有机泡沫浸渍法制备多孔磷灰石-硅灰石(AW)生物活性玻璃陶瓷研究

0引言多孔磷灰石．硅灰石（apatite—wollastonite glass ceramic，AW-GC）生物活性玻璃陶瓷。具有良好的生物活性、骨透导性和一定的可降解性，近年在骨组织工程研究中倍受重视。理想的骨组织修复和支架材料应具备三维立体多孔结构．这种结构有利于细胞粘附增殖、细胞外基质沉积、营养和氧气进入及代谢产物排出，也有利于血管和神经长入。此外，多孔结构与组织具有更大的接触面积，能够使植入材料承受更复杂的应力状态。

磷灰石-硅灰石多孔玻璃陶瓷的制备与晶相结构研究

采用溶胶-凝胶法制备磷灰石-硅灰石(AW)生物活性玻璃陶瓷纳米前驱体粉末,前驱体粉末经热处理后,采用有机泡沫浸渍成型,烧结制备了多孔AW生物活性玻璃陶瓷。通过差热和热重分析、X射线衍射分析、红外图谱分析、扫描电镜、透射电镜等分析测试方法,对AW前驱体粉末的微观结构,及其在煅烧过程中的晶相转变进行了研究,确定了制备纳米级AW前驱体粉的最佳工艺条件,推测出微晶玻璃体中各晶相的析出温度,确定了溶胶-凝胶法制备多孔AW玻璃陶瓷的煅烧工艺,体外模拟体液浸泡实验表明材料具有较高的矿化功能和生物活性。

硅烷偶联剂制备及对磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷的表面改性

采用谷氨酸与硅烷偶联剂(KH-792)缩合反应,制备出一种含酰胺基的硅烷偶联剂,利用其与材料之间的化学结合,将谷氨酸共价固定至磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷表面,实现表面改性。将改性后的磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷与人骨肉瘤细胞MG63共培养,评价其体外细胞生物相容性。应用FTIR、SEM、XPS等测试技术分别对合成的偶联剂、改性后的陶瓷材料进行结构、表面形貌及细胞生长情况的表征,结果表明:谷氨酸与KH-792的反应产物有酰胺基生成;含酰胺基的硅烷偶联剂能对磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷表面进行有效改性;共培养3 d后细胞在材料材料表面大量贴附,MTT实验也证明增殖良好,即含酰胺基的硅烷偶联剂能改善磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷的体外细胞生物相容性。

磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷表面接枝多肽改性研究

为在磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷(Apatite-Wollastonite Bioactive Glass-Ceramic,AW)表面引入能够促进细胞粘附的RGD(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸)多肽以提高其生物活性,采用低温等离子法在材料的表面引入活性氨基基团,并通过浸渍法使氨基基团与多肽发生反应。采用XRD、XPS、ATR-FTIR对AW的相组成及表面改性特性进行表征,确认通过低温等离子法在AW表面接上氨基,RGD多肽分子与氨基反应以化学键合的形式接枝到材料表面(RGD-AW),实现了在AW表面接枝生物大分子的改性。将改性前后的材料分别与类成骨细胞(MG63细胞)混合培养并使用荧光显微镜、SEM及MTT等测试方法对材料的细胞生物学性能进行了表征。细胞实验结果表明:接枝RGD多肽分子的材料在细胞培养的早期阶段比AW更有利于细胞的粘附及铺展。

