纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料的制备及发展趋势

背景:纳米羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性,被广泛应用于骨组织的修复与替代技术,但脆性太大限制了其在承载部位骨替换中的应用。纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料因具备优良的生物相容性和合适的力学性能,已逐渐成为骨替代材料的研究热点。目的:对纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料的制备方法及其发展趋势进行综述。方法:应用计算机检索Medline数据库(1995-01/2009-03),以"nano-hydroxyapatite,chitosan,preparation,development trend"为检索词;应用计算机检索维普数据库(1995-01/2009-03)、清华同方数据库(1995-01/2009-03),以"纳米羟基磷灰石、壳聚糖、制备方法、发展趋势"为检索词。结果与结论:共收集2034篇相关文献,中文1634篇,英文670篇。排除发表时间较早、重复及类似研究,纳入37篇符合标准的文献。纳米尺寸的羟基磷灰石与壳聚糖复合而成的新型材料,由于在结构上与天然骨更为接近,纳米羟基磷灰石复合材料比相应的微米复合材料具有更好的生物学性能;同时优化材料的组成、结构和工艺将可能得到力学性能与天然骨更为匹配的骨修复材料。文章综述了近年来国内外羟基磷灰石/壳聚糖复合材料的制备方法,随着生物材料的快速发展,羟基磷灰石复合材料被广泛应用于骨组织修复与替代手术中,但由于其具有传统陶瓷固有的力学性能差的缺点,限制了它在临床上的应用。

纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料应用研究进展

临床上由于创伤、肿瘤、感染所造成的骨缺损很常见,目前尽管有多种疗法.但都有各自的局限性,尤其对大范围骨缺损的医治至今仍未有效解决.自体骨移植受自身供体有限性的限制;异体骨主要存在抗原性的问题;各种以金属、陶瓷或高分子制造的人工骨替代材料早已应用于临床,但多数是作为永久植体使用,它们不能参与人体的新陈代谢,因而长期效果往往不尽人意.模仿天然骨的成分及结构特征制造的骨替代材料,可为细胞提供与天然骨相类似的微环境,这有助于骨细胞的粘附、增殖及功能发挥,这种材料不仅可直接作为骨缺损修复材料、也是优异的骨组织工程载体材料.

硫化铜/氧化石墨烯/壳聚糖/纳米羟基磷灰石复合材料的抗菌及促成骨作用

目的探讨硫化铜(CuS)/氧化石墨烯(GO)/壳聚糖(CS)/纳米羟基磷灰石(nHA)复合材料(CGCHs)的抗菌和促成骨作用及其作用机制。方法采用水热法合成CuS/GO纳米颗粒,通过原位沉淀法合成CS/nHA支架和CGCHs支架,检测材料表征、光热转换性能和生物安全性,评估CGCHs组和近红外光(NIR)照射下CGCHs(CGCHs+NIR)组的细菌抑制效果及其对细菌生物膜相关基因表达的影响,观察CGCHs和CS/nHA不同材料组的促成骨分化和成骨、破骨相关基因表达。结果CGCHs是具有高度孔隙率的三维支架,在CuS/GO浓度为200μg/mL时CGCHs同时兼具良好的红外升温效果和生物安全性。琼脂糖平板涂菌和细菌死活染色结果均表明CGCHs+NIR组抗菌性能最佳,生物膜相关基因qPCR检测证实其具有抑制细菌生物膜相关基因表达的作用。茜素红染色结果表明CGCHs具有良好的体外促成骨性能,体外共培养3、7、14、21和28 d qPCR结果表明CGCHs对成骨早期和晚期相关基因表达均具有促进作用。与破骨细胞共培养结果可观察到CGCHs具有抑制破骨细胞形成的作用,细胞凋亡检测结果进一步验证这一结论,破骨分化相关基因qPCR检测结果表明,CGCHs主要通过抑制抗酒石酸酸性磷酸酶、组织蛋白酶K、CTR、P65和P38在共培养7、14 d的表达来抑制破骨细胞的分化。结论作为纳米复合材料,CGCHs生物安全性好,具有良好的红外光热协同抗菌作用,在促成骨分化的同时抑制破骨细胞分化,有望为感染性骨缺损治疗提供新的思路。

