TEMPO-氧化細(xì)菌纖維素-羥基磷灰石復(fù)合材料的合成和特性.pdf

1、目的：探討優(yōu)化細(xì)菌纖維素氧化改性的條件，以獲得羧基含量較高的氧化細(xì)菌纖維素。研究氧化細(xì)菌纖維素/羥基磷灰石納米復(fù)合材料的合成和特性，以及體外生物相容性。
　　背景：近年來(lái)，骨疾病引發(fā)的骨組織缺損不能通過(guò)正常治療來(lái)改善，必須進(jìn)行骨移植手術(shù)。傳統(tǒng)的骨移植包括自體移植和異體移植。目前傳統(tǒng)的骨移植已經(jīng)不能滿足臨床需求了。自體移植的骨移植來(lái)源有限，而且移植過(guò)程也會(huì)給患者帶來(lái)額外的手術(shù)疼痛。異體移植經(jīng)常會(huì)引起移植物排斥反應(yīng)。為了滿足臨床病人需

2、求，必須要尋找新的骨修復(fù)方法和骨替代材料。因此，骨組織工程作為一種新的骨修復(fù)方法被提出。骨組織工程采用生物合成的骨替代品來(lái)重建具有生理活性的骨組織。此外，由于骨組織工程的替代材料可以容易塑成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使其可能在骨修復(fù)上無(wú)限制的應(yīng)用。骨組織工程修復(fù)中最重要的就是尋找合適的骨替代品作為支架材料。生物骨是由膠原蛋白作為基質(zhì)與羥基磷灰石晶體組成的生物復(fù)合物。因此，膠原蛋白、纖維素、殼聚糖、羥基磷灰石等與生物骨結(jié)構(gòu)成分相似的材料，被廣泛用于骨組

3、織工程修復(fù)的支架材料。
　　纖維素是一種含量豐富的、生物可降解、具有良好生物相容性的天然高分子，已經(jīng)在骨修復(fù)應(yīng)用方面引起了人們的關(guān)注。特別是由木醋桿菌產(chǎn)生的細(xì)菌纖維素，它是一種可再生，生物相容性良好的納米生物材料。與植物纖維素相比，它獨(dú)特的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使其具有了特殊性能。致密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使其具有較好的力學(xué)性能，同時(shí)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與生物骨細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，能為細(xì)胞生長(zhǎng)提供一個(gè)良好的支架。但是直接使用細(xì)菌纖維素作為骨組織工程支架也有一定的

4、缺陷。致密結(jié)構(gòu)使得細(xì)胞難以張入材料內(nèi)部，同時(shí)也使其在體內(nèi)生物降解變得困難。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)氧化后細(xì)菌纖維素結(jié)構(gòu)變得相對(duì)疏松，降解速率明顯提高。羥基磷灰石作為生物的骨的重要無(wú)機(jī)成分，能為材料提供較高的骨誘導(dǎo)性。本文研究生氧化后細(xì)菌纖維素/羥基磷灰石復(fù)合物材料的特性，探討其作為骨組織工程修復(fù)的可能性。
　　方法：TEMPO/NaClO2/NaClO氧化體系被用來(lái)對(duì)細(xì)菌纖維素進(jìn)行選擇性氧化，來(lái)改善其致密結(jié)構(gòu)和降解性能。以氧化緩沖溶劑的PH

5、和氧化時(shí)間為變量，找出氧化后細(xì)菌纖維素羧基含量最高的反應(yīng)條件。然后采用原位沉淀法合成不同質(zhì)量比的氧化細(xì)菌纖維素/羥基磷灰石納米復(fù)合物。通過(guò)采用FTIR，F(xiàn)ESEM，EDS，XRD對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行表征分析，通過(guò)接觸角，表面自由能，孔隙率，蛋白吸附試驗(yàn)和力學(xué)性能測(cè)試來(lái)比較分析復(fù)合物的特性。并通過(guò)細(xì)胞毒性的測(cè)試來(lái)評(píng)價(jià)細(xì)胞的體外生物相容性。
　　結(jié)果：細(xì)菌纖維素經(jīng)TEMPO/NaClO2/NaClO體系氧化后，C6上的羥基被選擇性氧化成為羧

6、基。PH=6.86緩沖溶劑為最佳。氧化反應(yīng)在10h后達(dá)到飽和，羧基含量基本上不再增加。FTIR顯示C6上的羥基的伸縮峰消失，并出現(xiàn)了羧基峰。透射電鏡表明氧化后細(xì)菌纖維素的主體結(jié)構(gòu)沒(méi)有被破壞，致密結(jié)構(gòu)被改善。FTIR，SEM，XRD，EDS分析表明，原位沉淀法成功的制備了OBC-HA復(fù)合物，沉積在OBC表明的羥基磷灰石晶體為納米直徑，而且是屬于鈣不足的羥基磷灰石。接觸角和表面自由能，反映了復(fù)合物的親水性良好，而且復(fù)合物孔隙率都在90％以上