多孔聚甲基丙烯酸甲酯与羟基磷灰石复合材料的制备及表征

在传统聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制备的基础上,以羧甲基纤维素(CMC)和羟基磷灰石(HA)分别作为成孔剂和生物活性填料,制备多孔PMMA和多孔PMMA/HA复合材料,并用热电偶、显微CT、MTS材料试验系统和扫描电镜等比较改良后的PMMA合成物与传统PMMA最高聚合温度、抗压强度、弹性模量以及体外矿化能力等。结果显示:CMC水凝胶能显著降低传统PMMA聚合时的产热,也能使致密PMMA形成相互联通的孔径结构从而使其力学特性与人松质骨更匹配。HA颗粒的载入不会影响多孔PMMA支架的力学性能,但却能显著提高所形成复合材料的体外矿化能力。改良后的多孔PMMA/HA复合材料作为骨缺损修复材料具有良好的应用前景。     

磷灰石-硅灰石/β-磷酸三钙复合多孔支架材料的制备和表征

以磷灰石-硅灰石玻璃陶瓷(AW)粉和β-磷酸三钙(β-TCP)粉为原料. 以硬脂酸为致孔剂. 经模压成型、1170℃烧结制备磷灰石-硅灰石/β-磷酸三钙复合多孔支架材料(AW/βTCP). 采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、诱导耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等方法分析支架的晶相组成、显微结构、物理性能、生物活性和降解性. 将大鼠骨髓间充质干细胞(rMSCs)与支架体外复合培养评价支架的生物相容性. 结果表明: 所制备的AW/β-TCP支架材料的抗压强度达14.3MPa. 孔隙率达66.9%. 孔径为100～700μm. 具有良好的生物相容性、生物活性和降解性. 可作为骨组织工程支架的候选材料.     

磷灰石-硅灰石多孔玻璃陶瓷的制备与晶相结构研究

采用溶胶-凝胶法制备磷灰石-硅灰石(AW)生物活性玻璃陶瓷纳米前驱体粉末,前驱体粉末经热处理后,采用有机泡沫漫渍成型,烧结制备了多孔AW生物活性玻璃陶瓷.通过差热和热重分析、X射线衍射分析、红外图谱分析、扫描电镜、透射电镜等分析测试方法,对AW前驱体粉末的微观结构,及其在煅烧过程中的晶相转变进行了研究,确定了制备纳米级AW前驱体粉的最佳工艺条件,推测出微晶玻璃体中各晶相的析出温度,确定了溶胶-凝胶法制备多孔AW玻璃陶瓷的煅烧工艺,体外模拟体液浸泡实验表明材料具有较高的矿化功能和生物活性.     

表面多孔Ti-羟基磷灰石/Ti-Ag生物梯度复合材料的制备与性能

采用放电等离子烧结技术制备表面多孔Ti-羟基磷灰石（HA）/Ti-Ag生物梯度复合材料,研究了不同HA含量对复合材料微观结构、界面结合、表面孔隙特征、力学性能及体外生物活性的影响及机制。结果表明,表面多孔Ti-HA/Ti-Ag复合材料中间基体合金主要由α-Ti和Ti₂Ag相组成,表面多孔层主要由α-Ti和HA相组成,同时还存在少量CaO、CaTiO₃、Ti₅P₃等反应相;表面多孔Ti-HA/Ti-Ag复合材料中间基体与表面多孔层形成稳定的冶金结合,但随着HA含量增加,反应相增多,界面结合变差,表面孔隙率和平均孔径呈增大趋势,导致平均抗压强度减小且弹性模量降低,因此过高的HA含量会导致材料力学性能下降;体外生物活性实验表明,表面多孔Ti-HA/Ti-Ag复合材料在人工模拟体液中浸泡7天后表面生成大量类骨磷灰石层,并且随着HA含量的增大,磷灰石形成能力明显增强。      

纳米羟基磷灰石/聚合物多孔复合支架材料

为提高骨组织工程支架材料的力学性能,改善其生物活性,综合天然与合成高分子的优点,采用溶液共混相分离法制备出聚己内酯(PCL)-壳聚糖(CS)多孔支架材料, 并进一步采用离心注浆法填充具有生物活性的纳米羟基磷灰石(HA)-聚乙烯醇(PVA)复合浆料, 制备了n-HA-PVA/PCL-CS复合多孔支架材料, 改善了PCL-CS支架材料力学性能。采用扫描电子显微镜、红外光谱、元素分析、孔隙率和抗压强度试验对材料进行了表征。结果表明, PCL-CS支架材料的内部具有蜂窝状的相互贯通的孔隙结构,孔隙率可以达到60%～80%。CS含量越大,孔隙率越大,而抗压强度越小。填充后的n-HA-PVA/PCL-CS复合多孔支架材料,孔隙率有所下降,但仍大于60%,而其弹性模量可提高至25.71 MPa。      

