羟基磷灰石微球的制备及生物医学应用

羟基磷灰石微球具有独特的球形结构,形态规则,流动性好,比表面积大,表现出良好的生物相容性和生物活性,在生物医学领域有着广泛的应用。总结了羟基磷灰石微球的不同制备方法,如模板法、水热法、喷雾干燥法、微乳液法、沉淀法等,分析了不同制备方法对羟基磷灰石微球形貌、尺寸、结晶度等的影响,讨论了不同方法下羟基磷灰石微球形成机理。最后介绍了羟基磷灰石微球在药物缓释、骨组织修复、环境净化、生物分子分离等生物医学领域的应用进展。

基于PVA的骨软骨组织工程双相水凝胶研究

目的随着人口老龄化进程的日益加剧,由退行性疾病、不恰当运动方式以及骨关节病变等原因造成的骨软骨损伤病变的发生率在不断上升。介于骨软骨结构的复杂性和关节软骨自身缺少神经和血管,目前,临床上针对骨软骨损伤尚未有理想的治疗方式,骨软骨组织工程的发展为骨软骨损伤修复提供新的解决思路。针对骨软骨损伤修复,组织工程的难点在于同时建立具有不同功能、结构以及具有良好界面结合力的一体化仿生支架。

新型下肢动脉支架结构设计及其力学性能研究

目的病变的下肢动脉在介入治疗后的长期通畅率相对于人体的其他部位来说仍然不是很理想,归因于肢体在活动期间经历包括扭转、弯曲及压缩等独特的大范围机械变形。更为复杂的生物力学环境决定了应用于下肢动脉的支架除了保证径向支撑性能外也要有良好的柔顺性能,研发一款适用于下肢动脉且性能优异的支架具有重要意义。方法采用光学显微镜测量临床上常用的两种血管支架的几何参数,通过在UG软件中建立支架二维平面模型,导入abaqus中进行网格划分及支架有限元力学性能设置。基于下肢动脉力学性能的要求,本研究设计的新型支架主体由类正弦曲线和反向类正弦曲线相构成,主体间由两段圆弧且在圆弧中间处相接合的结构连接支架主体。分析比较本新型支架和临床上其他支架的力学性能。结果与Pulsar-18和Complete-SE支架相比,本新型支架有较低的弯曲刚度和较高的径向支撑力,且支架中间位置的横截面并未发生较大的变形,即新型支架在具有更优异柔顺性能的同时径向支撑性能也更大,完全符合支撑血管的要求。结论本研究中,支架支撑单元和连接单元所起的作用在一定程度上是相通的,支撑单元可以对支架的柔顺性产生影响,连接单元对提升支架的支撑性能也有一定的作用。不刻意地去区分支架的支撑单元和连接单元,而是将支架视为整体进行设计或许会更好的提升支架的力学性能。

基质刚度调节细胞-细胞外基质间黏附对肿瘤细胞迁移影响的模型研究

目的研究细胞外基质(extracellular matrix,ECM)刚度对细胞和ECM间黏附及肿瘤迁移的影响。方法建立基于网状波茨模型(cellular Potts model,CPM),模拟肿瘤细胞生长与细胞间免疫反馈过程,观察细胞力学行为改变对细胞-ECM黏附的影响状况,分析不同ECM下肿瘤细胞迁移的变化。结果ECM刚度变化会影响肿瘤细胞的迁移速度。ECM刚度改变调节细胞与ECM的黏附力,黏附力改变影响细胞的迁移速度。结论细胞的迁移和分布模式与ECM黏附性以及刚度密切相关。基质刚度增加促进肿瘤细胞在较低刚度下迁移,而基质刚度进一步增加抑制肿瘤细胞迁移。研究结果可进一步揭示ECM动态变化、黏附大小及肿瘤细胞迁移的力学表现。

