改性半水硫酸鈣復合牡蠣殼生物骨材料的制備和性能研究.pdf

1、目的和意義:本實驗目的是制備一種全新的生物復合骨修復材料——硫酸鈣/牡蠣殼(CS/OS)，所用原料是一種自然界生物材料復合人工骨材料。實驗研究了本材料的微觀結構，物相構成，自固化性能，力學特性，體外生物活性和體外降解性。另外，通過使用材料的浸提液共培養(yǎng)MG63細胞，研究了材料對體外細胞增殖和成骨分化的作用。本實驗中的材料被證實是一種極具潛在臨床應用價值的復合材料，同時也提供了一種復合材料的新思路。
　　 材料和方法:
　　

2、 1.復合材料CS/OS的制備和初步性能檢測:復合材料CS/OS的制備是使用的是鹽溶法。鹽溶法制備體系中包括:30％氯化鈣，0.25％的丁二酸，乙醇/水比為2∶3的水溶液。最后制備得到的純CS，CS/OS7.5，CS/OS12，CS/OS18，CS/OS25，通過X射線衍射(XRD)檢測復合材料的物相信息，通過場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)觀察復合材料的微觀結構。
　　 2.復合材料的自固化特性和力學性質:制備得到的CS，CS

3、/OS7.5，CS/OS12和CS/OS18粉末和去離子水均勻調和，水/粉比為0.7ml/g，制備得到復合材料的自固化樣品。在自固化過程中，我們檢測分別檢測個組樣品的自固化的時間，并根據(jù)養(yǎng)護的各個時間點，測試組別間的力學性能差異。
　　 3.復合材料CS/OS的體外生物活性是通過人體模擬液(SBF)方法檢測的。材料組CS，CS/OS7.5和CS/OS12分別浸潤于人體模擬液。7天之后，運用X射線衍射XRD檢測浸潤后的物相，使用帶

4、有射線能譜(EDX)功能的場發(fā)射掃描電鏡FE-SEM檢測物質形貌和元素分析。
　　 4.體外降解性能的檢測:材料組CS，CS/OS7.5，CS/OS12和CS/OS18分別制成高3mm直徑6mm的圓柱體(φ6mm×3mm)，浸泡于人體模擬液SBF中水浴4，7，10，14，21和28天。在各個時間點，統(tǒng)計每組材料的浸泡前后重量計算損失的重量。同時通過檢測各個時間點Ca2+的濃度和pH值，對材料降解周圍的微環(huán)境進行評估。
　　

5、 5.運用MG63細胞系進行體外相容性實驗。預先制作的CS和CS/OS12材料組和細胞培養(yǎng)基制備成浸提液，將浸提液配置成不同的濃度梯度(200，100，50，25，12.5，和6.25 mg/mL)。分別在1，4，和7天使用細胞計數(shù)試劑盒-8（CCK-8）方法檢測細胞的增殖情況并評估材料的體外相容性。
　　 6.CS，CS/OS7.5，CS/OS12和CS/OS18材料組分別進行研磨并制取浸提液，使用浸提液培養(yǎng)MG63細胞，和

6、空白組一起進行堿性磷酸酶染色(ALP)和鈣結節(jié)染色(Von Kossa)。在7天和14天對提取細胞蛋白質，進行蛋白質印跡分析(WB)，檢測骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（BMP-2）和Ⅰ型膠原(COLLI)并完成統(tǒng)計分析，評價實驗組對成骨分化的影響。
　　 結果:實驗研究材料的自固化性能，力學特性和體外降解速率我們得到如下的結果:通過和純半水硫酸鈣骨水泥CS比較，復合材料硫酸鈣/牡蠣殼粉CS/OS表現(xiàn)出相對延緩的自固化時間，延長11-28分

7、鐘。隨著養(yǎng)護時間的延長，復合材料的力學性能在初始凝固之后呈現(xiàn)略微上升的趨勢，相比純半水硫酸鈣CS，復合材料CS/0S12力學性能最佳。牡蠣殼的添加使純半水硫酸鈣具備了體外生物活性，復合材料CS/OS在人體模擬液SBF浸泡7天后，表面產(chǎn)生了碳素類骨羥基磷灰石，此類羥基磷灰石是最適宜人體成骨的礦物質。復合材料CS/OS的體外降解速率相比純半水硫酸鈣降低，差異有統(tǒng)計學意義，具有一定的臨床使用意義。
　　 各材料組細胞增殖實驗中，復合材

8、料CS/OS浸提液處理細胞組不僅沒有發(fā)現(xiàn)相關的毒性作用，一定濃度內尚有促進增殖的作用。ALP染色和Von Kossa染色中，材料組和空白組都顯示陽性。蛋白質印跡分析WB實驗中，對于檢測的兩個指標BMP-2和COLLⅠ，材料組相比較空白組出現(xiàn)明顯的增高，有統(tǒng)計學差異，復合材料具有促進蛋白BMP-2和COLLⅠ的作用。
　　 結論:本實驗首次將自然界牡蠣殼和人工骨材料半水硫酸鈣進行復合，制備出一種全新的骨修復填充材料。實驗證實乙醇鹽