絲素調(diào)控納米羥基磷灰石復(fù)合材料制備工藝研究.pdf

1、自然骨組織是一種相當(dāng)復(fù)雜的復(fù)合物，本質(zhì)上是由有機(jī)膠原間質(zhì)及沉積于其上的大量晶狀羥基磷灰石鈣鹽組成，是生物體內(nèi)最硬的組織。通過(guò)特殊的生物礦化過(guò)程，骨內(nèi)部的有機(jī)膠原片狀間質(zhì)與無(wú)機(jī)鈣鹽巧妙的結(jié)合在一起，由于這兩種基質(zhì)彼此間的特殊空間位置關(guān)系，使類(lèi)骨材料的制備變得十分困難。目前，一種比較有效的仿生骨材料制備方法是利用一個(gè)合適的有機(jī)基體來(lái)控制誘導(dǎo)無(wú)機(jī)羥基磷灰石鈣鹽晶粒在其上沉積生長(zhǎng)，以達(dá)到模擬自然骨生物礦化過(guò)程。而絲通常被認(rèn)為是一種由鱗翅類(lèi)昆蟲(chóng)幼

2、蟲(chóng)所紡的天然蛋白質(zhì)聚合物，如蠶、蜘蛛、蝎子等，其中蠶絲是天然絲中用途最廣的原料，史料記載，蠶絲被用作醫(yī)用縫合線(xiàn)已有數(shù)個(gè)世紀(jì)的歷史，蠶絲蛋白由絲膠和絲素兩種天然蛋白質(zhì)構(gòu)成，研究表明：絲膠類(lèi)糖蛋白是不利于生物相容的，是致超敏反應(yīng)的主要因素，是免疫反應(yīng)的潛在免疫原。而絲素蛋白除具有優(yōu)異的機(jī)械性能外，其生物學(xué)性能也很出色，近來(lái)，大量的研究表明絲素蛋白同早已廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的聚乳酸以及自然骨的主要有機(jī)組分膠原蛋白具有極相似的生物學(xué)性質(zhì)。

3、 本研究主要是發(fā)展一種新穎的仿生學(xué)方法，模仿自然骨形成的生物礦化過(guò)程及成份來(lái)制備納米羥基磷灰石絲素復(fù)合生物材料，并對(duì)二者的界面相互作用等機(jī)理進(jìn)行分析總結(jié)，探索更適合于臨床應(yīng)用的骨修復(fù)置換材料，這種有機(jī)纖維引導(dǎo)無(wú)機(jī)鈣鹽沉積的工藝可能將無(wú)機(jī)物的結(jié)構(gòu)有序性保持到分子程度，成為分子層次的精細(xì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，希望為復(fù)合材料制備研究提供啟示。具體實(shí)驗(yàn)采用生絲為原材料。將適量家蠶生絲置于0.5 wt％的Na<,2>CO<,3>溶液中，加熱沸騰處

4、理30min，大量去離子水清洗蠶絲材料2次，脫去蠶絲中的絲膠球形蛋白。脫膠后的蠶絲于常溫下晾干，得到純絲素纖維。絲素纖維用CaCl<,2>：CH<,3>CH<,2>OH：H<,2>O(摩爾比1∶2∶8)三元溶劑，于恒溫水浴鍋80℃攪拌溶解30min，過(guò)濾后得到混合溶液?；旌先芤航?jīng)透析袋(截流分子量10000)透析提純3天，得到濃度為5％的純絲素溶液。取純絲素溶液200mL，按40wt％SF(簡(jiǎn)寫(xiě)SF40)加入適量CaCl<,2>，將20

5、0mL 0.09M的(NH<,4>)<,2>HPO<,4>溶液，緩慢滴定到上述絲素的CaCl<,2>溶液中，其中Ca/P摩爾比為1.67，攪拌下滴入氨水調(diào)節(jié)溶液酸堿度，反應(yīng)中始終保持溶液pH=8.00，滴定完成后，用去離子水清洗產(chǎn)物至pH值為中性，于恒溫水浴鍋50℃，100r/min恒速攪拌濃縮，此過(guò)程有益于絲素晶體向機(jī)械性能更高的β折疊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，最終60℃下真空干燥成型，可制得SF40。相同步驟，制備純HA、SF各一份，作對(duì)比分析。將

6、樣品研磨為粉末狀后，于1200℃燒結(jié)2h，最終用XRD、FTIR、SEM等對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)分析，力學(xué)性能及成骨細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)亦表明材料最大抗壓強(qiáng)度達(dá)97.6MPa，基本接近人體自然皮質(zhì)骨，細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)果表明所得復(fù)合材料生物學(xué)性能較佳，同時(shí)納米羥基磷灰石晶粒均勻的分散在絲素基體中，羥基磷灰石晶體同絲素之間通過(guò)強(qiáng)烈的化學(xué)氫建及架橋原理結(jié)合在一起，且鈣鹽晶粒的生長(zhǎng)表現(xiàn)出某一方向的擇優(yōu)性，化合物高溫?zé)Y(jié)穩(wěn)定等，這種新穎的仿生學(xué)方法為設(shè)計(jì)具備特殊性能的生