可注射型纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料骨水泥的研究

为制备可满足临床需要的可注射磷酸钙骨水泥,以自制纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料作为骨水泥的固相粉体,将柠檬酸、醋酸等按一定比例配置成溶液作为液相,设计正交试验以简化实验,从凝固时间和抗压强度两方面来确定该骨水泥体系的最佳配比。再通过转靶X射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜手段分析了各个组分对凝固时间和抗压强度的影响。此外,还通过细胞培养实验评价了最优条件下骨水泥的生物相容性。

纳米羟基磷灰石/壳聚糖-海藻酸钠复合材料的制备及微分析

采用液相共沉淀法分别制备了不同比例的纳米羟基磷灰石(HAP)/壳聚糖(CS)-海藻酸钠(Alg)复合材料,在利用XRD、SEM及EDS对制备的复合材料进行分析研究的基础上,考察了复合材料的力学性能。研究结果表明,复合材料内部结合致密,有机相与无机相融为一体,羟基磷灰石颗粒结晶较好,形状为类球状,平均粒径为20nm左右,颗粒分布相对均匀;HAP与CS-Alg质量比的变化直接影响复合材料内HAP颗粒的结晶、粒径及分散性。当HAP与CS-Alg的质量比为50∶50时,复合材料的均一性、致密性最佳,抗压强度最大可达46.5MPa。EDS分析发现复合材料中仅含微量的钠和钾元素,钙、磷原子比约为1.75,属于富钙型的HAP。

纳米羟基磷灰石/羧甲基壳聚糖多孔生物复合材料的制备与性能研究

采用化学沉淀法合成了纳米羟基磷灰石粉体(HAP),以无水乙醇为沥滤剂,以16.7%(质量分数)的柠檬酸水溶液作粘结剂,通过粒子沥滤法制备了HAP/CMCS多孔材料,并对其进行了IR、XRD、SEM、孔隙率及抗压强度的测试。结果表明HAP/CMCS复合材料复合前后两组份的化学组成未发生显著变化,但两相间发生了相互作用。多孔材料孔隙率高,孔径分布范围宽,其尺寸分布大约从几微米到600微米,以圆形为主,具有良好的贯通性,非常有利于组织在其中的长入与扩展。当复合材料中CMCS含量为40%,复合材料/造孔剂的质量比为1:1时,多孔材料的孔隙率接近75%,其抗压强度可达21MPa以上,可以满足骨组织工程支架材料的要求。

反应pH值对原位水热沉积法制备纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料的影响

为避免羟基磷灰石(HA)在壳聚糖(CS)基体中分子出现分布不均的现象,在结合原位沉析法和水热法二者优点的基础上,发展了原位水热沉析法来制备HA/CS复合材料,并深入研究不同的反应pH值对该复合材料的影响。研究表明,在不同反应pH值下制备的复合材料,均由CS晶体和低结晶度的纳米HA晶体所组成,2种晶体均出现沿c轴方向上的择优生长。随着反应pH值的增大,复合材料中HA和CS分子的结晶度均增大,HA晶体尺寸增大,CS分子排列有序化程度增高,且二者之间发生较强的化学键合作用。当反应pH值增大到12时,复合材料中纳米HA的晶体尺寸约为27.63 nm,且均匀地分布在CS分子中;CS分子为高结晶度的α晶型,且分子排列规整,有序化程度高;存在于HA与CS分子间的化学键合作用最强。

纳米羟基磷灰石/壳聚糖-硫酸软骨素复合材料的制备及其性能研究

采用共沉淀方法制备了纳米羟基磷灰石/壳聚糖-硫酸软骨素复合材料,用XRD、SEM、EDS、TGA及万能材料实验机等对材料性能进行了分析表征,并观察了材料在模拟体液中培养后表面结构、形态以及体系pH值的变化。结果表明:纳米羟基磷灰石/壳聚糖-硫酸软骨素复合材料具有良好的力学性能,对机体微环境影响微小、表面矿化效果好,有良好的生物活性和生物相容性。当羟基磷灰石含量为50%时,抗压强度为42.3 MPa,该复合材料可满足骨组织修复与替代的要求,有望成为治疗骨缺损的承力替代物。

