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骨组织工程支架材料聚磷酸钙的体外可控降解规律研究
为研究骨组织工程支架材料聚磷酸钙的体外降解机理和可控降解规律,本文通过分别控制保温时间和烧结温度得到不同工艺条件的聚磷酸钙材料样品,采用X射线衍射(XRD)表征不同制备工艺材料的物象结构.以三羟甲基氨基甲烷(TRIS)氯化氢缓冲溶液为降解介质,通过失重法、钼蓝分光光度法分析材料的降解性能.用扫描电镜(SEM)观察材料在降解前后的表面形貌,并建立数学模型来描述材料的降解速率和制备工艺的内在关系.结果 表明,同等保温时间下,烧结温度越高,降解速度越快,而同等烧结温度下,保温时间在3～7 h之间,保温5 h的材料显示了较好的降解性;数学模型得出降解液中磷酸根浓度(y)和时间(t)的关系为y=a(1-e-bt).
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聚磷酸钙多孔材料在模拟体液中的降解规律初探
从组织工程材料学角度研究和开发可控生物降解材料是生物材料科学和工程的主要任务之一.通过体外模拟实验,揭示影响材料降解的各种因素,对实现材料可控降解将具有重大意义.本文对不同晶型的聚磷酸钙多孔支架材料,对比其在模拟体液和三羟甲基氨基甲烷缓冲液中的降解规律,结果表明体液中无机成分对聚磷酸钙支架材料的降解特性有明显影响,在模拟体液中进行聚磷酸钙的模拟降解更接近体内环境,因而更有利于揭示聚磷酸钙的体内降解规律,此结果为实现聚磷酸钙的可控降解提供有用的参考.
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CS/CPP复合骨修复材料合成及其降解可控性探索
采用自行设计的悬浮液热分散复合法,通过复合-沉析-浸溶-漂洗-干燥的工艺过程,用硬脂酸(Sad)作为致孔剂,合成出了不同配比的用于骨修复的多孔壳聚糖(CS)/聚磷酸钙(CPP)复合组织工程材料.用傅立叶红外光谱(FTIR)及扫描电子显微镜(SEM)对复合材料进行了表征,重点研究了CS的分子质量、CS的脱乙酰度、CPP的粒径等条件对CS/CPP降解性能的影响.结果表明,复合材料中CS的-NH2和CPP的P=O生成了氢键,材料形态结构致密均匀,孔径为50～300 μm,孔隙率为71.13%,能够满足组织工程骨修复材料对孔径和孔隙率的要求;CS的相对分子质量为42万、CPP的粒径为50μm、脱乙酰度75.56%时,所得复合材料的降解速率快;CS降解速率快,CPP降解速率慢,复合材料的降解速率居中,随着CS含量的增加,复合材料的降解速率增加,与CS复合可以增加CPP的降解速率.对CS和CPP来说,悬浮液热分散复合法是一种可行的复合方法.
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骨修复材料多孔聚磷酸钙的制备及细胞相容性研究
目的为了解决骨组织工程中成骨细胞在可降解支架材料上三维生长这一问题,本文对无机聚合物聚磷酸钙(CPP)生物陶瓷进行了研究.方法实验制备出CPP多孔材料,并以羟基磷灰石,磷酸三钙作为对照材料,检测了材料的细胞毒性,并与成骨细胞进行复合生长.结果表明聚磷酸钙不仅无细胞毒性,而且能促进成骨细胞的生长,与成骨细胞复合后,细胞能在材料中三维生长,并能分泌出细胞外基质,因此具有良好的细胞相容性.结论多孔聚磷酸钙能促进成骨细胞生长,并为细胞良好生长提供三维空间环境,同时本实验也为可降解无机聚合物作为骨组织工程支架材料的研究提供了新的思路.
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骨修复材料聚磷酸钙聚合度对其显微结构及体外降解性能的影响
目的:观察骨修复材料聚磷酸钙聚合度对其显微结构及体外降解性能的影响.方法:实验于2006-02/05在四川大学组织工程支架材料研究室完成.通过控制煅烧时间制备得到具有不同聚合度的聚磷酸钙材料.使用液相31P核磁共振法对聚磷酸钙聚合度进行测定.同时,采用X射线衍射仪及扫描电镜对试样进行表征.以生理盐水为递质,进行32 d的体外降解实验,在不同时间使用钼蓝光度法对降解液中磷的质量浓度进行测定,降解过程中计算失重率:失重率(%)=[(W0-Wt)/W0]×100%.结果:①聚磷酸钙聚合度随着煅烧时间(3,5,7,10 h)的延长而增加,分别为9,13,17,19.②X射线衍射结果表明,聚合度对聚磷酸钙晶型无影响.③扫描电镜图片显示当聚合度大于9时,晶粒清晰可见.同时,晶界变薄,即非晶区变少.④32 d体外降解实验结果表明,聚合度为13的聚磷酸钙材料的降解速率快,失重率约是聚合度为9,19的3倍.结论:不同聚合度的聚磷酸钙的显微结构不同并对其降解性能有一定影响,通过改变聚磷酸钙的聚合度从而调节其降解速率,配合其他影响因素对降解速率的调控可以达到满足临床骨修复要求.
