=70/30的配比仿生;CPP的分子链结构类似于ATP(三磷酸腺苷)的高能磷酸键-O-P-O-,水解时放出的能量可以被成骨细胞利用,对骨的生长有促进作用,所以选择CPP是在结构和功能上仿生。应用悬浮液热分散复合法,合成出了均匀、致密、强度较高的CPP/CS仿生复合材料棒材(由致孔剂成孔)和颗粒(未加致孔剂、而由凝聚相分离工艺成孔)。(3)采用复合交联反相乳液聚合法,合成出TCM;再用凝聚相分离法,将TCM包覆在SA(海藻酸钠)内,制备出STCM(复合载药微球);最后用CPP和CS作为原料,运用悬浮液热分散复合法,利用仿生复合配比:CPP/CS=70/30,合成出包裹STCM的载药CPP/CS骨修复复合材料(TCSCC)。(4)CPP/CS复合材料结构的研究,从分子水平上探索出CPP和CS的复合机理为:①氢键的形成:CPP中磷氧双键上的氧和CS中氨基、羟基上的氢形成了氢键(P=O……H-N-或P=O……H-O-),CPP和CS的分子间发生静电作用。②配合物的形成:CPP中钙离子的外层s、p、d空轨道,可以接受N和O上的孤对电子,而形成配合物,CPP与CS分子间会发生化学键作用。(5)CPP/CS复合材料力学性能研究,复合材料中无机相和有机相的比例为CPP/CS=75/25、CPP/CS=70/30、CPP/CS=65/35的多孔复合材料力学性能较好。其中配比为CPP/CS=70/30的复合材料的压缩强度最高,其无机相与有机相的重量比与人体骨中的比例最接近,说明仿生(成分和组成仿生)合成才能达到最好的性能。(6)CPP/CS复合材料的降解性研究,以分子量为42万的CS、脱乙酰度为75.56%的CS、粒径为≤50μm(通过300目分样筛)的CPP作为原料,配比为CPP/CS=70/30,所得复合材料降解速率最快。说明复合可以提高CPP的降解速率,而改变CPP的粒径、改变CS的分子量和脱乙酰度、改变CPP和CS的配比,可以调节CPP/CS复合材料的降解速率。(7)TCSCC的降解释药性能研究,TCSCC的降解释药过程分为两个阶段:第一阶段为小分子扩散溶出和药物的扩散释放阶段(出现了“突释”现象),符合零级释放规律P=at+b,释放量与时间为直线关系;第二阶段为材料的缓慢降解导致药物释放的阶段,这一阶段的释放规律相当于Higuichi方程的形式:P=a t1/2+b,释放量与时间为非直线关系。TCSCC集骨修复功能和释药治病功能于一体,药物释放自始至终贯穿于材料降解的全过程,使骨缺损修复和慢性骨髓炎的治疗同时进行。改变CPP的粒径、改变CS的分子量和脱乙酰度、改变CPP和CS的配比,就可以调节TCSCC的降解释药速率。(8)材料的抗菌性能研究,样品CPP、SA和蒸馏水没有抗菌性能,其它除空白以外,都有抗菌效果。抗金黄色葡萄球菌作用最强的是TH(四环素原药),其它载有TH药物的TCM、STCM和TCSCC复合材料,都具有较好的抗金葡菌性能。(9)材料成骨细胞相容性研究,除了TH(四环素)原药对成骨细胞有一定伤害外,本实验所用原材料、合成出的TCM、STCM和TCSCC等对成骨细胞都没有毒性。成骨细胞在材料上的生长符合黏附、生长、繁殖和分化的一般规律。本论文的创新点(1)悬浮液热分散复合法,在加热条件下,用稀HAC溶液溶解CS,用无水乙醇分散CPP后再与CS加热搅拌下复合,得到分散均匀的CPP/CS复合悬液。(2)仿生合成,选择具有与高能磷酸化合物ATP中的-O-P-O-键类似结构的CPP作为无机成分,天然高分子材料CS作为有机成分,发现用CPP和CS复合,其配比为CPP/CS=70/30(人体骨中无机有机相的重量比近似为70/30)时,复合材料的力学性能最好。(3)CPP/CS骨修复材料的双功能化:CS是具有良好的生物相容性和可降解性的天然高分子材料,CS还能抑制多种细菌的生长,具有广谱抗菌性;CPP具有优异的生物相容性、生物活性、骨传导性、可生物降解性等,对成骨细胞的生长有促进作用。而复合材料CPP/CS具有抗菌消炎、骨缺损修复的双重功能。(4)TCSCC的降解可控性和释药可控性,复合材料中,CS降解速度快,CPP降解速度慢,随着CS含量的增加,复合材料的降解速率增加,相反CPP增加时,降解速率就降低。而改变CPP的粒径、CS的分子量、CS的脱乙酰度以及CPP和CS的配比,可以调控TCSCC的降解速率和释药速率。(5)载药多层复合多功能化,发现TCSCC具有抗菌功能、骨修复功能和释放药物的功能。即能够在修复骨缺损的同时,释放出TH药物杀灭金黄色葡萄球菌以治疗慢性骨髓炎。所以TCSCC是集“抗菌”、“修复骨”、“释药治病”于一体的多功能化复合材料。