纳米羟基磷灰石/壳聚糖/海藻酸钠复合材料修复下颌骨缺损

背景:有研究证实,纳米羟基磷灰石/壳聚糖/海藻酸钠三元复合材料具有一定的柔韧性和强度,具有与人体骨相似的生物活性。目的:观察纳米羟基磷灰石/壳聚糖/海藻酸钠复合材料修复兔下颌骨缺损的效果。方法:在18只健康新西兰大白兔两侧下颌骨制作10 mm×5 mm×5 mm的缺损,随机分为2组,实验组双侧骨缺损处植入纳米羟基磷灰石/壳聚糖/海藻酸钠复合材料,对照组双侧骨缺损处植入纳米羟基磷灰石/壳聚糖,植入后4,8,12周,应用锥形束CT观察各组缺损区材料降解、骨痂生长及骨连接情况,苏木精-伊红染色观察新骨生成。结果与结论:两组骨密度灰度值均随着时间延长逐渐增加,组内不同时间点间差异有非常显著性意义(P<0.01);在相同时间点条件下,实验组大体观察、锥形束CT观察及CT灰度值,以及组织学观察均优于对照组(P<0.05)。在材料植入后第4-8周,两组植入材料均已逐渐降解,缺损区与骨组织相交接处模糊,有少量新骨生成,与受体骨组织结合紧密,其中以实验组较为明显;第8-12周,两组植入材料已经基本降解完全,与受体骨组织开始逐渐相融合,有新生骨组织进一步生成,骨缺损区域逐渐被修复,以实验组较为明显。结果表明纳米羟基磷灰石/壳聚糖/海藻酸钠可有效修复骨缺损,促进新骨生成。

壳聚糖-纳米羟基磷灰石复合材料修复兔骨缺损过程中BMP-2的表达

目的探讨壳聚糖-纳米羟基磷灰石复合材料(CTS-nHA)修复兔骨缺损时BMP-2在其局部的表达。方法新西兰大白兔18只,随机分为CTS-nHA组、纳米羟基磷灰石(nHA)组、空白组。于兔双侧后肢胫骨近端各制造2个约0.5cm大小的缺损,分别植入相应的材料或不植入任何材料,于术后2、4、6、10周取标本进行骨生长因子BMP-2和组织学的观察。结果可直接观察到CTS-nHA表面有较强的BMP-2表达,CTS-nHA组新生骨组织中BMP-2表达的量比nHA组高峰提前,在观察的各时间段CTS-nHA组新生的骨组织均明显高于nHA组和空白组(P<0.05),至第10周时CTS-nHA组已形成较成熟的板层骨组织,而nHA组网状编织骨间夹杂有较多的骨痂基质。结论 CTS-nHA较强的成骨活性可能与其在体内具有诱导成骨活性有关。

纳米羟基磷灰石-壳聚糖复合材料对NIH3T3细胞粘附增殖的影响

目的制备纳米羟基磷灰石-壳聚糖(nano hydroxyapatite-chitosan,nHA/CS)复合膜和三维立体支架,观察复合材料的两种状态对成纤维细胞粘附形态的影响。方法制备nHA/CS复合膜和HA/CS复合膜,然后将两组膜分别与NIH3T3细胞共培养,倒置显微镜下观察细胞在材料表面粘附形态同时进行粘附细胞数量的测定;冷冻干燥法制备nHA/CS三维支架,将HA制成同样大小的圆盘状,然后将NIH3T3细胞分别与两组材料共培养,扫描电镜观察细胞在两种材料表面的粘附形态同时进行细胞粘附数量的测定和能谱分析。结果与NIH3T3细胞共培养5、7d后nHA/CS组细胞粘附数量高于HA/CS组和HA组,差异有显著性。结论nHA/CS复合材料有促进细胞粘附增殖作用。

