【摘 要】
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目的:探索金属有机框架（MOF）材料家族成员ZIF-8诱导生物矿化的原理;探索ZIF-8诱导无生物矿化能力的聚已内酯（PCL）材料进行生物矿化的能力;制备具有良好骨传导、骨诱导性能的ZIF-8@PCL生物支架,研究其促进骨再生、修复骨缺损的作用。方法:1.通过“一锅法”合成摩尔比为8.75的ZIF-8,进行材料学表征。将ZIF-8粉末装在透析袋中泡入模拟体液（SBF）中,通过透射电镜（TEM）及E
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目的:探索金属有机框架（MOF）材料家族成员ZIF-8诱导生物矿化的原理;探索ZIF-8诱导无生物矿化能力的聚已内酯（PCL）材料进行生物矿化的能力;制备具有良好骨传导、骨诱导性能的ZIF-8@PCL生物支架,研究其促进骨再生、修复骨缺损的作用。方法:1.通过“一锅法”合成摩尔比为8.75的ZIF-8,进行材料学表征。将ZIF-8粉末装在透析袋中泡入模拟体液（SBF）中,通过透射电镜（TEM）及EDS-MAPPING能谱扫描观察其生物矿化过程。2.通过熔融成型的方法制备ZIF-8浓度为10%的ZIF-8@PCL复合材料,于SBF中矿化后在第3天、第7天通过扫描电镜（SEM）观察材料表面矿化结晶的形成,评估生物矿化性能;在材料表面种植骨髓间充质干细胞（BMSC）观察第3天、第7天时细胞黏附及增殖情况,并对细胞种植后3小时、12小时进行单个细胞形态分析,评估ZIF-8@PCL复合材料的生物活性。3.利用MEW技术打印直径5 mm、厚度2 mm的ZIF-8@PCL骨生物支架,体外预矿化后植入大鼠颅骨缺损模型体内。术后一个月取材,Micro-CT检测评估骨再生情况;H＆E切片染色观察主要脏器是否有明显病理改变,评估体内生物相容性。结果:1.ZIF-8可诱导钙磷离子在晶体结构内均匀沉积。随着时间的增长,形成的混合矿化物团聚、变大,同时ZIF-8晶体结构出现塌陷。2.ZIF-8@PCL材料与单纯的PCL材料大体观的形貌没有明显差异,但在扫描电镜下可以观察到ZIF-8@PCL材料的表面更为粗糙。矿化后的ZIF-8@PCL材料表面有明显钙磷结晶沉积,比单纯PCL材料表现出更高的细胞接种率和增殖率。Micro-CT 3D重建图像显示,ZIF-8@PCL材料组出现了较为明显的矿化点,密度与正常人的骨密度相接近。3.通过MEW技术制备的具有多孔结构的ZIF-8@PCL生物支架,纤维直径约为150μm,纤维间孔径在200-300μm之间,上下层纤维之间存在位置偏移。在SBF中矿化后,ZIF-8@PCL生物支架的表面出现的白色钙磷结晶的沉积。随着时间增加,结晶沉积的更多、更厚。植入大鼠颅骨缺损后4周取材分析,ZIF-8@PCL生物支架组的骨体积、相对骨体积均比空白对照、PCL两组的定量数据高两倍以上,骨密度也高于其他两组。H＆E染色显示大鼠的主要脏器未见明显病理改变。结论:1.ZIF-8材料具有诱导生物矿化的能力。2.ZIF-8可以诱导PCL材料的生物矿化,矿化效率较高,且矿化后的ZIF-8@PCL材料具有优越的生物相容性和生物活性,可以促进细胞黏附和增殖。3.MEW打印的ZIF-8@PCL生物支架具有良好的体内外生物矿化及成骨性能,能有效促进骨再生,在仿生骨替代生物材料中表现出巨大的应用潜力。
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