纳米生物活性玻璃在牙体硬组织再矿化作用中的研究进展

纳米生物活性玻璃作为一种生物活性材料,有利于牙体硬组织骨性结合,在其再矿化作用中起重要作用。研究发现纳米生物活性玻璃对牙体硬组织的再矿化效果优于传统的氟制剂。本文对纳米生物活性玻璃的结构及再矿化机制、在牙体硬组织各部分再矿化作用的研究进展进行综述,以期为再矿化研究带来新思路,为今后的相关研究提供依据。

贻贝启发接枝骨形态发生蛋白2成骨活性肽的介孔生物玻璃修复股骨髁缺损

背景:骨形态发生蛋白2在胚胎发育、骨骼形成和再生修复中具有重要作用,但高剂量应用与癌症发病密切相关。骨形态发生蛋白2成骨活性段L20能够有效减少癌症等不良反应,并可显著促进骨组织再生。目的:将骨形态发生蛋白2活性肽段以贻贝衍生肽模拟策略接枝在介孔生物玻璃表面,探究其对组织工程成骨性能的影响。方法:(1)采用模板法合成介孔生物玻璃纳米颗粒,采用一步法合成负载骨形态发生蛋白2成骨活性肽L20的介孔生物玻璃纳米颗粒,表征负载骨形态发生蛋白2成骨活性肽L20介孔活性玻璃纳米颗粒的形貌与体外缓释性能。(2)分离提取SD大鼠骨髓间充质干细胞,传2代后分别与PBS(空白组)、介孔生物玻璃纳米颗粒(对照组)、负载骨形态发生蛋白2成骨活性肽L20介孔生物玻璃纳米颗粒(实验组)共培养,采用细胞活死荧光染色和CCK-8法检测细胞毒性和细胞增殖,扫描电镜观察细胞黏附;成骨诱导分化后,进行碱性磷酸酶染色、茜素红S染色与成骨相关基因表达检测。(3)取15只SD大鼠,建立双侧股骨髁缺损模型,采用随机数字表法分为3组:空白组(n=5)不植入任何材料,对照组(n=5)植入介孔生物玻璃纳米颗粒,实验组(n=5)植入负载骨形态发生蛋白2成骨活性肽L20介孔生物玻璃纳米颗粒。术后8周,进行股骨Micro-CT扫描与组织形态观察。结果与结论:(1)扫描电镜下可见负载骨形态发生蛋白2成骨活性肽L20介孔生物玻璃纳米颗粒为球形、单分散颗粒,透射电镜下可见其具有多孔结构,平均粒径为(268.10±0.58) nm,体外可缓释L20。(2)负载骨形态发生蛋白2成骨活性肽L20介孔生物玻璃纳米颗粒无细胞毒性,并且可促进骨髓间充质干细胞的增殖与黏附;与空白组、对照组相比,实验组碱性磷酸酶活性与细胞外基质矿化能力均升高(P <0.05),碱性磷酸酶、Runx2、骨钙素mRNA表达升高(P <0.05)。(3)股骨Micro-CT扫描结果显示,与空白组、对照组相比,实验组新生骨量与骨密度均升高(P <0.05);苏木精-伊红与Masson染色结果显示,与空白组、对照组相比,实验组新骨生成与胶原纤维均增加。(4)结果表明,负载骨形态发生蛋白2活性肽L20介孔生物玻璃纳米颗粒具有良好的生物相容性及体内外促成骨性能,可促进SD大鼠股骨髁缺损的再生修复。

聚乙二醇为分散剂制备纳米生物活性玻璃粉体

采用溶胶-凝胶共沉淀方法结合冷冻干燥技术制备颗粒尺寸在纳米级的生物活性玻璃(NBG),研究了加入分散剂聚乙二醇(PEG-10000)对玻璃颗粒的分散性能、微观形貌和生物活性的影响。结果表明:没有加入PEG制得的纳米生物活性玻璃颗粒呈现不规则形态,粒径小于50nm。加有PEG的玻璃颗粒形状趋于规则的球形,分散性大大提高,颗粒粒径在40～100nm,而且加入PEG的浓度越高,制备的颗粒粒径越小。通过比较纳米级的生物活性玻璃与溶胶-凝胶生物活性玻璃在模拟人体体液(SBF)中的表面矿化研究,发现纳米生物活性玻璃比溶胶-凝胶生物活性玻璃有更高的生物活性。

