骨組織工程支架材料

0緒論1
0.1支架材料需滿足的條件1
0.2骨組織工程對支架材料的基本要求1
0.3骨組織工程用生物材料2
0.4骨組織工程支架材料製備技術4
0.5本書的主要內容及特點5
參考文獻6

第1章鈰分散的納米羥基磷灰石及生物相容性10
1.1Nano-HA粉體製備11
1.2HA粉體組織結構及元素分析11
1.3HA粉體急性毒性檢測實驗14
1.3.1實驗材料及方法14
1.3.2實驗結果及分析14
1.4Nano-HA粉體溶血試驗17
1.4.1溶血試驗方法17
1.4.2溶血試驗結果17
1.5Nano-HA粉體微核子試驗18
1.5.1微核子試驗方法18
1.5.2微核子試驗結果19
1.6HA局部植入試驗19
1.6.1局部植入試驗方法19
1.6.2局部植入試驗結果及分析20
參考文獻23

第2章羥基磷灰石-生物活性玻璃骨組織工程支架材料25
2.1骨組織工程支架材料製備方法25
2.1.1化學發泡法26
2.1.2添加造孔劑26
2.1.3膠晶範本法26
2.1.4有機泡沫浸漬法26
2.1.5快速自動成型27
2.1.6凝膠注模成型27
2.1.7有機骨架複製法27
2.1.8冷凍乾燥法27
2.2有機泡沫浸漬法製備HA-BG骨組織工程支架材料28
2.2.1有機泡沫的選擇28
2.2.2HA粉體製備29
2.2.3生物玻璃製備29
2.2.4支架材料製備工藝流程30
2.3HA-BG骨組織工程支架材料組織和性能研究31
2.3.1陶瓷漿料組成及性能研究31
2.3.2生物玻璃的成分設計37
2.3.3HA-BG支架材料的乾燥39
2.3.4HA-BG支架材料的燒結40
2.3.5HA-BG支架材料物相分析41
2.3.6HA-BG支架材料微觀結構41
2.3.7HA-BG支架材料力學性能43
2.4HA-BG支架材料在模擬體液中的生物活性47
2.4.1類比體液浸泡試驗步驟47
2.4.2浸泡後HA-BG支架材料表面形貌48
2.4.3浸泡後HA-BG支架材料成分分析48
2.4.4HA-BG支架材料表面類骨磷灰石形成機理分析50
2.5HA-BG支架材料植入兔頜骨的研究53
2.5.1試驗材料及方法53
2.5.2植入支架材料的X光片觀察55
2.5.3植入支架材料的X光密度測量56
2.5.4植入支架材料的組織學觀察57
2.5.5植入支架材料的組織學定量分析60
2.5.6植入支架材料的表面形貌60
2.5.7支架材料的生物相容性及骨引導性分析62
本章小結63
參考文獻63

第3章雙相磷灰石-殼聚糖骨組織工程支架材料67
3.1磷灰石-殼聚糖骨組織工程支架67
3.1.1三種磷灰石與殼聚糖骨組織工程支架的製備68
3.1.2改性磷灰石-殼聚糖支架形貌與性能分析68
3.2不同改性劑對HA-TCP/CS支架的影響71
3.2.1不同改性劑的HA-TCP/CS支架製備71
3.2.2不同改性劑的HA-TCP/CS支架性能分析71
3.3雙相磷灰石與殼聚糖含量對支架的影響73
3.3.1不同配比的HA-TCP/CS骨組織工程支架的製備73
3.3.2不同配比的HA-TCP/CS骨組織工程支架性能分析74
3.4單體和複合粉體含量對支架的影響75
3.4.1不同配比的單體與複合粉體支架的製備75
3.4.2不同配比的單體與複合粉體支架性能分析76
本章小結77
參考文獻78

第4章骨碎補-雙相磷酸鈣-殼聚糖骨組織工程支架材料79
4.1實驗材料的改性及結構性能80
4.1.1骨碎補的結構80
4.1.2雙相磷酸鈣的改性及結構性能81
4.1.3殼聚糖的溶解及改性82
4.2骨碎補對DR-BCP-CS骨組織工程支架結構及性能的影響82
4.2.1孔隙率和抗壓強度82
4.2.2SEM觀察及分析83
4.2.3紅外光譜分析83
4.3DR-BCP-CS骨組織工程支架在類比體液中的活性研究84
4.3.1SBF浸泡過程中的材料品質變化84
4.3.2浸泡過程中SBF的pH值變化85
4.3.3類比體液浸泡的骨組織工程支架的表面形貌分析85
4.3.4骨組織工程支架浸泡前後的XRD分析85
4.3.5骨組織工程支架浸泡前後的能譜分析87
4.3.6骨組織工程支架表面類骨磷灰石形成機理探討87
4.4DR-BCP-CS骨組織工程支架的體內種植生物活性研究89
4.4.1大體觀察90
4.4.2X光片檢查90
4.4.3X光密度測量分析91
4.4.4組織學觀察91
4.4.5討論92
本章小結93
參考文獻94

