丝素蛋白介孔生物玻璃陶瓷骨修复复合材料的制备与性能研究

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1、万方数据感谢国家自然科学基金的资助(GrantNos．50903073，31070867，51273181)万方数据浙江理工大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：Il书签字日期：韵岬年11月彳日万方数据学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解浙江理工大学

2、有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编人有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：h1诱签字日期：劢、呻年I1月彳日导师签名：签字El期：E萝月已¨f孑年●【俞LJr劢万方数据浙江理工大学博士学位论文丝素蛋白／介孔生物玻璃陶瓷骨修复复合材料的制备与性能研究摘要人口老龄化造成的骨质疏松症以及外伤、肿瘤切除、先天畸形和疾病手术、交通事故等引起的骨组织缺损一直是骨组织工程研究领域

3、的一项难题。临床上对骨缺损的治疗主要以金属材料、自体骨或异体骨移植进行骨修复，虽有一定效果，但疗效有限。因此，寻找新型的、可促进骨组织修复再生的人工骨材料具有重要的临床意义。目前有机／无机复合材料的设计为生物矿化和骨再生修复材料的发展提供了研究方向和目标。基于此，本文分别以纺织材料中的天然蛋白质一一丝素蛋白和新型介孔生物玻璃陶瓷为模拟骨材料的有机和无机部分，利用静电纺丝来制备新型有机／无机复合骨修复用纤维材料，系统地研究了介孔生物玻璃陶瓷及该复合纤维材料的制备、理化性能、成骨机制，具体内容如下：(1)新型介孔生物玻璃陶瓷的制备及理化性能研究鉴于自然骨中无机

4、成分主要为羟基磷灰石，首先对介孔生物玻璃(mesoporousbioactiveglass，MBG)的无定形形态进行结晶改性，采用溶剂挥发诱导自组装法和原位碳化法，提出双模板(P123和碳球)法制备含羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)纳米晶的介孔生物玻璃陶瓷(MGHA)，以期更好地模拟自然骨中的矿物质成分。并通过改变碳球含量、碳化温度来调控MGHA的理化性能及生物活性，结果表明：具有高比表面积和较大孔容的MGHA0．5具有强的诱导沉积磷灰石能力，且随着碳球含量的增加和碳化温度的升高均有利于HA生成，但生成的HA纳米晶使MGHA介孔结构受到影响

5、，导致其相关介孔结构参数的下降。上述双模板法实验周期长、碳球需求量大，为进一步改进制备工艺及优化生物活性玻璃介孔结构，直接引入葡萄糖为介导，一步法水热合成了蠕虫状MGHA，并对其形成机理及其生物活性展开了探讨。葡萄糖经水热法脱水后形成表面带亲水基团的碳球，旨在与玻璃前驱液中的钙离子、磷酸根离子发生反应。与介孔生物玻璃相比，该材料为玻璃相一纳米晶两相结构，具有更高的比表面积和孔容，生物活性较高。(2)丝素蛋白／介孔生物玻璃陶瓷复合材料的制备及性能研究通过优化静电纺丝参数成功制备了丝素蛋白／介孔生物玻璃陶瓷(SF／MGHA)复合纤维万方数据浙江理工大学博士学位

6、论文膜材料，经乙醇处理后，其复合纤维直径变粗(1．1一1．3岬)、孔径较大(2_3pm)、孔隙率较高，纤维间网络结构良好。适量MGHA能在复合纤维材料中均匀分散，使基材力学性能得到优化，但当添加量超过临界值时，因无机粉末团聚，导致复合纤维材料的力学性能下降。与纯丝素蛋白膜材料相比，随着MGHA含量的增加，释放的Si离子浓度提高，使SF／MGHA复合膜材料在SBF中形成磷灰石的能力逐渐提高，且明显高于纯SF纤维，同时Si离子的释放导致了有慨机复合纤维材料呈现出较快的体外生物降解性。(3)丝素蛋白／介孔生物玻璃陶瓷复合材料的体外细胞相容性将成骨细胞系MG．63

7、和原代分离培养的人源骨髓问质干细胞(hMSCs)分别接种至该复合纤维材料上，研究发现：这类新型复合纤维材料可作为细胞生长的外基质环境，有利于MG．63细胞及hMSCs的黏附、增殖及成骨分化。与纯丝素相比，MGHA粉末的加入，使SF／MGHA复合纤维材料表面粗糙度提高、亲水性能得到改善，使细胞与材料间作用力加强，且MGHA粉体所溶出的硅、钙离子能显著促进成骨细胞的黏附、增殖和分化，反映出良好的细胞相容性，表明该材料应用于生物医用领域具有较好的潜力。(4)丝素蛋白价孔生物玻璃陶瓷复合材料的体内成骨性能研究在前期体外研究基础上，进一步将纯丝素蛋白和SF／MGHA

8、5复合材料植入大鼠颅骨缺损处(直径为5mm)，研究其体内成骨性能。