硫酸钙/磷酸三钙可控骨水泥的制备及性能研究

研究中,α-磷酸三钙(α-tricalcium phosphate,α-TCP)分别以0,5%,10%,15%,20%,25%的比例与α-半水硫酸钙(α-calcium sulfate hemihydrate,α-CSH)进行复合;分别以0.9%NaCl溶液、2.5%Na2HPO4溶液、7%柠檬酸(citric acid,CA)溶液以及2.5%Na2HPO4和7%CA(2.5%Na2HPO4/7%CA)混合溶液为4种固化液与固体粉末进行复合;对硫酸钙/磷酸三钙骨水泥(α-CSH/α-TCP)的可控性进行研究。实验对复合材料进行扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)观察、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)分析、固化时间、力学性能和降解性能测试。探讨了加入α-TCP含量的改变对以α-CSH为基体的骨水泥性能的影响;另外,在α-CSH和α-TCP的含量一定时,讨论固化液对α-CSH/α-TCP性能的影响。结果表明在硫酸钙基骨水泥中添加平均粒径为0.21μm的α-TCP后,α-CSH/α-TCP的降解性能相较于纯的α-CSH基骨水泥得到改善。随着α-TCP含量的增加,固化时间延长,力学性能呈现逐渐减弱的趋势;当α-TCP含量为15%时,Na2HPO4和CA的加入可以延长α-CSH/α-TCP的凝固时间,但是以Na2HPO4为固化液的复合材料抗压强度明显高于α-CSH/α-TCP与其它几种固化液的复合材料。α-TCP的添加,以及不同的固化液在一定程度可对复合骨水泥的力学性能、凝固时间和降解速率进行调节,为骨修复材料的临床应用提供实验依据。

基于壳聚糖/β-甘油磷酸钠(CS/β-GP)温敏型水凝胶的细胞表面壳化及对癌细胞行为的影响研究

制备了壳聚糖/β-甘油磷酸钠(CS/β-GP)复合物水凝胶,测试其温敏特性及其SEM、FTIR性质,并研究人卵巢癌细胞、人宫颈癌细胞和小鼠成纤维细胞在包裹CS/β-GP水凝胶后的运动迁移性能和生理活性,进一步探究温敏性水凝胶在肿瘤治疗领域的潜在应用。方法制备CS/β-GP水凝胶,并将该水凝胶包裹于生长良好的人卵巢癌细胞、人宫颈癌细胞和小鼠成纤维细胞表面继续培养,通过细胞划痕实验和活死荧光染色检测水凝胶对癌细胞的迁移性和生理活性的影响。结果制备出的CS/β-GP水凝胶在室温下呈透明液体,在37℃发生凝胶化现象;细胞划痕实验结果显示,未涂覆水凝胶的癌细胞随培养时间的延长细胞不断向划痕区迁移生长,而涂覆了水凝胶之后,细胞迁移明显受到抑制;活死荧光染色结果表明,水凝胶可抑制癌细胞(人卵巢癌细胞、人宫颈癌细胞)生理活性,但对正常细胞(小鼠成纤维细胞)的生理活性影响较小,故此CS/β-GP水凝胶的温敏特性可以作为癌细胞与正常细胞的初筛,有望用于生物安全的癌症治疗。

α-磷酸三钙/α-半水硫酸钙复合骨水泥的制备及力载荷下的性能研究

α-磷酸三钙(α-tricalcium phosphate,α-TCP)是目前临床上理想的骨修复材料之一,其生物相容性良好且降解产物对人体无害,但力学强度较低。Wolf提出,人体骨骼在长时间接受外力时,会增大骨密度与坚硬强度,研究力载荷下材料的性能具有重要意义。研究以α-TCP为主,与α-半水硫酸钙(α-calcium sulfate hemihydrate,α-CSH)复合制备α-TCP/α-CSH(α-TCP占质量比为100%、95%、90%、85%、80%、75%),并模拟人骨受力状态,对其凝固时间、静态力学性能、动态力学性能、降解性能以及生物相容性进行了研究。结果表明:α-TCP质量比占95%的复合骨水泥材料其凝固时间为7 min;静态加载时抗压强度也为最大,对其进行动态循环加载,所能承受的峰值力最大;在降解过程中其降解率为负值,水化效果明显。认为α-磷酸三钙占比为95%的复合骨水泥材料性能较优,为该材料的临床应用研究提供理论实验依据。

碳纳米管复合材料在生物检测中的应用

碳纳米管作为一种结构独特的一维纳米材料,不仅拥有优异的力学、电学、光学和磁学特性,还表现出良好的生物相容性和生物功能性。通过对碳纳米管进行修饰和改性,可制备出具备各种优良性能的碳纳米管复合材料,从而广泛应用于生物检测领域。综述了碳纳米管复合材料在药物检测、病毒检测、肿瘤检测以及基因检测方面的应用,并对目前亟待研究的重要问题及研究方向进行了展望。