溶胶-凝胶生物活性玻璃的纳米结构分析研究

利用溶胶-凝胶低温合成法制备了CaO-P2O5-SiO2系统生物活性玻璃骨修复及骨组织工程材料。利用SEM、BET及XRD等方法对溶胶-凝胶生物活性玻璃的微观结构及其组成对材料微观结构的影响进行了分析,并同目前已临床应用的45S5生物活性玻璃进行了比较。研究发现由溶胶-凝胶法制备的生物活性玻璃是由纳米级微球构成,其高比表面积是由其纳米微球之间的孔隙所致。这种高比表面积对于提高材料的表面吸附能力及生物矿化功能具有重要作用。根据等大球体最紧密堆积原理建立了溶胶-凝胶生物活性玻璃纳米孔隙尺寸近似计算模型,并对其孔隙结构进行了分析计算。

新型有序纳米介孔生物活性玻璃对成骨细胞IGF-Ⅱ基因调控的影响

目的研究新型有序纳米介孔生物活性玻璃的体外生物活性及其对鼠成骨细胞的IGF-Ⅱ基因表达效果,探讨其可能的调控机制。方法定量选取新型的生物活性玻璃MBG(80S15C),浸泡于MEM培养液中,取离子浸出液培养大鼠成骨细胞,使用MTT法和PNPP法测定成骨细胞增殖和ALP的活性,RT-PCR法测定IGF-Ⅱ的mRNA表达,ELISA法测定IGF-Ⅱ蛋白和IGFBP的浓度。结果实验组成骨细胞的ALP活性为对照组的126%,IGF-Ⅱ基因表达为对照组的126%,IGF-Ⅱ蛋白和IGFBP的浓度分别是对照组175%和237%,细胞增殖为对照组的92%。结论MBG的离子浸出液能够明显促进成骨细胞的分化,其机制可能是通过诱导激活IGF-Ⅱ基因的表达,增加IGF-Ⅱ蛋白,IGFBP的合成和分泌,进而促进成骨细胞的分化。

聚乳酸接枝改性纳米生物玻璃/PLGA复合材料的制备、表面性质及生物活性

以丙交酯开环聚合原位接枝改性的纳米生物玻璃(PLLA-g-BG)与聚丙交酯-乙交酯(PLGA)复合材料为研究对象,采用TGA,ESEM和EDX分析其接枝率,粒子分散性和表面元素分布,通过将兔成骨细胞种植于材料膜表面进行体外培养,采用荧光染色法、NIH Image J图像分析软件、MTT法和流式细胞术等手段检测细胞在材料表面的平均黏附数量、扩展面积比、增殖能力和细胞周期的变化,综合评价新型改性纳米复合材料的生物相容性和生物活性.结果表明,聚乳酸表面接枝改性可明显改善纳米生物玻璃粒子的团聚;PLGA中掺入一定比例的改性PLLA-g-BG可明显促进兔成骨细胞的黏附、扩展与增殖;改性纳米生物玻璃的应用可提高生物可降解聚酯材料的生物相容性和生物活性.

再生丝素蛋白-纳米生物活性玻璃复合膜的制备和表征

将再生丝素蛋白(SF)与纳米生物活性玻璃(NBG)粉体复合成膜,制备出一种新型生物材料。采用场发射扫描电镜(FESEM)、红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)等方法对复合膜结构进行表征。结果表明:NBG均匀分散在丝素膜中,随着NBG含量的增加,复合膜中丝素的构象部分由无规线团或SilkⅠ向SilkⅡ转变,同时力学性能变差。体外生物活性研究表明:复合膜表面沉积出较多的类骨羟基磷灰石(HA),说明其具有较高的生物活性及优良的诱导类骨HA沉积的能力。

新型微纳米生物活性玻璃的模板仿生合成

生物活性玻璃具有优良的生物活性和生物相容性,是一类重要的硬组织修复材料。本文对华南理工大学国家人体组织功能重建工程技术研究中心在微纳米生物活性玻璃方面的研究进行总结,重点包括微纳米生物活性玻璃粉体的制备、结构及性能调控、材料的生物矿化性能及其对细胞行为的影响研究。

纳米介孔生物活性玻璃的制备及研究

本文用模板法制备了一种纳米介孔生物活性玻璃,通过动态光散射和电镜对其进行了表征。同时研究了这种纳米介孔生物活性玻璃在模拟体液中的生物活性,实验结果用小角X射线衍射,傅里叶变换红外光谱和扫描电镜表征,确定这种纳米介孔生物活性玻璃在模拟体液48小时以后就能形成羟基磷灰石结晶的沉积,同时电镜观察纳米颗粒出现了团聚。用3-氨丙基-三乙氧基硅烷(APTES)将这种生物玻璃表面氨基化后,将胶原固定其上,通过细胞培养确定胶原的固定能够有效的提高细胞在这种生物活性玻璃表面的生长情况。