壳聚糖/纳米羟基磷灰石(CS/nHA)复合材料修复骨缺损研究进展

前言 骨承重替代材料的研究必须建立在天然骨的基础上。植入的生物材料应具备以下条件：良好的生物相容性、良好的诱导成骨能力、适当的孔隙率和力学强度。因此,自体骨移植和异体骨移植被广泛应用。但自体骨移植存在很多问题,最大的问题是供骨区的并发症,如感染、骨折等。此外,临床上有一些病人无法取到足够的自体骨,如骨代谢疾病、

纳米羟基磷灰石/壳聚糖-海藻酸钠复合材料的制备及性能研究

目的研究合理人工骨三元复合生物材料的制备及性能。方法采用共沉淀法制备了纳米羟基磷灰石/壳聚糖-海藻酸钠(n-HAP/CS-ALG)三元复合材料,用XRD、SEM、TEM和IR对材料性能进行表征。结果纳米羟基磷灰石/壳聚糖-海藻酸钠的比例为70/30时形成的复合材料中,n-HAP在有机相中分散均匀,并与有机相发生作用,界面结合牢固;复合材料中的n-HAP呈弱结晶状态,有较高生物活性。壳聚糖和海藻酸钠发生聚合,聚合物对材料起到增强作用。结论该复合材料可望作为骨组织替代材料。

壳聚糖-纳米羟基磷灰石复合材料修复兔胫骨缺损的成骨效果

目的探讨壳聚糖-纳米羟基磷灰石复合材料(CTS-nHA)植入动物体内修复骨缺损时,观察成骨效果和材料吸收速度。方法新西兰大白兔18只,随机分为3组,实验组(A组):复合材料;实验对照组(B组):纳米羟基磷灰石(N-HA);空白对照组(C组):不植入任何材料,于兔双侧后肢胫骨制造约直径0.5 cm大小的骨缺损,分别植入相应的材料或不植入任何材料,于术后2、4、6、10周取骨缺损标本,进行大体和组织学观察。结果在各时间段CTS-nHA组新的骨基质生成量均明显高于n-HA组和空白组,其中n-HA组又高于空白组,只有在2周时n-HA组和空白组相似。同时复合材料在体内吸收速度比n-HA组快,复合材料的吸收与新骨生成速度协调性似乎欠佳。结论复合材料植入的缺损区具有较强的成骨活性,但在体内吸收速度比较快。

壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合材料修复骨缺损研究

目的观察壳聚糖/羟基磷灰石纳米材料修复家兔颌骨缺损愈合的愈合过程,评价该新型材料的生物活性和成骨特性。方法电镜观测材料孔隙率、孔径大小和材料间的交连特点。30只家兔随机分为3组,分别为壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合物充填组(A组),纳米羟基磷灰石(HA)充填组(B组)和空白对照组(C组),其中空白对照组缺损区不植入任何材料。术后2、4、8和12周分批处死家兔,取下颌骨观察缺损部愈合情况,并进行X片、力学性能的初步分析。结果壳聚糖/羟基磷灰石纳米聚合物移植10周时可完全修复骨缺损,各时段放射学评估优于其他各组,差异有显著性(P<0.05)。10周时修复效果显著差于壳聚糖/羟基磷灰石纳米聚合物充填组(P<0.05);空白组10周时缺损不能修复。骨痂力学强度与骨痂X线灰度呈指数相关(P<0.05),骨痂X线灰度随骨折愈合的进程而增高。结论壳聚糖/羟基磷灰石纳米聚合物具备良好的生物兼容性及骨引导能力,可应用此材料于骨损伤的修复,它是一种有应用前景的骨替代品和骨组织工程支架基质材料。

纳米羟基磷灰石/壳聚糖人工骨复合材料制备及性能研究

目的:研究合理人工骨复合生物材料的制备及性能。方法:应用共沉淀法制备纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料,并采用TEM、SEM、XRD等手段对材料晶相组成、微观结构、晶粒大小进行分析表征。结果:复合材料中的羟基磷灰石为类似于自然骨矿物相的弱结晶含碳酸纳米晶体,并均匀分散于有机相壳聚糖中。结论:该复合材料可作为骨组织替代材料。

