磁性生物活性玻璃陶瓷的研究與制備.pdf

1、無(wú)機(jī)生物活性材料為組織工程開(kāi)辟了新的途徑，經(jīng)過(guò)近幾十年的研究工作人們已經(jīng)研究制備出了羥基磷灰石(HA)、β-磷酸三鈣(β-TCP)以及SiO<,2>-Ca0-P<,2>O<,5>系等生物活性材料，為骨缺損修復(fù)提供了新的可靠材料和全新的方法。磷灰石-硅灰石玻璃陶瓷(apatite-wollastonite glass ceramic，AW GC)是含磷灰石、硅灰石晶相以及玻璃相，成分為MgO-CaO-Si0<,2>-P<,2>O<,5>的

2、微晶玻璃陶瓷，具有良好的生物相容性、一定的生物降解性和較高的生物力學(xué)性能。磁性生物材料的基礎(chǔ)研究表明，磁性材料能顯著影響到生命細(xì)胞的功能狀態(tài)，能較好地誘導(dǎo)細(xì)胞的生長(zhǎng)，并且近年國(guó)外也有研究用于癌癥熱治療的磁性生物材料的報(bào)道。 本研究課題基于在AW GC成分配方的基礎(chǔ)上通過(guò)添加稀土元素使制備的AW GC具有一定的磁性能，期望改善AW GC骨修復(fù)材料的成骨誘導(dǎo)性，同時(shí)期望在磁熱療方面能夠有所發(fā)展和應(yīng)用。 本研究采用溶膠一凝

3、膠法制備了摻輕稀土元素銪或鑭的磷灰石/灰石磁性生物玻璃陶瓷(apatite-wollastonite magnetic glass ceramic，AW MGC)前驅(qū)體粉。以硬脂酸或碳酸氫銨為成孔劑，經(jīng)模壓成型，干燥、高溫?zé)Y(jié)等步驟制備了AW MGC多孔材料。采用差熱分析確定AW MGC的制備條件，通過(guò)x衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)等分析所制備的AW MGC的晶體結(jié)構(gòu)和表面及孔隙形貌，用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)測(cè)試AW MGC的常

4、溫飽和磁化強(qiáng)度。對(duì)AW MGC的孔隙結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能進(jìn)行分析，通過(guò)模擬體液浸泡實(shí)驗(yàn)對(duì)AwMGC的生物活性進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后利用人肝細(xì)胞系L02與AW MGC復(fù)合培養(yǎng)進(jìn)一步討論AW MGC的生物相容性及其對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)分化的誘導(dǎo)性，用經(jīng)傳代培養(yǎng)的兔骨髓基質(zhì)細(xì)胞(MSC)與AW MGC多孔載體復(fù)合培養(yǎng)，在掃描電鏡下觀察MSC在AW MGC多孔載體上的生長(zhǎng)情況。 結(jié)果表明： (1)XRD分析表明多孔試樣的主晶相除了包括氟氧磷灰石、β-

5、硅灰石相外，摻入的稀土元素銪或者鑭(統(tǒng)一記為L(zhǎng)n)進(jìn)入硅酸鈣晶核內(nèi)部形成了CaELn8(SiO<,4>)<,6>O<,2>物相。由于Ln<'3+>通過(guò)固相燒結(jié)反應(yīng)后取代部分Ca<'2+>晶格位置，并且仍然保持有不滿的內(nèi)電子殼層，材料表現(xiàn)出磁性。當(dāng)Eu<,2>O<,3>的摻入量為2[％](質(zhì)量百分比)時(shí)，充磁至10000Oe材料的飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到2.18emu/g。當(dāng)La<,2>O<,3>的摻入量為2[％](質(zhì)量百分比)時(shí)，充磁至1000

6、0Oe材料的飽和磁化強(qiáng)度為1.9emu/g。AW MGC多孔材料保持了傳統(tǒng)AW材料的生物活性的同時(shí)具備較高的磁性能。 (2)采用不同的成孔劑和控制成孔劑加入比例，進(jìn)而可以控制AW MGC多孔材料的孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙率，得到具有高比表面積和一定強(qiáng)度的材料。 (3)模擬體液浸泡實(shí)驗(yàn)顯示，AW MGC材料表面能迅速生成羥基磷灰石層，早期Ca<'2+>溶出率較高，表現(xiàn)出較好的生物活性和可降解性。 (4)經(jīng)人肝細(xì)胞系LO