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骨修复材料聚磷酸钙晶型对其降解性能和细胞相容性的影响
背景:聚磷酸钙是具有生物活性,可生物降解性和适当力学性能的新型骨修复材料,但是晶型对它的降解性能和细胞相容性的影响罕见报道.目的:探索骨修复材料聚磷酸钙的晶型对其降解性能和细胞相容性的影响规律.设计、时间及地点:对比观察实验,于2005 12/2007 02在四川人学组织工程支架材料研究室完成.材料:通过控制保温温度.制备不同晶型的聚磷酸钙.方法:进行体外降解实验,用扫描电镜观察其形貌:进行细胞相容性实验,观察成骨细胞在浸提液和降解液中的生长情况.主要观察指标:不同晶型聚磷酸钙失重率,磷酸根浓度,骨细胞生长曲线.细胞增殖率,细胞毒性.结果:不同晶型聚磷酸钙的降解速率与磷酸根浓度增长速率一致,都是γ-聚磷酸钙＞β-聚磷酸钙＞α-聚磷睃钙.不同晶型聚磷睃钙的浸提液和降解液中细胞生长速率不同,在第6天时β-聚磷酸钙增殖率高;浸提液和降解液中β-聚磷酸钙、α-聚磷酸钙细胞毒性均为0:γ-聚磷酸钙在前期细胞毒性为O,后期为1.结论:通过改变聚磷酸钙的品型可以调节其降解速率:各种晶型聚磷酸钙具有良好的细胞相容性,其中β型聚磷酸钙促成骨细胞增殖明显,可作为新型骨修复材料.
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多孔复合掺杂聚磷酸钙支架骨修复材料的制备及其性能
背景:离子掺杂是生物陶瓷改性的一种重要方法.目的:评估复合掺杂生物陶瓷作为骨修复材料的可行性.方法:将钾离子和锶离子复合掺入聚磷酸钙中,制得一种新型骨修复材料-KSCPP.采用扫描电镜和X射线衍射检测分析聚磷酸钙和KSCPP的微观结构和结晶情况;采用抗压强度测试实验、体外降解实验、体外细胞培养实验表征KSCPP的性能,并且进行短期兔肌肉植入实验观察KSCPP的组织相容性.结果与结论:与羟基磷灰石和聚磷酸钙相比较,KSCPP支架材料拥有更高的抗压强度和更快的降解速度及更低的细胞毒性和更好的组织相容性.
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不同掺锶聚磷酸钙骨修复材料的抗压强度评价
目的研究不同含锶量的聚磷酸钙骨修复材料的机械性能.方法通过溶液反应方法制备11种含不同锶/钙(Sr/Ca)摩尔比例的磷酸二氢锶和磷酸二氢钙的混合物,经高温烧结后制得掺锶聚磷酸钙骨修复材料,并测得其抗压强度以及在降解过程中压强变化.结果不同掺锶量的聚磷酸钙具有不同的力学强度,其中锶钙比为3:7的掺锶聚磷酸钙强度高,达到309MPa,并且在降解过程中强度损失率比聚磷酸钙慢.结论锶元素的加入可以提高聚磷酸钙的力学强度并可以减缓降解过程中材料的强度损失.
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自体骨髓基质细胞复合支架材料修复兔尺骨干节段骨缺损的实验研究
目的探讨组织工程骨的体内血管化情况和修复大节段骨缺损的能力.方法采用骨髓穿刺、密度梯度离心的方法获取兔骨髓基质细胞,经体外诱导分化,接种到聚磷酸钙纤维/L-聚乳酸/胶原(CPPf/PLLA/Collagen)支架材料上,植入自体尺骨中下段1.5Cm长的骨膜骨缺损区,对照组为缺损区单纯植入CPPf/PLLA/Co1lagen,术后观察12周.结果术后4周缺损区为新生骨样组织充填,血循环丰富,12周时形态结构已接近正常骨组织;随修复时间延长,修复组织的力学性能逐渐增强.结论骨髓基质细胞与CPPf/PLLAA/Collagen复合物具有较强的成骨能力,有望成为修复骨缺损的治疗方法.
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制备工艺对骨组织支架材料聚磷酸钙降解性能的影响研究
通过对不同工艺参数的聚磷酸钙(CPP)多孔支架材料在三羟甲基氨基甲烷溶液(Tris)和模拟体液(SBF)中降解的比较研究,探索影响CPP降解的因素.采用不同的煅烧温度和烧料粒径制备了不同主晶型的CPP多孔支架材料,并在Tris缓冲液和SBF模拟体液中进行降解实验,时间为60 d.X衍射谱检测CPP的结构,磷酸根浓度法检测CPP的降解速率.结果表明:三种晶型CPP的降解速率不同,α-CPP的降解速率慢;煅烧温度越低,粒径越小,降解速度越快.制备工艺对CPP支架材料的降解规律有显著影响.
