高强度纳米羟基磷灰石/丝素蛋白复合材料的制备及其性能研究

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骨是自然界中存在的一种结构复杂的生物矿化材料,其主要成分为羟基磷灰石。骨在体内起到支撑身体、保护内脏的作用。自然骨的自修复能力有限,骨组织工程的出现为骨缺损修复的治疗提供了一种新的可能。丝素蛋白是一种具有良好的力学性能和生物相容性的生物材料,它与自然骨中的胶原成分相似,且不容易引起机体的免疫反应。本课题通过模拟天然骨的结构与组成,以氯化钙、磷酸氢二铵、丝素蛋白、聚乙烯醇等为原料,采用化学沉淀法制备纳米羟基磷灰石/丝素蛋白复合材料。以NaCl为致孔剂,制备出具有孔状结构的高强度纳米羟基磷灰石/丝素蛋白支架材料。通过x射线衍射、扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱、微机控制电子万能试验机对支架材料的结构和力学性能进行分析;通过对骨髓间充质干细胞的体外培养考察细胞在材料表面的粘附、增殖和分化能力对支架材料的生物相容性进行表征。结果表明:实验得到了尺寸均匀,纯度较高的棒状羟基磷灰石,其直径为200nm左右,长度为1μm左右。在复合材料中,丝素纤维相互交织形成空间网络结构,羟基磷灰石沉积在丝素表面或其网络结构中间。有研究表明,丝素蛋白表面的COO。和OH-可以与溶液中的Ca2+离子相结合,形成羟基磷灰石的成核位点,从而诱导羟基磷灰石的形成。经过聚乙烯醇改性后的支架材料在力学性能方面有明显的提高,达到了硬组织修复材料在力学性能方面的要求。细胞体外培养结果表明,与纯HA的对照组相比,细胞在支架材料上的粘附能力、增殖能力以及分化能力均有比较明显的提高,说明所制备的支架材料具有良好的生物相容性。PVA的改性在提高材料力学性能的同时并没有降低支架材料的生物相容性。荧光光谱研究发现,丝素蛋白溶液的浓度变化,以及向溶液中引入乙醇、钙离子等都会改变丝素蛋白的构象。基于此结论,初步研究了丝素构象对羟基磷灰石形态结构的影响。SEM结果表明,改变丝素蛋白溶液的浓度,可以实现对羟基磷灰石的形态结构的调控。
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