聚醚醚酮/碳纳米管/生物活性玻璃复合材料的成骨细胞相容性研究

目的:探讨新型聚醚醚酮/碳纳米管/生物活性玻璃(PEEK/CNTs/BGs)复合材料的体外成骨细胞相容性。方法:体外培养小鼠成骨细胞MC3T3-E1,通过噻唑蓝法、吖啶橙荧光染色法研究PEEK/CNTs/BGs复合材料对成骨细胞增殖的影响。应用扫描电镜(SEM)观察MC3T3-E1细胞在PEEK/CNTs/BGs复合材料表面的黏附生长情况。结果:MC3T3-E1细胞在PEEK/CNTs/BGs复合材料表面的增殖能力较聚醚醚酮和聚醚醚酮/碳纳米管(PEEK/CNTs)复合材料强。SEM实验结果表明,PEEK/CNTs/BGs复合材料表面有利于MC3T3-E1细胞黏附、铺展和生长。结论:PEEK/CNTs/BGs复合材料具有良好的成骨细胞相容性,有望作为新型骨科材料。

微纳米生物活性玻璃的细胞基因激活性能研究

微纳米生物材料目前已成为生物医用材料领域一个研究热点和难点。大量研究表明具有微纳米结构特征的生物材料表现出了积极的生物学响应。生物活性玻璃(BG)具有较高的生物活性、生物相容性,是一类重要的骨修复材料。而微纳米生物活性玻璃(MNBG)因其具有特殊的形态结构和理化性能,引起众多研究者的关注。但是目前对MNBG的研究还主要集中在制备、表征以及其表面类骨羟基磷灰石矿物在SBF溶液中的形成活性等方面,关于MNBG的细胞相容性以及基因激活性能方面的研究还鲜有报道。通过溶胶-凝胶法结合模板仿生技术合成了具有特殊微纳米结构和形态的MNBG,并将其浸提液与MG-63细胞共培养,研究生物玻璃溶出物对细胞增殖,成骨相关基因和蛋白表达的影响,结果证明相比于传统的熔融法制备的生物玻璃(45S5)浸提液,MNBG浸提液能够明显促进细胞增殖,激活细胞成骨相关基因,上调相关蛋白的表达,为设计和制备具有基因介导作用的新型生物活性玻璃骨修复材料提供了理论依据。

口腔组织再生领域应用中的纳米生物活性玻璃材料

背景:纳米生物活性玻璃的发展为口腔组织再生修复提供了更多的选择,是现今口腔组织再生材料的研究热点。目的:通过对国内外相关论文的总结讨论,综述纳米生物活性玻璃的口腔组织再生领域的研究进展。方法:以"生物玻璃,纳米"为中文检索词,以"bioactive glass,nanostructure,mesoporous"为英文检索词,应用计算机检索中国期刊全文数据库CNKI和Pub Med数据库中2000年1月至2017年3月有关纳米生物活性玻璃应用于口腔组织方面的文章。结果与结论:与传统生物活性玻璃相比,纳米生物活性玻璃材料具有更优秀的生物活性、降解性能、载药性、抗菌性等。为进一步提高纳米生物活性玻璃材料的理化和生物性能,可在材料中添加镁、锌、锶、铜、银等元素。目前制备纳米生物活性玻璃材料的方法有溶胶-凝胶法、模板合成法、微乳液法、火焰喷雾法、3D打印等,其中的3D打印技术可能为今后制备纳米生物活性玻璃材料的较理想方法。纳米生物活性玻璃在口腔组织再生中的应用基本停留在体外和动物实验阶段,已证明其可促进颌骨和牙体硬组织的再生,但尚未见临床报道,所以未来依然需要更多长期详细的研究,使各类纳米生物活性玻璃材料能够在临床上安全有效的使用。