表面多孔NiTi-羟基磷灰石/NiTi生物复合材料的制备与性能

利用放电等离子烧结技术制备了表面多孔NiTi-羟基磷灰石(HA)/NiTi生物复合材料,研究了烧结温度对复合材料宏观形貌、微观结构、表面孔隙特征、力学性能及体外生物活性的影响。结果表明:随着烧结温度从800℃提高到950℃,NiTi-HA/NiTi复合材料由复杂的Ti、Ni、Ti_2Ni、Ni_3Ti、HA混合相逐渐转变为单一的NiTi+HA相,内外层界面形成稳定的冶金结合且表面孔隙率与平均孔径呈缓慢减小趋势;同时抗压强度显著提高而弹性模量变化不明显。与传统NiTi、多孔NiTi及多孔NiTi-HA材料相比,950℃温度下制备的NiTi-HA/NiTi复合材料不仅具有良好的界面结合和表面孔隙特征(孔隙率45.6%、平均孔径393μm)、较高的抗压强度(1 301MPa)、较低的弹性模量(10.2GPa)以及优异的超弹性行为(超弹性恢复应变4%)的最佳匹配,而且还具有良好的体外生物活性。     

透明质酸钠/魔芋葡甘聚糖多孔支架的仿生矿化研究

以魔芋葡甘聚糖(KGM)、透明质酸钠(SH)为主要原料,氨水为交联剂,制备SH/KGM多孔支架材料。将支架用钙盐溶液进行预钙化处理后,在模拟体液(Simulated body fluid,SBF)中浸泡仿生。仿生矿化后,对支架进行XRD、EDS、SEM分析。结果表明,仿生矿化后的SH/KGM多孔支架材料表面有圆球状羟基磷灰石颗粒沉积,且结晶度低、颗粒小;支架抗压强度及体外降解率均有相应的提高,是一种具有发展潜力的新型骨修复材料。     

丝素蛋白/纳米生物玻璃复合多孔支架的结构与性能

采用冷冻干燥法制备了丝素蛋白(SF)/纳米生物玻璃(NBG)复合多孔支架材料。并用XRD、FT-IR、SEM等对SF/NBG复合支架进行了结构与性能表征。结果表明,SF/NBG复合多孔支架孔连通性较好,孔径为150～300μm,孔隙率为80.6%～90.3%;同时NBG的加入促进了复合多孔支架中SF的构象部分由无规卷曲向β-折叠转变。复合多孔支架抗压强度和抗压模量相比于纯SF多孔支架有较大提高。采用模拟体液浸泡实验研究了复合支架的体外生物活性,并用XRD、FT-IR和FESEM对试样表面进行了表征。结果显示,复合多孔支架经模拟体液浸泡7d后,表面沉积出类骨羟基磷灰石(HA)层,NBG的加入能加快复合多孔支架表面沉积类骨HA的速度。研究结果显示SF/NBG复合多孔支架材料有望作为生物活性良好的骨组织修复材料。     

细菌纤维素支架的复合改性及生物性能

采用原花青素交联和仿生矿化技术,以生物相容性良好的细菌纤维素(BC)为原材料制备了BC/多肽(pol)和BC/多肽/羟基磷灰石(HAp)复合材料,并利用场发射扫描电镜、X射线衍射仪和红外光谱仪对制备材料进行分析表征,采用成骨细胞评估了几种支架材料的生物相容性。结果表明,交联和仿生矿化成功地将pol和HAp引入到BC的表面和内部,细胞实验表明,3种支架材料均具有一定的生物相容性,且复合改性提高了支架材料的生物活性,制备的材料具有优异的性能,是具有应用前景的组织工程支架材料。     

纳米β-磷酸三钙-胶原/硫酸软骨素支架复合材料的制备与表征

根据仿生学原理,以纳米β-磷酸三钙颗粒(nanoβ-TCP)、胶原(Col)与硫酸软骨素(CS)为原材料通过热脱氢交联(DHT)-碳化二亚胺(EDC)复合改性制备了纳米β-磷酸三钙-胶原/硫酸软骨素(nanoβ-TCP-Col/CS)支架复合材料,利用XRD和AFM分析nanoβ-TCP-Col/CS支架复合材料的微观结构,并进一步采用SEM、XPS、TG和在模拟体液(SBF)中的矿化与降解实验等分析手段对nanoβ-TCP-Col/CS支架复合材料的结构与性能进行表征。结果表明:所用β-TCP晶体的平均尺寸为41.3nm,属纳米级;nanoβ-TCP-Col/CS支架复合材料中nanoβ-TCP与Col、CS之间具有较强的相互作用;nanoβ-TCP-Col/CS复合材料具有较高的稳定性、一定的矿化生物活性以及适宜的生物降解性,是一种潜在的口腔修复材料。     