第5章骨碎補-天然羥基磷灰石-殼聚糖骨組織工程支架材料96
5.1天然羥基磷灰石的改性及結構性能96
5.2DR-NHA-CS骨組織工程支架的改性結果98
5.2.1改性對骨組織工程支架的影響98
5.2.2矽烷偶聯劑的用量對DR-NHA-CS支架性能的影響100
5.3混合工藝對漿料均勻化的影響101
5.4預凍溫度對DR-NHA-CS骨組織工程支架SEM形貌影響102
5.5骨碎補的用量設計103
5.6DR-NHA-CS骨組織工程支架的結構及性能104
5.6.1殼聚糖濃度對骨組織工程支架性能的影響104
5.6.2CS含量對DR（P）-NHA-CS支架結構及性能的影響105
5.6.3中藥骨碎補的加入形式對骨組織工程支架結構及性能的影響107
5.7DR-NHA-CS骨組織工程支架在類比體液（SBF）中的生物活性研究109
5.7.1SBF浸泡過程中支架品質變化研究109
5.7.2浸泡過程中模擬體液的pH值變化110
5.7.3類比體液浸泡的骨組織工程支架的表面形貌分析111
5.7.4骨組織工程支架浸泡前後XRD圖及能譜分析114
5.7.5骨組織工程支架浸泡前後的FTIR分析115
5.7.6骨組織工程支架表面類骨磷灰石形成機理探討117
5.8骨組織工程支架的體內種植生物活性研究118
5.8.1大體觀察118
5.8.2X光密度測量分析118
5.8.3組織學觀察119
5.8.4掃描電鏡觀察119
本章小結121
參考文獻121

第6章生物活性醫用多孔鈦材料123
6.1概述123
6.2試驗材料及方法124
6.2.1試驗材料124
6.2.2多孔鈦的製備方法125
6.2.3多孔鈦表面改性方法125
6.3生物多孔鈦製備和特性研究125
6.3.1多孔鈦的製備126
6.3.2多孔鈦性能測試129
6.3.3多孔鈦性能測試結果分析133
6.3.4多孔鈦顯微形貌、成分及物相分析139
6.4多孔鈦表面堿處理141
6.4.1堿處理後的顯微形貌、成分及物相分析141
6.4.2堿處理及熱處理後的性能變化144
6.5多孔鈦的體外模擬研究145
6.5.1原始多孔鈦的體外模擬浸泡145
6.5.2後處理多孔鈦的體外模擬147
本章小結150
參考文獻151

第7章細菌纖維素複合支架材料生物相容性153
7.1概述153
7.2Col/BC骨組織工程支架生物相容性154
7.2.1骨組織工程支架製備及相關實驗方法154
7.2.2骨組織工程支架形貌及結構156
7.2.3骨組織工程支架的細胞相容性157
7.2.4骨組織工程支架動物植入實驗158
7.3BC/GEL骨組織工程支架材料161
7.3.1骨組織工程支架製備161
7.3.2骨組織工程支架細胞相容性161
7.4BC/GEL/HA骨組織工程支架材料164
7.4.1骨組織工程支架的製備164
7.4.2細胞與材料複合培養及細胞生物活性的測定165
7.4.3支架材料的結構形貌及抗壓強度165
7.4.4細胞與材料共培養的生物活性165
7.5BC/PLA/HA骨組織工程支架材料168
7.5.1細胞與支架材料複合168
7.5.2支架材料表面形貌169
7.5.3支架材料細胞相容性169
參考文獻170

隨著現代科學技術的發展，人們對生活品質提高的迫切願望加速了臨床對生物醫用材料的需求，使生物醫用材料的研發迅猛發展，成為世界經濟的一個支柱性產業，也成為世界各國爭先佔領的重要領域。生物醫學材料研究追求的目標是設計和合成可誘導組織再生、重建或恢復病變組織的生物功能材料。其中，可誘導組織再生和重建細胞支架材料是重要的研究內容，支架材料是骨組織工程的核心材料。多孔支架材料由於擁有良好的表面活性，為細胞在其表面生長、增殖和分泌基質提供良好的微環境，維持正常細胞的生長；支架材料的降解速率與組織細胞的生長速率相適應，不同的骨生長環境對支架材料有相應的要求。

本書結合國內外骨組織工程支架材料的研究發展，系統地介紹了近年來作者在骨組織工程支架材料方面的基礎理論、製備工藝、分析與檢測和相關的國內外研究成果和先進技術。主要內容包括：鈰分散的納米羥基磷灰石及生物相容性、羥基磷灰石-生物活性玻璃骨組織工程支架材料、雙相磷灰石-殼聚糖骨組織工程支架材料、骨碎補-雙相磷酸鈣-殼聚糖骨組織工程支架材料、骨碎補-天然羥基磷灰石-殼聚糖骨組織工程支架材料、生物活性醫用多孔鈦材料、細菌纖維素複合支架材料生物相容性等。

全書由佳木斯大學的李慕勤、王晶彥、呂迎和楊涵崧執筆完成。書中，緒論、第1章和第7章由李慕勤執筆，第2章由呂迎執筆，第3章中3.1和3.2由呂迎執筆，3.3和3.4由王晶彥執筆，第4章和第5章由王晶彥執筆，第6章由楊涵崧執筆。宋憲民、孫海燕、劉繼光、劉翯翀、王豔萍、何立松、路榮、苗波、張海亮、管大為、杜曉岩、毛豔、劉正及天津大學的萬怡灶和王靜等為本書編寫做了大量試驗及研究等工作，全書由李慕勤和王晶彥負責統稿，呂迎校對。

感謝佳木斯大學材料科學與工程學院吳明忠高級工程師、袁士丹老師、劉文斌高級工程師、劉冬梅高級工程師、田春英高級工程師、曲立傑博士、高晶高級講師及化學與藥學院的劉紅副教授、基礎醫學院病理科姚海濤教授在實驗過程中給予的大力支持和幫助。

本書的編寫工作還得到了國家自然科學基金專案（31070859，31370979）、黑龍江省教育廳專案基本科研業務費基礎研究專案（2016-KYYWF-0564）、黑龍江省高校生物材料重點實驗室開放課題（L5309）的資助。

由於作者水準有限，書中不足之處難免，敬請各位專家和讀者批評指正。

著者