细胞表面壳化的研究进展

细胞表面壳化主要是通过物理、化学等技术方法对细胞表面进行修饰,形成完整均匀的有机、无机、金属纳米粒子或者复合壳层结构,从而使不能自身壳化的生物细胞表面形成保护壳甚至赋予细胞新的功能,使细胞具备多功能性。近年来,此技术在细胞存储、细胞运输、细胞传感器、细胞芯片以及细胞治疗等方面应用广泛,发展迅速。本文综合目前的研究现状,详细介绍了可进行细胞表面壳化的细胞类型、生物表面壳化的方法以及人造细胞外壳的工程技术在生物医学以及能源环境中的应用等。

矿化丝素/聚乳酸载万古霉素复合材料的制备与改性研究

矿化胶原/聚乳酸复合材料用于修复松质骨缺损取得了进展,但同时力学性能、药物控释等方面有待进一步提高。研究通过生物矿化的原理制备了粒径范围在5~20μm的矿化丝素并与聚乳酸、万古霉素复合,通过控制降温速率实现对聚乳酸分子结晶过程的改变,从而调节复合材料的性能,制备出结晶态SF/HA/PLA1和非结晶态SF/HA/PLA2的两种矿化丝素/聚乳酸复合材料,并研究其对微观形貌、药物释放、力学性能及降解率的影响。结果表明不同的结晶时间会使材料的微观孔径在10~90μm之间变化;SF/HA/PLA2材料10 d的药物释放率为64.3%,小于SF/HA/PLA1材料的73.4%;SF/HA/PLA2材料显韧性,在形变大于5%时不被破坏,表现出更好的力学性能,SF/HA/PLA1显脆性,到达1MPa之后断裂;SF/HA/PLA1在30 d后的降解率在5.5%左右,SF/HA/PLA2的降解率在7.8%左右。通过对矿化丝素/聚乳酸载万古霉素材料制备条件的控制有望更好的适合用于感染性骨缺损的修复拓宽其在骨科临床上的应用。

可注射光交联GelMA-HA复合水凝胶的制备与表征研究

近年来,多种复合水凝胶被用于骨组织修复领域,但在临床中应用较为困难。本研究制备了一种具有抗菌性和可注射性的光交联GelMA-HA复合水凝胶,可在交联光照射下注射到骨缺损处达到骨修复的效果。将羟基磷灰石微球(HA)分别以1、3和5 w/v%浓度加入到5、10、15 w/v%的甲基丙烯酸明胶(GelMA)水凝胶中。通过溶胀、降解、流变、黏度、三点支撑和压缩试验来表征这些复合凝胶的材料特性。结果显示,HA的加入能够显著提高水凝胶的力学性能,其压缩率可达60%以上。

力学刺激下水凝胶表面仿生矿化研究

目前,骨缺损治疗是生物医学工程领域最受关注的问题之一。羟基磷灰石是骨组织中主要的无机成分,由于其优异的生物相容性、骨诱导性和骨传导性,已成为骨修复/再生最理想的材料。但是传统化学方法合成的羟基磷灰石往往结晶度高、稳定性过好,使得生物降解性较弱。因此,通过模拟自然骨所处的力学微环境。

男子水球守门员膝、踝关节屈伸肌群等速肌力实验测量

通过对国家男子水球守门员进行膝和踝关节屈伸等速测试,探讨我国优秀水球守门员膝踝关节屈伸肌群等速肌力水平,诊断膝和踝关节屈伸肌群肌力均衡性,预防因屈伸肌群肌力比值失衡而导致关节肌群运动损伤的发生。研究结果表明,膝和踝关节屈伸肌群测试模式均为等速向心和离心。在测试速度为60°/s和240°/s下,膝关节屈伸肌群向心收缩峰力矩比值的平均值分别为0.5,0.6;在测试速度为60°/s和180°/s时,踝关节屈伸肌群向心收缩峰力矩比值的平均值均为0.3;仅有1名队员两侧踝关节屈肌群离心收缩峰力矩(60°/s)/伸肌群向心收缩峰力矩(240°/s)小于1,其余队员膝踝关节屈伸等速测试时,拮抗肌群离心收缩峰力矩/原动肌群向心收缩峰力矩均大于1.进一步得出国家男子水球守门员膝和踝关节屈肌群向心收缩肌力较弱;膝和踝关节屈伸等速测试时拮抗肌群离心收缩肌力与原动肌群向心收缩肌力均衡。