两种多孔生物玻璃支架材料的体外细胞相容性研究

目的对比研究采用同样原料但以不同方法制备的两种多孔生物玻璃支架材料的体外细胞相容性。方法溶胶-凝胶法制备A/W生物活性微晶玻璃(4006材料),熔融法制备多孔生物活性玻璃(45S5材料)。体外诱导分离培养及鉴定兔骨髓基质细胞(BMSCs),通过材料浸提液细胞毒性实验(MTT法)、细胞黏附实验、倒置相差显微镜、扫描电镜和环境扫描电镜比较4006材料和45S5材料对BMSCs细胞黏附和生长的影响,并探索与材料复合的最佳BMSCs细胞悬液浓度。结果 4006材料浸提液培养1 d时,其细胞活力与纯培养液间无统计学差异(P>0.05);但培养3 d后,其细胞活力低于纯培养液(P<0.01)。45S5材料浸提液培养的细胞活力明显低于纯培养液(P<0.01)。细胞与材料复合培养后,镜下见BMSCs在4006材料孔隙内贴壁生长良好,分泌基质活跃;而在45S5材料上细胞黏附生长较差。BMSCs与4006材料的黏附量随接种细胞浓度升高而升高,细胞悬液浓度为2×107个.mL-1时的细胞黏附量最高。结论溶胶-凝胶法制备的A/W生物活性微晶玻璃具有良好的生物活性和细胞相容性,具有作为骨组织工程支架材料的潜能。与其复合的细胞悬液浓度需要2×107个.mL-1或以上。

磷灰石-硅灰石型生物玻璃粉体制备工艺的研究

采用溶胶-凝胶法制备磷灰石-硅灰石（AW）生物玻璃粉体,研究了加料方式、反应温度、pH对凝胶特性的影响。通过X射线衍射仪（XRD）、红外谱图分析（FT-IR）和扫描电镜（SEM）分析测试方法对产品的晶相组成及微观结构进行了分析。结果表明：凝胶形成的最佳工艺条件是加料方式为先让正硅酸乙酯乙醇溶液在硝酸催化作用下水解30 min后加入磷酸三乙酯,再以硝酸盐形式引入钙、镁元素,以氟化氢铵形式引入氟元素;反应温度为25℃;pH为1~2。烧结后的样品中主晶相为磷灰石和硅灰石,且颗粒大小均匀,形状规整,无明显团聚现象,孔结构规整,孔隙率为35%~40%。

磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷及其复合材料的研究进展

磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷(AW-BGC)由于在保持良好生物活性的基础上,还具有出色的力学性能,因而其作为人体硬组织替换材料在临床上已得到大量应用和发展。本文系统介绍了AW-BGC的性能、应用和制备方法,并对AW-BGC及其复合材料的研究进展进行了较系统的综述。

磷灰石/硅灰石生物玻璃基骨水泥的溶胶-凝胶法制备及性能

为了获得高性能的玻璃基骨水泥,采用溶胶–凝胶法制备了磷灰石/硅灰石(apatite/wollastonite,AW)生物玻璃,将其作为固相粉末与柠檬酸固化液均匀混合制得了AW玻璃基骨水泥(glass-based bone cement,GBC),探讨了溶胶–凝胶法制备的AW生物玻璃作为GBC固相粉末的可能性。用X射线衍射、红外光谱和强度测试仪对不同温度热处理的AW生物玻璃粉末的晶相转变以及骨水泥在人体模拟体液中浸泡不同时间后的晶相组成和抗压强度进行了研究。结果表明:AW生物玻璃粉末经700℃热处理后形成了硅灰石和羟基磷灰石晶相,且温度越高晶相越完整;以900℃热处理后的AW生物玻璃粉末作为固相所制备的GBC随着浸泡时间的增加,骨水泥固化体中生成了更多量的CaCO3晶体及少量的羟基磷灰石晶体,且此种GBC的抗压强度最大。

