丝素蛋白—羟基磷灰石骨材料的纳米结构设计及骨诱导性能调控研究

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1、KSOOCHOWUNIVERSITY博士学位论文画论文题目丝素蛋白-羟基磷灰石骨材料的纳米结构设计及骨诱导性能调控研究研究生姓名黄晓卫指导教师姓名吕强教授专业名称纺织材料与纺织品设计研究方向丝素蛋白生物材料论文提交日期2015年3月苏州大学学位论文独创性声明本人郑重声明；所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外s本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作Hi重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明^本人承担

2、本声明的法律责任。论文作者签名；舊承v_____日期：^)1苏州大学学位论文使用授权声明本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定，即：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内¥和纸质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献信息情报中心、中国科学技术信息研究所（含万方数据电子出版社)、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存和汇编学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。经校保密办审核批准，本学位论文属保

3、密论文，在_________年解密后适用本规定。论文作者签名：赉魂i曰期：2^15-1'}]丝素蛋白-羟基磷灰石骨材料的纳米结构设计及骨诱导性能调控研究中文摘要丝素蛋白-羟基磷灰石骨材料的纳米结构设计及骨诱导性能调控研究中文摘要由于创伤、感染以及发育异常等原因导致的大面积骨缺损的修复在临床治疗上仍面临巨大的挑战。目前常用的自体和异体移植治疗方法都存在不同程度的问题。组织工程的出现为骨缺损修复的治疗提供了新的选择方法。构建生物特性与正常骨相似的组织工程骨是目前骨组织工程研究的热点。羟基磷灰石的组成与人体骨的无机成分相似。尤其是纳米级羟基磷灰石，因具有

4、良好的生物相容性、骨传导性和骨再生性，被广泛应用于骨组织工程领域。但目前的纳米级羟基磷灰石存在尺寸均一性和水分散性较差的问题，限制了其在骨组织工程中的应用。从仿生矿化的角度出发，利用纳米技术，制备水分散性优良的纳米羟基磷灰石，构建新型实用的骨组织修复材料，有望推动骨组织工程的发展。丝素蛋白由于其独特的机械性能、生物相容性和缓慢的降解性，受到越来越多的关注，成为骨组织工程的基质材料。本文首先以尺寸均一的丝素蛋白纳米颗粒为模板仿生矿化制备纳米级羟基磷灰石，通过调控工艺参数，获得尺寸均一，能在水中稳定分散、具有核壳结构的羟基磷灰石/丝素蛋白纳米颗粒，并研

5、究发现了丝素蛋白包覆层对稳定纳米颗粒的关键作用。随后，将此纳米颗粒直接分散在丝素蛋白溶液中形成均一的丝素蛋白与羟基磷灰石混合物，经过冷冻干燥制备丝素蛋白/羟基磷灰石复合支架。与已有报道的丝素蛋白/羟基磷灰石复合支架相比，本研究所制备的复合支架不仅具有更高的羟基磷灰石含量，同时实现了羟基磷灰石纳米颗粒在纳米尺度的均匀分布，以及力学强度的显著提高。体外细胞实验结果表明，在不添加成骨生长因子的情况下，复合支架中羟基磷灰石的含量和分布影响骨髓间充质干细胞的生长和成骨分化能力。纳米颗粒含量高且分布均匀的丝素蛋白复合支架能够提供更适宜的环境，显著提高间充质干细

6、胞的生长和成骨分化能力。与此同时，利用上述具有核壳结构的羟基磷灰石/丝素蛋白纳米颗粒作为载体,成I中文摘要丝素蛋白-羟基磷灰石骨材料的纳米结构设计及骨诱导性能调控研究功加载骨生长因子骨形态蛋白2（BMP-2），并实现了因子的可控释放。BMP-2加载率高达99.6%，可稳定释放21天以上，没有出现“突释”现象。细胞实验结果表明同原有体系相比，现有的控释体系能够更好地促进间充质干细胞的生长和向成骨细胞的分化。随后，将BMP-2控释体系同丝素蛋白/羟基磷灰石复合支架制备技术结合，构建能够可控释放BMP-2，且羟基磷灰石均匀分布的复合支架体系，以构建适合骨

7、修复的微环境。同不含BMP-2的复合支架相比，上述体系不仅获得了更好的成骨分化效果，同时还通过调控BMP-2的释放行为实现了干细胞向成骨细胞分化能力的优化。动物实验结果进一步表明，同原有加载BMP-2的丝素蛋白基支架相比，该复合支架显示出更好地诱导骨再生的能力。总之，本文以尺寸均一的丝素蛋白纳米颗粒为模板，调控羟基磷灰石纳米颗粒的生成，不仅优化了丝素蛋白/羟基磷灰石骨材料的设计，同时实现了更为有效控释BMP-2的载体的制备以及同丝素蛋白/羟基磷灰石骨材料的复合，最终构建出适合骨再生的微环境。更重要的是，基于对上述不同因素的调控，研究了不同关键因素影

8、响干细胞分化以及骨修复的作用，为新型骨材料的设计提供了理论参考。关键词：丝素蛋白，羟基磷灰石，仿生矿化，骨形态蛋白2，骨组