纳米羟基磷灰石/壳聚糖(n-HA/CS)复合材料对SD大鼠代谢器官的影响

纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料(n-HA/CS)是目前骨修复替代领域使用广泛的一种生物材料。为探讨该材料在体内经代谢降解后,对大鼠体内代谢器官生理功能的影响,并分析其可能的作用机制。本研究用共沉淀法制备n-HA/CS复合材料,并采用红外光谱分析(IR)、X射线衍射(XRD)等手段表征该材料。通过细胞生长抑制实验,病理切片以及血清生化指标的检测,从体内体外两种方式观察该材料对MC3T3-E1细胞以及SD大鼠肝脏、肾脏等代谢器官的影响。结果显示,100 mg/kg含量n-HA/CS复合材料粉末在大鼠体内代谢8周,血清尿素氮(BUN)水平升高为29.6 mmol/L;肌酐(CR)水平升高为66.9 umol/L;总胆红素(T-B)及间接胆红素(I-B)水平也分别升高至1.79 umol/L和1.32 umol/L,均较对照组水平明显增高,有显著性差异(P≤0.05)。且肝脏、肾脏组织中出现大量凋亡细胞,无组织坏死和炎症表现。n-HA/CS复合材料在体内代谢8周后,通过诱导细胞凋亡影响机体肝、肾等代谢器官的功能。

纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合骨修复材料的共沉淀法制备及其性能表征

通过共沉淀法制备了纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合骨修复材料,并采用 TEM、IR、XRD、TGA 及万能材料试验机等手段对材料进行分析表征,还通过对材料的燃烧试验研究了复合材料中两相间的分散均匀性。结果表明:复合材料中的羟基磷灰石为类似于自然骨矿物相的弱结晶含碳酸纳米晶体,并均匀分散于有机相壳聚糖中;复合后壳聚糖在 1655cm-1的酰胺Ⅰ谱带和 1599cm-1 的—NH2 吸收峰均向低波数方向移动,暗示复合材料中两相间发生了相互作用。复合材料的力学性能较之两种单组分材料有明显的改善,当纳米羟基磷灰石/壳聚糖重量比为 70/30 时,复合材料的抗压强度最高,达120MPa左右,可满足骨组织修复与替代材料的要求。

原位复合法制备层状结构的壳聚糖/羟基磷灰石纳米材料

用原位复合法制备了高性能的壳聚糖 /羟基磷灰石 ( CS/HA)纳米复合材料 .用预先沉积的壳聚糖膜将含有羟基磷灰石前驱体的壳聚糖溶液与凝固液隔离 ,同时控制壳聚糖沉积与羟基磷灰石前驱体转化为羟基磷灰石的过程 ,使其缓慢且有序地进行 .当 p H值改变时 ,质子化的壳聚糖分子链在负电层诱导下有序沉积并形成层状结构与羟基磷灰石原位生成 CS/HA,并实现二者分子级复合 .XRD和 TEM测试证实原位生成的磷酸盐是羟基磷灰石 ,且其颗粒长约为 1 0 0 nm ,宽 3 0～ 5 0 nm. SEM结果表明 ,用原位复合法制备的材料具有层状结构 ,CS/HA(质量比 1 0 0 /5 )纳米复合材料弯曲强度高达 86MPa,比松质骨的高 3～ 4倍 ,相当于密质骨的 1 /2 。

纳米羟基磷灰石/壳聚糖/羧甲基纤维素三元复合骨修复材料的制备和性能研究

用溶液共混法在常温常压下制备了不同比例的纳米羟基磷灰石/壳聚糖/羧甲基纤维素三元复合骨修复材料。用燃烧实验、IR、XRD、SEM及TEM对复合材料的组成结构及形貌进行了分析和观察,并初步研究了其力学性能。结果表明该复合材料中纳米羟基磷灰石均匀分散在壳聚糖和羧甲基纤维素网络结构中,三组分间还产生了一定的相互作用,其形态、尺寸及结构与自然骨类似,且其抗压强度比纳米羟基磷灰石/壳聚糖二元复合材料更高;同时,通过调节各组分比例,可制得不同抗压强度的复合材料。因此,该三元复合材料可望作为一种新型可降解的非承重部位骨修复材料,在生物医学材料的研究中具有重要意义。