壳聚糖／磷灰石-硅灰石复合多孔支架材料的制备与性能

以磷灰石-硅灰石（AW）生物活性多孔玻璃陶瓷支架材料为基体，采用物理包被法制备了壳聚糖（CS）／AW复合多孔支架材料，通过红外图谱分析、扫描电镜、光学显微镜、强度检测等分析测试方法，研究了复合材料的组成、微观结构、力学和矿化性能。结果发现：复合材料与AW多孔支架材料基体相比，仍具有三维贯通且分布均匀的孔隙结构，孔径尺寸约100～500pm，孔隙率为80％左右，且力学性能明显增强，平均抗压强度可达3．11MPa，比多孔AW支架材料基体的平均抗压强度提高了8．3倍。体外模拟体液浸泡实验表明，复合材料具有较高的矿化功能，预示材料具有较好的生物活性。这种复合材料可望作为人体非承重部位的植入骨修复体和组织工程支架使用。

固化液组成对磷灰石/硅灰石生物玻璃骨水泥性能的影响

为了进一步提高磷灰石/硅灰石(apatite-wollastonite,AW)生物玻璃骨水泥的性能,采用不同组成的柠檬酸/磷酸盐溶液作为固化液,与溶胶-凝胶法制备的AW生物玻璃调合制备了AW-玻璃骨水泥(AW-glassbone cement,AW-GBC)。利用X射线衍射和扫描电镜对骨水泥的晶相组成和显微结构进行了研究,探讨了固化液组成对骨水泥固化时间、生物活性及力学性能的影响。结果表明:采用柠檬酸/K2HPO4/KH2PO4复合固化液制备的骨水泥固化后,浸泡于模拟体液7d,即生成较多的羟基磷灰石,且抗压强度较高,说明复合固化液更有利于获得较高生物活性和力学性能的AW生物玻璃骨水泥。

新型磷灰石、硅灰石生物活性玻璃陶瓷-半水硫酸钙复合材料的制备及研究

目的 研制一种新型磷灰石-硅灰石生物活性玻璃陶瓷-半水硫酸钙（apatite-wollastonite bioactive glass-ceramic-calcium sulphate hemihydrate,AW-BGC-CSH）复合材料,探讨其作为骨组织工程支架材料的可行性.方法 按AW-BGC与医用半水硫酸钙（calcium sulphate hemihydrate,CSH）的不同质量百分数（CSH分别占50%、40%、30%、20%）制备复合材料,研究其形态结构及力学性能;并将复合材料与成骨细胞体外复合培养,通过形态学观察以及检测细胞增殖、碱性磷酸酶（alkaline phosphatase,ALP）活力及微量蛋白含量等指标,评价AW-BGC-CSH复合材料与成骨细胞间的相互作用.以单纯培养基作为空白对照组.结果 复合材料为三维立体多孔结构,可在3-5 min内保持其可塑性,最高固化温度为36.4℃,抗压强度最高可达9.3 Mpa.成骨细胞在复合材料上生长良好,实验组复合材料的毒性级为0级.复合培养1、3、 5、 7 d后微量蛋白含量分别为（251±12）、（296±31）、（580±13）和（571±15）mg/L,ALP活性分别为（4.50±0.68）、（6.90±0.27）、（12.05±0.28）和（11.86±0.63）U/mg;与空白对照组相比,差异均有统计学意义（P〈0.05）.结论 新型AW-BGC-CSH复合材料具有三维立体结构、良好的可塑性和抗压强度,以及良好的生物相容性.

接枝RGD多肽磷灰石-硅灰石材料的矿化和生物学特性

应用等离子辅助化学接枝方法在磷灰石-硅灰石(AW)生物活性玻璃的表面接枝精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)多肽。采用模拟体液(SBF)浸泡方法研究了AW表面接枝RGD基团对材料体外矿化特性的影响。SEM和EDS检测结果表明,RGD多肽的引入有利于羟基磷灰石(HA)的沉积,能够增强RGD-AW复合材料的体外矿化能力,HA形貌为蠕虫状。材料MG-63细胞共培养实验以及材料新西兰成年大白兔体内植入实验的结果表明,表面化学接枝RGD多肽的RGD-AW复合材料能够显著地促进类成骨细胞的黏附和铺展,并且在2周、4周和8周时均能够加速新骨的生成及骨组织结构和功能的重建。