双交联聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶的制备与表征

以聚乙烯醇(PVA)与海藻酸钠(SA)为原料,利用CaCl2/硼酸溶液进行化学交联,再通过循环冷冻解冻物理交联,制备出PVA/SA水凝胶。分析讨论了水凝胶的交联机理、结构、力学性能、含水率、孔隙率及细胞相容性。红外光谱分析表明,经CaCl2/硼酸溶液交联后,Ca^2+与SA中的-COO^-形成络合,硼酸溶液中B(OH)4^-与PVA交联形成交联结构,循环冷冻解冻促使了复合水凝胶中分子间和分子内氢键的形成。扫描电镜测试表明,PVA/SA水凝胶内部具有丰富的多孔结构,孔径约5~30μm。水凝胶的性能可通过交联剂浓度等进行调控,其中m(PVA)/m(SA)为8∶2,交联剂质量分数为5%时,水凝胶压缩模量和压缩强度分别达到(121.84±3.03)kPa和(636.18±68.71)kPa;含水率和孔隙率分别为83.73%和79.98%。细胞培养结果表明,双交联PVA/SA水凝胶细胞相容性良好。

急性放射性皮肤损伤Wistar大鼠模型的建立

背景:目前国内构建放射性皮肤损伤动物模型所用的射线类型、动物种类、照射方式和部位均不一致,临床上对于放射性皮肤损伤的预防策略和治疗标准并未统一。目的:建立合适的大鼠急性放射性皮肤损伤模型。方法:60只Wistar大鼠随机分为32,38和45 Gy X射线照射组(n=18)以及空白对照组(n=6)。32,38和45 Gy X射线照射组对大鼠后臀进行单次局部照射,剂量为300 cGy/min,源皮距100 cm,照射时间分别为10.67,12.67,15 min;空白对照组不照射。实验于2018-01-08经山西省肿瘤医院动物伦理委员会审核批准,批准编号:GDY2018001。结果与结论:①照射后大鼠未出现意外死亡情况,照射后3 d内大鼠体质量有所下降,之后呈增加趋势,在伤口最严重时(约第15天)体质量又有所下降,2 d后恢复正常;②照射后2周随着X射线剂量的增加,大鼠皮肤附属器官结构被破坏,大量炎性细胞浸润,可见急性放射性皮肤损伤在一定范围内呈现剂量依赖;另一方面,照射时间越长,38与45 Gy组的大鼠皮肤损伤程度越深;而照射剂量相同时,急性放射性皮肤损伤的严重程度也与时间呈正相关性;③以38 Gy辐照大鼠皮肤6 h至15 d,巨噬细胞被激活,NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3炎症因子表达增强,炎症反应明显,验证了模型的可靠性;④结果表明,采用直线加速器产生X射线建立的急性X射线皮肤损伤动物模型具有易于观察、取材方便、皮炎表现明显的特点,且安全性较高,是一种理想的动物模型。

骨软骨组织工程研究进展

骨软骨损伤是临床上常见的关节疾病。由于骨软骨界面的复杂性和软骨自我修复能力匮乏等因素,针对骨软骨损伤的临床治疗局限性较大。组织工程的提出,为骨软骨损伤同步修复提供了新的治疗方式。本文就骨软骨组织工程的三个方面进行综述介绍,它们分别是:种子细胞来源以及培养方式、生长因子的调控以及协同作用、细胞支架的组成类型,文中着重探讨骨软骨修复支架的现状和研究进展,最终期待通过本文综述,可为骨软骨组织工程的进一步发展提供参考。

pH敏感型黄原胶/聚乙烯醇水凝胶的制备与表征

通过化学交联结合物理交联的方法制备了一种pH敏感型的黄原胶/聚乙烯醇(XG/PVA)复合水凝胶,研究了XG与PVA不同质量比、不同交联剂用量及不同冷冻-解冻循环次数对XG/PVA水凝胶溶胀性能和力学性能的影响。结果表明,XG与PVA质量比为1∶5,交联剂环氧氯丙烷用量为5%,冷冻-解冻循环3次时,XG/PVA复合水凝胶内部结构均匀紧密且具有较高的溶胀性能,此时凝胶的弹性模量和压缩强度达到(26.30±0.03)kPa和(134.36±0.43)kPa。并探讨了该实验条件制备的XG/PVA水凝胶的pH敏感性及pH刺激响应性,并以牛血清蛋白(BSA)为模型进行了体外药物释放性能测试及材料生物相容性实验的研究。结果表明,该凝胶具有良好的pH敏感性及pH刺激响应特性,不同pH环境下可实现体外BSA的控制释放,且具有良好的生物相容性,有望用于药物控释载体。