分级多孔壳聚糖/聚乳酸复合支架的制备及骨修复性能

为了仿生莲藕内部的贯穿大孔结构,以生物相容性好的壳聚糖(CS)作为基质材料,利用冰粒致孔、石蜡模具和冰模具成型3种成型方法制备了分级多孔CS支架材料,然后与力学强度较高的聚乳酸(PLLA)复合,制备网络互穿CS/PLLA复合支架。通过SEM、压缩强度测试和兔股骨髁骨缺损模型对CS/PLLA复合材料的形貌、力学强度和骨修复性能进行了表征。结果表明:利用冰模具制备的CS/PLLA复合支架能可控、批量制备,具有微米-毫米分级多孔结构,大孔孔径约为2mm,内部均匀分布着孔径约为60μm的贯穿微孔,并在微孔内形成密集的PLLA絮状网络结构。干态复合材料的压缩强度和模量分别比纯CS支架的提高了6倍和15倍。体内植入实验结果表明,CS/PLLA复合材料能够促进骨缺损的愈合,并随着新骨的形成,复合材料逐渐被降解吸收。     

骨修复用聚磷酸钙/壳聚糖复合材料的合成及其细胞相容性

采用自行设计的悬浮液热分散复合法, 用硬脂酸(Sad)作为致孔剂, 通过复合-沉析-浸溶-漂洗-干燥的工艺制备大孔聚磷酸钙/壳聚糖(CPP/CS)复合材料棒材。将复合悬液滴入凝固液中, 经浸泡-漂洗-干燥的工艺制备CPP/CS微孔复合材料颗粒。用红外光谱及扫描电镜对复合材料进行了表征。实验表明, 合成的复合材料中CS的氨基和CPP的P O基生成了氢键, 其形态结构致密均匀, 大孔复合材料棒材的孔径为50~300μm, 孔隙率为71.13%; 微孔复合材料颗粒的孔径为10~100μm, 孔隙率为40.76%。研究了2种工艺不同配比复合材料的细胞相容性, 发现: 大孔复合材料棒材的细胞相容性比微孔复合材料颗粒好, 复合材料中随着CPP含量的增加, 细胞相容性增加, 当复合材料中CPP和CS的质量比为7/3时, 复合材料的细胞相容性较好。CPP与CS复合可以提高其压缩强度, 原料质量配比为CPP/CS＝7/3时, 复合材料的强度最高。      

多孔 n2 HA/ PA26复合材料的制备及性能

采用注塑方法制备了多孔纳米磷灰石/聚酰胺26 (n2 HA/ PA26) 复合材料 , 采用 SEM、XRD、IR、 力学性能测试考察了多孔材料的性能。结果发现 : 多孔纳米磷灰石/聚酰胺26复合材料的孔隙分布均匀 , 贯通性良好 , 孔的尺寸约为 100～700μm , 平均孔径约 300～500μm , 大孔壁上有丰富的微孔 ; 所得多孔复合材料的孔隙率可控 , 总孔隙率最高可达 881 6 %; 多孔材料的总孔隙率降低 , 则开孔率随之降低 ; 多孔纳米磷灰石/聚酰胺26 复合材料的抗压强度为 1. 1～15. 6 MPa , 压缩模量为 0. 4～1. 4 GPa ; 在总孔隙率相近的条件下 , 多孔材料的抗压强度随 n2 HA质量分数增加而升高; 发泡剂和发泡过程对组成纳米磷灰石/聚酰胺26复合材料的两组元材料的性质和结构无影响。这种多孔材料可望作为人体非承重部位的植入骨修复体和组织工程支架使用。     

多孔n-HA/CS/PA66三元复合支架材料的制备及性能

采用常压共混复合法制备了纳米羟基磷灰石/壳聚糖/聚酰胺66(n-HA/CS/PA 66)三元复合材料,并以乙醇为溶剂,聚乙烯吡咯烷酮和氯化钠混合物为致孔剂的粒子沥滤法制备了n-HA/CS/PA 66三元复合多孔支架材料,用燃烧试验、IR、XRD、SEM、孔隙率及力学性能测试等手段对其进行了表征。结果表明,n-HA在复合材料中分布均匀且呈弱结晶状态,复合前后三组分的化学组成未发生显著变化,但三相间两两均发生了相互作用。在制备n-HA/CS/PA 66多孔材料时,加入少量的聚乙烯吡咯烷酮可使该多孔材料孔隙率更高,孔的贯通性更好。     