海藻酸钠/纳米氧化锌/生物活性玻璃多孔支架的制备及表征

以海藻酸钠(Sodium Alginate,SA)、纳米氧化锌(Zinc Oxide,ZnO)和生物活性玻璃(Bioactive Glass,BG)为原材料,采用3D打印挤出沉积成型技术制备SA/BG支架和SA/ZnO/BG支架。通过1000℃烧结,制备纯BG及ZnO/BG生物玻璃支架,通过便携式USB数字显微镜观察了支架形貌,测定各组支架的孔隙率和抗压强度,考察不同浓度的ZnO支架对大肠杆菌(Escherichia coil,E.coil)的体外抑菌效果。结果表明,ZnO的加入使支架的抗压强度有所提高,而其支架孔隙率变化微小。ZnO的质量分数为0%~20%时,ZnO/BG支架抗压强度由1.1 MPa增加到2.0 MPa;对支架粉末进行X射线检测证实Zn以Ca 2ZnSi 2O 7形式存在;对支架粉末进行扫描电子显微镜和能谱(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy,EDXS)检测,结果表明支架中有Zn元素存在;对支架进行体外抗菌试验发现掺杂了ZnO的支架,具有良好的抑菌效果。因此,通过3D打印挤出沉积成型技术制备SA/ZnO/BG支架,经过高温烧结得到的ZnO/BG支架具有三维互通的孔结构,拥有更高的力学性能,以及良好的体外抑菌效果。

溶胶凝胶微纳米生物活性玻璃对恒河猴牙槽骨缺损的修复作用

目的建立较大面积牙槽骨缺损植入溶胶凝胶微纳米生物活性玻璃材料修复的恒河猴动物模型,探讨微纳米生物活性玻璃对牙槽骨缺损的修复作用。方法选成年雌性恒河猴4只,拔除恒河猴双侧下颌尖牙和第一、第二前磨牙区牙齿,去除牙槽间隔和颊侧至牙槽窝根尖部全部牙槽嵴,仅保留舌侧骨皮质,修整拔牙区牙槽骨。右侧为实验组植入溶胶凝胶微纳米生物活性玻璃材料,左侧不植入任何材料作为对照组,两侧拔牙区植入材料后骨膜覆盖防止材料流失。分别于4、8、12、16周行大体及X线片观察,大体观察牙槽骨局部生长情况,X线片观察牙槽骨缺损部位新骨形成情况。结果实验组大体观和X线片观可见明显的骨修复,新生骨与正常骨密度基本一致,植入材料完全降解吸收。对照组未见明显骨修复。结论溶胶凝胶微纳米生物活性活性玻璃具有良好的生物活性、生物可降解性,能促进牙槽骨修复,可以作为一种新的牙槽骨大面积缺损的修复材料。

一种粗糙表面微纳米生物活性玻璃微球的制备研究

微纳米生物活性玻璃因其尺寸小,易被胞吞至细胞内发挥生物学特性,受到越来越多研究学者的关注。与常规光滑表面微纳米生物活性玻璃微球不同,本研究制备出一种针片状堆积覆盖的粗糙表面微纳米生物活性玻璃微球,并先后通过FESEM、XRD和Zetasizer测试技术对该微球进行了物化性能表征。

微纳米生物活性玻璃诱导牙本质再矿化研究

封闭牙本质小管能有效减轻牙齿过敏症。本研究以不同粒径的微纳米生物活性玻璃球(MNBGs)为分散质、海藻酸钠–磷酸盐缓冲溶液为分散液,制备了用于牙本质脱敏治疗的MNBGs糊剂(MNBGP)。在牙本质切片表面进行体外矿化并系统评价了糊剂与牙本质的结合性能,以及糊剂体外诱导牙本质再矿化、封闭牙本质小管的能力。研究结果表明,不同粒径MNBGs制备的糊剂均能与牙本质界面紧密结合,粒径较小的MNBGs在脱矿牙本质切片表面分布更加均匀。MNBGP在人工唾液(AS)中能较好地诱导牙本质再矿化形成磷灰石(HA)以堵塞封闭牙本质小管,脱矿牙本质切片表面形成的HA层随矿化时间延长而增厚,矿化28 d HA层的厚度可达到5~10μm。MNBGs的尺寸影响其诱导牙本质再矿化的效果,当颗粒大小与牙本质小管直径匹配时,MNBGs可以更好地封闭牙本质小管。因此, MNBGP具有良好的治疗牙本质过敏的应用前景。