可折叠微板测量单细胞三维状态下的牵张力

目的构建可用于单细胞培养的可折叠微板,建立微板折叠的有限元模型,计算单细胞三维收缩时的牵张力。方法测量细胞牵张力引起微板折叠的角度,利用有限元模拟得到弯矩与折叠角之间的关系以及牵张力与弯矩之间的关系,从而实现表征单细胞三维状态下的牵张力。结果HSF和MC3T3-E1两种类型细胞在三维状态下的单细胞折叠角度范围分别在73°~173°和49°~138°,由此测算出的细胞牵张力范围分别在55~210 nN和52~161 nN。结论构建单细胞培养的可折叠微板表征单细胞在三维结构中牵张力的方法,对进一步发展三维状态下细胞黏附、迁移和铺展中牵张力的计算具有一定参考价值。

静电纺Ag@MOF-5/β-CD抗菌纤维膜的制备及性能

采用水热法制备了金属有机骨架材料(MOF-5)和载银MOF-5(Ag@MOF-5),利用静电纺丝技术制备了具有三维交联网络结构的静电纺β-环糊精(β-CD)、MOF-5/β-CD、Ag@MOF-5/β-CD纤维膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜和能谱(HRTEM&EDS)仪、热重分析(TG)仪、万能材料试验机及抑菌圈法对静电纺纤维膜进行了形貌、结构表征及性能测试。结果表明:Ag@MOF-5纳米晶片中均匀负载大量直径为3~5 nm的球状银纳米粒子。静电纺β-CD纤维直径约为500 nm,分布均一,表面光滑平整;MOF-5、Ag@MOF-5加入纺丝液后,纤维直径分布不均,出现大量细丝且更为平直;Ag@MOF-5随成膜物质呈纤维状排列,大部分被成膜物包裹。纤维膜的耐热温度为250℃,MOF-5、Ag@MOF-5的加入不影响β-CD的交联过程、吸水特性及热分解温度;Ag@MOF-5的加入量可达1%(质量分数)且保持静电纺Ag@MOF-5/β-CD纤维膜的力学性能不降低。静电纺MOF-5/β-CD对两种菌的24 h抗菌性能受限,而Ag@MOF-5的加入量为0.5%(质量分数)时Ag@MOF-5/β-CD的24 h抗菌效果达到良好。

钛纳米管表面单宁酸/羟基磷灰石复合物的形成与性能表征

本研究采用电化学阳极氧化的方法在纯钛表面制备一层规整、有序的二氧化钛(TiO2)纳米管,将其依次浸泡单宁酸(TA)和钙离子的螯合物溶液以及磷酸盐溶液中,通过调节pH,在其表面形成单宁酸/羟基磷灰石(TA/HA)复合涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)、X射线衍射谱仪(XRD)和傅立叶全反射红外光谱(ATR-FTIR)对制备的TiO2纳米管、其上黏附的TA和钙离子的螯合物以及最终形成的TA/HA复合涂层进行表面微观形貌、元素组成及成分结构表征。通过膜结合强度测试仪测试复合物与钛基底的结合强度。采用抑菌圈法检测材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌性能。结果表明,30 V电压下,在0.9wt%的氟化氨/丙三醇电解液中阳极氧化2 h制备的TiO2纳米管排列均匀规整,管径为130~170 nm。通过该方法可以在纳米管表面形成TA/HA涂层,并且TA螯合的钙离子为HA的形成提供了成核位点。TA的液态粘合特性辅以TiO2纳米管与涂层的机械咬合增强了涂层与基底在润湿情况下的结合强度。抑菌实验表明,该复合物对金黄色葡萄球菌有很好的抑菌效果。成功制备出了兼具骨诱导活性和抗菌性能的羟基磷灰石复合涂层。