检索历史 清除

摘要骨骼是人类的组织器官之一，对肢体运动提到支撑等作用，但是因为交通事故、人口老龄化以及骨坏死之类的各种因素导致的骨缺损的数量在逐年增加，也因此使得人类对骨修复材料的要求也在日益提高，而对骨组织再生的研究也一直以来都是临床医学领域的重点和难题，同时也是科学研究的热点问题所在。传统的骨修复支架需要提前塑形再通过手术移植到缺损部位，而3D打印能够根据患者骨缺损部位进行个性化定制，制备出同患者骨缺损尺寸相吻合的骨修复支架，同时可以设计多级孔结构，逐渐成为骨修复材料的研究热点。<br>　　丝素蛋白（Silkfibrion，SF）是人类最早开始利用的天然蛋白质之一，来源广泛，并具有较好的生物相容性、机械性能和较低的免疫原性，被人们广泛地运用于组织工程中。但是，其作为骨修复材料存在着明显的不足，如机械性能不足、不具有光交联的位点等。因此对SF的缺点进行改善的研究具有重要的意义。本文为了增加SF的光交联位点，对其进行改性研究，并探究与海藻酸钠（Sodiumalginate，SA）复合制备双交联体系；同时为提高支架的成骨活性和力学性能，本研究复合矿化胶原（Mineralizedcollagen，nHAP）、纳米丝素纤维（Nanosilkfibroinfiber，SFF）制备3D打印支架，并对其性能进行研究。论文具体研究内容如下：<br>　　（1）本研究将天然的蚕丝通过无水碳酸钠（Na2CO3）进行脱胶处理后得到SF，然后使用溴化锂（LiBr）对其溶解制备成SF溶液，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯对其进行改性，通过透析除盐，最后冷冻干燥制备出丝素/甲基丙烯酸缩水甘油酯（Silkfibrion-GlycidylMethacrylate，Silk-GMA）。为了检测丝素改性是否成功，采用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱分析（FTIR），核磁共振氢谱（1H-NMR）对材料进行表征。实验结果表明：制备的Silk-GMA具有光交联的基团，并可以紫外光交联固化。<br>　　（2）研究了不同比例Silk-GMA对3D打印支架的影响。通过改变Silk-GMA的比例来探究对支架性能的影响。通过SEM、力学、降解、溶胀，细胞实验等对其孔结构、理化及生物学性能进行研究。研究结果表明：随着Silk-GMA的比例的增加，复合材料的弹性模量性能随之增强，含有1wt%Silk-GMA的压缩弹性模量为0.183±0.052MPa，2wt%Silk-GMA的压缩弹性模量为0.201±0.004MPa，3wt%Silk-GMA的压缩弹性模量为0.217±0.018MPa，4wt%Silk-GMA的比例的弹性模量为0.260±0.072MPa。其降解率也随着降低，在28d时4wt%Silk-GMA的复合材料的降解率比1wt%Silk-GMA降低了17%。并且随着Silk-GMA的含量的增多，所测得的Pr值也随之增高，打印的孔径约接近于方形，材料的融合率随之降低，可打印性提高；复合材料的溶胀率也随之降低；并且随着Silk-GMA的浓度增加，其细胞的活性有所增加，并随着培养天数的增长细胞活性随之增强，说明Silk-GMA能够促进细胞增殖。<br>　　（3）为了改善双交联生物墨水的成骨性能、力学性能等，通过自组装和体外仿生矿化的原理分别制备了SFF、nHAP材料并将其复合制备成SF-GMA/SA，SF-GMA/SA/SFF，SF-GMA/SA/nHAP一系列具有双交联网络生物墨水用于3D打印支架。研究使用SEM、力学测试等对其进行表征。结果表明：复合SFF材料后进行打印发现其可打印性在一定程度上提高，打印的孔径更完整，并在一定范围内改善了其复合材料的机械性能、降解速率，其中添加了SFF材料的机械性能提高最明显，其4wt%的压缩弹性模量为0.370±0.009MPa，1wt%的压缩弹性模量为0.225±0.025MPa，比4wt%SF-GMA/SA提高了0.110MPa，并且具有显著性差异。而复合了nHAP的材料组明显的降低了材料的降解速率，相比SF-GMA/SA组支架的降解率降低了4%~11%，且均具有显著性差异。细胞实验表明，这三种生物墨水制备的支架具有良好的细胞相容性，其中复合nHAP的材料组的细胞增长情况最好，具有显著性差异。<br>　　综上所述，本论文构建了SF-GMA/SA双交联水凝胶网络，并将其与SFF、nHAP材料复合制备3D打印骨修复支架，并进行性能研究。本论文的研究可作为SF-GMA/SA双交联网络水凝胶在骨科临床上的应用提供一定的理论和实验的依据。