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骨组织工程用聚磷酸钙的结构和性能的研究
多孔聚磷酸钙(Calcium polyphosphate,CPP)生物陶瓷是一种新型的骨组织工程支架材料,国外有研究表明聚磷酸钙作为骨组织工程支架材料具有良好的生物相容性及可降解性.通过对原料煅烧过程的研究,探索了聚合度的计算方法,制备出不同聚合度的材料.通过对材料烧结温度的试验,制得了不同晶型的聚磷酸钙多孔材料.在Tris-HCl缓冲液中进行的体外降解实验表明,CPP多孔支架材料是可控降解的,不同聚合度和晶型的支架材料力学强度和降解性能不同.随着聚合度的增加,材料的力学强度增大,降解速率变小;非晶态的CPP 17 d就可以完全降解,γ晶型的CPP 25 d可完全降解,β和α晶型的CPP降解缓慢, 30 d分别降解了大约12%和5%.因此聚磷酸钙是一种很有前途的骨组织工程支架材料,凭借其独特的无机聚合物结构及降解性能,有望实现可控速率的降解.
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聚磷酸钙生物陶瓷在烧结过程中的相变和微结构表征
聚磷酸钙(Calcium polyphosphate,CPP)是一种极具发展前景的可控降解骨替代材料.本文通过X射线衍射 (X-ray diffraction,XRD) 研究烧结过程中CPP的相变以及烧结温度对微晶尺寸分布和微观应变的影响;使用参比强度(Reference intensity ratio,RIR)方法研究不同烧结温度的CPP样品定量相组成;用Warren-Averbach傅立叶变换(W-A/FT)方法计算CPP微晶尺寸分布和微观应变.结果证明:在585℃～900℃烧结过程中,CPP经历一个由玻璃态到晶态γ-CPP的相变以及随后γ-CPP到β-CPP的多种相变过程.伴随相变过程的是其平均微晶尺寸(D)和微观应变(ε)的显著变化.
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骨组织工程支架材料聚磷酸钙生物陶瓷研究进展
为修复创伤及病理因素导致的骨缺损,骨组织工程是一项迅速发展、不断革新的课题.多孔聚磷酸钙生物陶瓷是可吸收生物陶瓷的一种,具有良好的生物相容性以及可降解性,在骨组织工程中日益被人们所认识.骨组织工程中细胞生长速率与材料的降解速率相匹配一直是有待解决的问题,聚磷酸钙由于具有独特的结构及降解性能,因此有望解决这个问题.本文对作为骨组织工程支架材料之一的聚磷酸钙生物陶瓷的理化性质、制备方法、研究进展、骨结合机理等进行了综述,并对其研究和发展作出了展望.
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壳聚糖膜包裹的多孔聚磷酸钙生物陶瓷的制备
目的 探讨壳聚糖膜包裹的多孔聚磷酸钙(calcium polyphosphate,CPP)生物陶瓷的制备方法,为骨缺损的修复提供可行方案.方法 采用化学方法制备壳聚糖微球作为致孔剂,通过煅烧、球磨、混浆、烧制等步骤制备多孔CPP生物陶瓷,采用化学方法使多孔壳聚糖膜包裹于其上.对壳聚糖膜包裹的多孔CPP生物陶瓷的理化性质、毒性、生物力学进行检测.结果 多孔CPP生物陶瓷孔分布较为均匀,孔径100～300 μm,镜下见其内部成孔良好,贯通性较好.壳聚糖微球为淡黄色、较为均匀的小球,粒径200～400 μm,抗压性较差,用手即可碾碎.壳聚糖膜包裹的多孔CPP生物陶瓷浸提液对雌、雄小鼠的大耐受量均＞24 g/kg.壳聚糖包裹的多孔CPP生物陶瓷大体孔隙率为60%～80%,抗压强度200MPa,可满足作为骨替代物的抗压强度.结论 壳聚糖膜包裹的多孔CPP生物陶瓷是一种良好的多孔状生物陶瓷支架材料,生物力学性能好,无急性毒性,有可能成为骨替代物的优良材料.
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CPP/ICA复合骨支架三维有限元模型建立及力学性能分析
目的:建立聚磷酸钙(Calcium polyphosphate,CPP)/淫羊藿苷(Icariin,ICA)复合骨支架的三维有限元模型,轴向加载分析模型应力及位移变化,验证其是否满足动物体内骨移植材料的力学需要.方法:CPP/ICA按4:1质量混合后制出直径10mm,高度50mm的复合骨支架,通过CT扫描后,导入Mimics医学建模软件生成模型后,应用有限元分析软件ANSYS 10.0,进行网格划分、材料属性赋值生成有限元模型.约束边界条件,轴向加载,得出CPP/ICA复合骨支架模型的力学性能.结果:对模型分别施加轴向25N,150N,250N,350N的压力,模型应力改变分别为2.477e+01,1.398e+02,2.555e+01,3.261e+02.位移分别为:1.680e-02,1.008e-01,1.680e-01,2.352e-01.结论:CPP/ICA复合骨支架具有良好的力学性能,可以满足实验用大白兔体内大段骨缺损移植的生物力学要求.
