基于骨组织工程的多孔氧化锆的构建与优化

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目的:生物惰性陶瓷氧化锆因具有高机械强度、耐腐蚀性、抗断裂韧性和良好的生物相容性被广泛应用于骨组织工程材料中。然而,作为生物惰性材料,氧化锆不易与骨组织形成有效的键性结合,不具备骨传导作用,因此,为了解决这个问题,在以往研究的基础上,本文第一部分主要引入多孔结构来提高基体与骨组织的机械结合,为细胞浸润,营养运输,废物处理,新生组织的生成提供宿主环境,通过系统性的设计实验方案并不断优化多孔氧化锆的成型条件,以此为骨植入结构的制备奠定了基础。第二部分通过将多孔氧化锆与聚合物结合来提高骨组织与植入物之间结合强度,并赋予基体新的生物学功能。研究方法:在第一部分的研究中,主要研究多孔氧化锆的成型条件。这些条件包括氧化锆粉末含量,聚氨酯的孔径大小,挂浆次数以及粘性剂的引入与比例,通过对这些参数的控制获得机械性能良好,孔隙率可控,成型形态较好的多孔氧化锆陶瓷支架。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等手段对所制备的多孔氧化锆支架进行了表征,并对多孔氧化锆支架的力学性能和毛细现象进行了检测。在第二部分的研究中,以制备好的多孔氧化锆支架为基体,将不同含量与组合的Gel MA水凝胶和海藻酸钠水凝胶以填充的方式与其结合,构建复合支架材料。对该复合材料的形貌、物相、力学性能和生物性能等进行了系统研究。结果:第一部分研究:通过模板复制法成功制备出孔径与孔隙率可控、抗压强度相对较高、支架形态较好且具有毛细现象的多孔氧化锆支架。通过调整氧化锆含量大小、模板的孔径大小、挂浆的次数可有效控制支架的孔径与孔隙率。通过引入粘性剂聚乙烯醇(PVA),并调整粘性剂含量与氧化锆含量的比例可增强支架的抗压强度,并获得形态较好的支架。所制备的多孔氧化锆支架具有毛细现象,可促进血管生成。第二部分研究:采用真空渗透法再结合单交联、双交联方式制备出不同配比成分的复合支架。结果发现所有复合支架的形貌及生物性能均优于多孔氧化锆支架,水凝胶的填充达到了功能化改性的目的。在复合支架间,在形貌特征上,与ZrO2-SA复合之间相比,ZrO2-Gel MA与ZrO2-GM/SA更具有理想的形貌特征,尤其是ZrO2-10Gel MA与ZrO2-10GM/1SA两种样品凝胶表面分布的大小均匀的孔径,是细胞可以更好的生长粘附转运的重要条件。在力学、溶胀与降解性能方面,ZrO2-SA的溶胀度较高,但其支架的抗压强度低。ZrO2-Gel MA与ZrO2-GM/SA均体现出适当的溶胀度与可控的降解。在细胞生物学性能方面,ZrO2-GM/SA的细胞增殖最为明显。结论:1.通过模板复制法可制备出孔径与孔隙率可控、抗压强度相对较高、支架形态较好且具有毛细现象的多孔氧化锆支架。2.Gel MA与海藻酸钠水凝胶的填充可以实现多孔氧化锆支架的功能化改性目的,适用于制备骨组织工程支架。
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