掺锶溶胶-凝胶生物活性玻璃的制备及其多孔骨修复体研究

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生物活性玻璃具有良好的生物相容性,能够激活成骨相关基因的表达,具有很好的骨再生修复功能,近年来受到生物医学材料研究界的高度关注。溶胶-凝胶生物活性玻璃由于具有化学组成均匀、特殊的微纳米结构和较高的比表面积等特性,从而表现出较熔融法生物活性玻璃更好的生物活性和组织修复特性,具有较好的应用前景。为了获得更好的骨修复效果,本论文在Ca O-P2O5-Si O2三组分溶胶-凝胶生物活性玻璃的基础上,添加锶元素(Sr)—人体内重要的微量元素,以期提高材料在组织修复过程中的免疫调控功能。同时,根据结构仿生原理,本论文制备了生物活性玻璃多孔骨修复体(支架)。研究表明,这种具有多级孔结构的骨修复体有利于骨缺损的再生修复。这种三维多孔骨修复支架可为成骨细胞增殖及其定向分化提供理想的三维空间,对新骨形成具有很好的促进作用。本文制备了具有生物活性良好的锶掺杂Sr O-Ca O-P2O5-Si O2四元体系溶胶-凝胶生物活性玻璃,并通过设计不同掺锶含量对照组,较系统地评价了它们的体外矿化能力、骨修复作用能力以及促血管生成能力。采用有机泡沫模板法制备了连通多孔结构生物活性玻璃多孔骨修复体,并考察其理化性能、羟基磷灰石形成能力、体外降解及细胞粘附性能。主要研究工作和结论如下:(1)以盐酸为催化剂,成功制备溶胶-凝胶生物活性玻璃粉体,为微米级颗粒且具有高比表面积和大的介孔结构,同时具有良好的生物活性,与模拟体液接触可快速形成丰富的磷灰石沉积物;(2)以溶胶-凝胶生物活性玻璃制备方法为基础,制备不同掺锶含量的Sr O-Ca O-P2O5-Si O2四元体系锶掺杂溶胶-凝胶生物活性玻璃粉体,掺入的一定锶含量取代部分钙,不会改变其颗粒大小、物相组成和化学结构;仍具有良好的羟基磷灰石形成能力及离子溶出,随掺锶量增加,Si、Ca离子释放速率加快,生物活性玻璃降解速度提高,材料表面磷灰石矿化形成能力则有所降低;细胞学实验显示其具有良好的生物相容性,能够显著促进小鼠骨髓间充质干细胞、人脐静脉内皮细胞的增殖,提高成骨标志物碱性磷酸酶(ALP)表达以及相关成血管标志物的表达。掺入适量的Sr(3mol%,3Sr-SBG组)的生物活性玻璃能更好地促进细胞生存、成骨分化及血管分化;(3)采用有机泡沫模板法制备了连通多孔结构的生物活性玻璃多孔骨修复体,制备的骨修复体均具有连通多级孔,孔径主要分布在25μm~250μm,微介大孔共存的多级孔支架,强度适中,孔隙率高达82%;其具有良好的羟基磷灰石形成能力,抗溃散能力强;细胞实验证实能够促进小鼠骨髓间充质干细胞快速粘附。
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