掺锌生物活性玻璃纳米颗粒对复合树脂力学性能影响的实验研究

目的制备具有生物活性的掺锌活性玻璃纳米颗粒(Zn@BGN)并利用其对复合树脂进行改性,研究Zn@BGN对改性复合树脂力学性能的影响。方法采用溶胶-凝胶模板法制备3种不同掺锌比例的Zn@BGN,通过体外生物活性实验筛选适宜的掺锌比例。将Zn@BGN分别以质量分数为10%、15%、20%的添加比例制备3组改性复合树脂实验组,以未改性复合树脂作为对照组,利用万能材料试验机及显微硬度仪测试挠曲强度(FS)、径向拉伸强度(DTS)、压缩强度和维氏硬度等力学性能。结果溶胶-凝胶模板法制备的Zn@BGN呈现为较规则的直径约150 nm的球形颗粒,单分散性良好。当Zn@BGN中掺锌质量分数为1.6%时,生物活性良好。3组改性复合树脂实验组中,当Zn@BGN添加质量分数为10%和15%时,与对照组相比,力学性能的差异无统计学意义(P>0.05);而当Zn@BGN添加质量分数为20%时,FS和DTS明显低于对照组(P<0.05)。结论溶胶-凝胶模板法可制备出粒径大小均匀、单分散性良好且生物活性优异的Zn@BGN。当Zn@BGN添加质量分数为15%时,改性复合树脂的力学性能不受影响。

氧化锆@生物活性玻璃/碳纳米纤维复合膜的制备及其性能

将静电纺丝技术与热处理工艺相结合,制备了柔性氧化锆@生物活性玻璃/碳纳米纤维(ZrO2@BG/CNFs)复合膜,并对复合膜的结构和性能进行了系统表征。结果表明:随着碳化保温时间的延长,ZrO2@BG/CNFs复合膜表面的BG粒子先增大后变小,BG主要以β-CaSiO3和Ca3(Si3O9)的形式存在,ZrO2纳米粒子的主要结晶相为四方晶相(T-ZrO2);通过添加ZrO2纳米粒子,ZrO2@BG/CNFs复合膜表现出柔性可弯曲性能。通过体外培养小鼠前成骨细胞(MC3T3-E1)实验,发现ZrO2@BG/CNFs复合膜上细胞生长、增殖良好。文章制备得到了既有良好的生物相容性又有一定柔韧性和可塑性的ZrO2@BG/CNFs复合膜,解决了CNFs的脆性问题,进一步拓展了以BG/CNFs为基础的纳米纤维复合材料在骨组织工程领域中的应用。

锶掺杂纳米生物活性玻璃改性复合树脂机械性能的实验研究

目的通过合成锶掺杂纳米生物活性玻璃(SrNBG)并将其加入复合树脂进行改性,研究SrNBG改性复合树脂的机械性能。方法采用溶胶-凝胶十二胺法合成纳米生物活性玻璃(NBG)及3种不同锶掺杂比的SrNBG,通过体外羟基磷灰石(HA)活性测试得到最为合适的锶掺杂比,再将其分别以质量占比5%、10%、15%替换复合树脂中的无机填料,制成3种改性复合树脂,分别为实验组1、实验组2和实验组3,以未采用SrNBG替换的复合树脂作为对照组,利用电子万能实验机进行机械性能测定。结果溶胶-凝胶十二胺法合成的SrNBG呈现出较为规则且直径约200 nm的球形颗粒,分散性较好。当SrNBG中锶掺杂比为5 mol%和10 mol%时,复合树脂均呈现出良好的生物活性。SrNBG改性复合树脂实验组中,SrNBG替换质量占比为5%和10%的机械性能与对照组比较,差异无统计学意义(P>0.05);当SrNBG替换质量占比为15%时,径向拉伸强度(DTS)和挠曲强度(FS)低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论利用溶胶-凝胶十二胺法合成的SrNBG粒径大小较均匀,分散性良好且生物活性优异。SrNBG替换质量占比为10%对改性复合树脂的机械性能无影响。

纳米生物活性玻璃对早期釉质龋再矿化作用的研究

目的评价纳米级生物活性玻璃对于促进早期釉质龋的再矿化效果。方法将30颗离体牙制成早期人工釉质龋模型标本,用扫描电镜观察脱矿后釉质表面的平滑情况,然后将30个标本随机分为三组,每组10个。将三组标本每日3次,10分钟每次分别浸泡于纳米级生物活性玻璃配制液、氟化钠配制液及人工唾液内。其余时间采用pH循环法模拟人口腔环境,将标本在人工致龋液和人工唾液中循环浸泡30天。对于矿化及再矿化情况以扫描电镜技术观察检测。结果实验组经纳米生物活性玻璃处理液处理过的牙釉质表面比其他两组处理液处理过的牙釉质表面光滑平整,且未见空隙存在。结论经体外实验研究表明:纳米生物活性玻璃有促进早期釉质龋再矿化作用。