改性淫羊藿苷共价结合壳聚糖/聚羟基丁酸酯-羟基戊酸酯构建组织诱导型骨修复支架材料

为构建一种诱导型骨修复支架材料,将淫羊藿苷（Ica）经过氨基化改性得到Ica-NH₂,并对Ica-NH₂进行FTIR、XRD和TG-DTA表征。以Ica-NH₂共价结合壳聚糖（CS）为诱导因子添加方式,聚羟基丁酸酯-羟基戊酸酯（PHBV）和CS为基材,经过两相混合急速冷冻/冷冻干燥成型技术制备了Ica-NH₂-CS/PHBV骨组织工程支架。随后,对支架材料进行了SEM、体外药物缓释、力学性能、细胞相容性及细胞增殖评价。结果显示:氨基化改性Ica的FTIR谱图在3 371、3 328 cm-1处出现2个中等强度、尖锐的N—H伸缩振动峰,在1 689 cm-1处出现N—H变角振动峰;XRD谱图显示其衍射增强且整体左移,证明Ica被成功氨基化改性;支架材料显微结构呈网络状串珠状,并均匀分布着3~10 μm的微孔,其体外药物缓释效果良好,力学强度介于硬质骨与松质骨之间,复合细胞培养7 d 后表现出良好的贴附与增殖,且细胞在Ica-NH₂-CS/PHBV支架材料上的增殖增长率显著高于CS/PHBV。研究表明所构建的Ica-NH₂-CS/PHBV支架材料可作为一种良好的诱导型骨修复材料。      

Elaboration of self-coating alumina-based porous ceramics

Materials used for bone substitution (i.e. hydroxyapatite and calcium phosphate) are highly successful, since when implanted they provide an efficient scaffold that can be colonized by the patient’s bone. However, their poor mechanical properties impede their use for load-bearing applications. In contrast, no material with high mechanical properties also presents a high bioactivity. A possible way of finding a material both strong and bioactive is to use a composite. We propose here a composite deriving its strength from its alumina core and its bioactivity from a calcium phosphate surface. Ceramic scaffolds have been produced by infiltration of polymer open-celled foams. Several compositions of the slurries have been tested, leading to the realization of porous pieces with a biocompatibility gradient at a micrometric scale. The mechanical properties of several new materials are presented and correlated to their microstructure.     

Mechanical and degradation behavior of polymer-calcium sulfate composites

Calcium sulfate (CS) is one of the oldest bone graft materials still in use. Its main limitations are poor handling characteristics, poor mechanical properties, and a resorption rate that is too fast for some applications. The present study investigated the effect of viscous polymers, such as carboxymethylcellulose (CMC) and hyaluronan (HY), on the handling characteristics, mechanical properties, and degradation behavior of CS. CMC and HY were added to CS at concentrations from 1–10 wt%. Addition of CMC to CS at more than 4 wt% produced a putty-like material and decreased the density of the composite, while also increasing flexural and compressive strength at higher loadings. Incorporation of CMC produced a concentration-dependent increase in water absorption and degradation rate. At an equivalent loading, HY-containing CS composites showed better compressive strength than CS with CMC. Overall, addition of CMC or HY to CS resulted in composite materials with better handling characteristics and improved mechanical properties after set, however the degradation rate of the augmented materials was increased. These properties suggest that the enhanced CS materials may be useful in certain clinical situations, such as filling non-uniform bone defects and situations that require mechanical integrity of the bone graft substitute during implantation.     

纳米羟基磷灰石/壳聚糖-羧甲基纤维素复合支架材料的研究

用冷冻干燥法制备了不同比例的纳米羟基磷灰石/壳聚糖-羧甲基纤维素(n-HA/CS-CMC)无机/有机复合多孔支架材料, 并探讨了其复合机理及无机组分n-HA对复合支架的结构形貌、力学性能、体外降解性能的影响. 结果表明, 其复合支架主要是通过无机组分n-HA均匀分散充填在CS-CMC聚电解质有机网络结构中形成的, 且三组分间有较强的化学键合. 无机组分n-HA的加入使孔结构变得不规则, 孔隙率略有减小, 使复合支架的抗压缩强度提高, 并且可使其体外降解速度减慢. 无机组分n-HA含量为40\%复合支架材料的性能最佳, 有望用作骨组织工程支架材料.     

纳米复合支架结构与生物学性能

通过复合成型致孔一体技术制备纳米羟基磷灰石/聚酰胺66 (n-HA/PA66) 硬组织修复支架,采用SEM、XRD、IR和燃烧实验等测试手段对复合支架进行表征。结果表明:n-HA粒子以纳米尺度均匀分布于复合支架材料中;复合材料的两相界面为氢键键合和配位键合;支架的孔隙相互贯通,不仅有平均孔径约450 μ m的大孔,大孔壁上还富含0.5~50 μ m的微孔。动物实验证实,该纳米复合支架具有高的生物活性和好的组织相容性,能与硬组织形成骨性结合,其孔隙范围有利于骨组织、血管、骨细胞的长入,可作为硬组织修复的良好载体。