羥基磷灰石硅酸根功能化摻雜改性及其對(duì)骨礦化促進(jìn)作用的機(jī)理研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展,材料學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程等相關(guān)學(xué)科的不斷進(jìn)步,簡(jiǎn)單的生物活性材料已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足人們對(duì)生物材料更高的要求。對(duì)現(xiàn)有生物材料進(jìn)行功能化改性將賦予這類(lèi)材料更優(yōu)異的生物活性和特定的功能性,是實(shí)現(xiàn)生物材料更新?lián)Q代的基礎(chǔ)和保證。
　　羥基磷灰石(hydroxyapatite,HA)是動(dòng)物天然骨組織的主要無(wú)機(jī)成分,具有良好的生物相容性,被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。在本課題研究中,我們根據(jù)HA材料用于骨缺損修復(fù)的特點(diǎn),對(duì)其進(jìn)行了原硅酸根摻雜

2、改性,制備出硅酸根摻雜羥基磷灰石(silicate doped hydroxyapatite,Si-HA)材料,并對(duì)材料的物相組成、精細(xì)結(jié)構(gòu)、生物相容性進(jìn)行了研究,探索并提出Si-HA對(duì)骨礦化促進(jìn)作用的機(jī)理和材料-細(xì)胞作用途徑。本論文研究?jī)?nèi)容具體包括以下三個(gè)方面:
　　1.納米Si-HA的制備、表征和精細(xì)結(jié)構(gòu)分析。以醋酸硅為硅源,利用濕化學(xué)沉淀法制備出不同Si含量的一系列納米Si-HA,納米微粒無(wú)明顯團(tuán)聚。FTIR檢測(cè)表明Si以S

3、iO44-的形式進(jìn)入Si-HA晶格中,OH-因維持分子內(nèi)電荷守恒而部分流失。XRD結(jié)果表明低Si摻雜量(0～1.6 wt％)的Si-HA主相為HA相,Si摻雜進(jìn)一步增多后材料物相不穩(wěn)定,雜相較多;1250℃高溫?zé)Y(jié)會(huì)使Si-HA產(chǎn)生TCP雜相,并隨著Si摻雜量的增加,TCP相逐漸增多并成為主相。Rietveld精修結(jié)果顯示,隨著Si摻雜量的增加,Si-HA晶胞a軸逐漸增長(zhǎng),c軸增長(zhǎng)后在Si摻雜量達(dá)到0.8wt％時(shí)趨于穩(wěn)定,晶胞的總體積增

4、大;Si-HA晶粒沿c軸和垂直c軸方向的長(zhǎng)度均逐漸縮短,與TEM觀測(cè)結(jié)果相符;沿兩個(gè)方向的微應(yīng)變?cè)赟i含量為0～1.2 wt％時(shí)較穩(wěn)定,但Si摻雜量到達(dá)1.6wt％時(shí)材料微應(yīng)變大大增加,表明此時(shí)雜相增多,晶格畸變顯著;計(jì)算所得P-O平均鍵長(zhǎng)隨著Si摻雜量的增加逐漸增長(zhǎng),表明材料晶格中原磷氧四面體的位置正逐漸被體積更大的硅氧四面體所占據(jù)。
　　2.Si-HA的生物相容性評(píng)價(jià)和生物活性研究。通過(guò)體外Ca-P沉積實(shí)驗(yàn)研究,我們證明Si-

5、HA具備良好的生物活性,Si的摻入使晶體的晶粒變小,燒結(jié)后晶界增加,為材料提供了更多的Ca-P沉積成核位點(diǎn),從而提高了材料的生物活性。通過(guò)電鏡觀察和細(xì)胞(大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞,bMSCs)增殖實(shí)驗(yàn)證明,Si-HA具有良好的生物相容性,bMSCs在Si-HA上生長(zhǎng)和增殖情況良好,Si的摻雜對(duì)HA良好的生物相容性沒(méi)有影響,并且0.8％和1.2％Si-HA較純HA更能促進(jìn)bMSCs的增殖,具有良好的生物相容性和生物活性。bMSCs在多孔Si-

6、HA支架上表現(xiàn)出良好的活性,細(xì)胞的貼附、生長(zhǎng)、遷移等活動(dòng)證明了多孔Si-HA支架良好的生物相容性;在Si-HA支架上的細(xì)胞外基質(zhì)分泌明顯多于純HA支架上的細(xì)胞,表明Si-HA具有促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)分泌的良好活性。
　　3.Si-HA對(duì)骨礦化促進(jìn)作用的機(jī)理研究。脯氨酰-4-羥化酶(P4H)是膠原生物合成的關(guān)鍵酶,其活性直接影響膠原的分泌。通過(guò)ELISA檢測(cè),我們證明了Si摻雜量為0.8wt％的Si-HA能夠提高bMSCs中的P4H活性,