纳米羟基磷灰石/聚酰胺/壳聚糖复合骨修复材料研究

骨是自然界中一种复杂的生物材料,它不仅具有良好的力学性能,而且是人体中钙磷等离子的储存场所,它随着人体的生长发育逐渐的形成完善。当骨组织因为创伤、感染、肿瘤及发育异常等原因实施手术剔除病变骨组织后,会造成大块骨缺损,这时仅仅依靠骨自身的修复能力已经无法愈合,必须进行骨移植手术,将合适的骨材料填充缺损部位,以便于新骨生长。移植骨的来源有自体骨、异体骨和人工骨材料。自体骨移植和异体骨移植存在供体有限和免疫排斥等诸多问题。因而发展以生物材料为基础的人工骨材料是治疗骨缺损的重要手段。 理想的骨修复材料,应当具有优良的生物相容性和生物活性,与天然骨相匹配的良好的机械力学性能。自然骨主要是由羟基磷灰石和胶原高分子组成,羟基磷灰石均匀分布在胶原中。自然骨为设计骨替代材料提供了非常重要的启发和思路,促进了骨替代材料的研究和发展。 羟基磷灰石(HA)是骨组织的主要无机成分,生物相容性好,具有较高的生物活性,能够与骨组织形成化学键合,但其脆性和不易加工性也限制了其应用。壳聚糖(CS)是一种天然的生物可降解多糖,其降解产物为氨基葡萄糖,具有一定的碱性,对人体组织无毒、无害。将其与纳米羟基磷灰石(n-HA)复合,不仅可以克服羟基磷灰石块状陶瓷的脆性,而且其降解又可为细胞及组织的长入提供空间,从而促进新骨的生成,并使植入物与骨组织间结合更为牢固。 聚酰胺(PA)是一类优良的医用高分子材料,具有较高的韧性和强度,但缺乏生物活性,在临床上有广泛而长期的应用。已用来和羟基磷灰石复合制备新型生物活性骨修复材料。如果能综合上述三者的性能,扬长避短,优势互补,可望得到一种理想的骨修复替代材料。 我们通过溶液共混法制备了n-HA/PA66/CS骨修复材料,并对其性质进行了检测。实验结果表明,复合材料中n-HA,PA66和CS三相间有良好的相容性,没有相分离现象发生;复合材料中各相间存在较强的相互作用,由此赋予材料良好的力学性能。当复合材料中n-HA/PA66/CS含量为40/45/15(wt%)时,其抗压强度最高,达到70MPa左右。体外模拟体液(SBF)浸泡试验结果表明,在复合材料表面有类骨磷灰石层形成,说明n-HA/PA66/CS复合材料具有较高的生物活性。 通过粒子沥滤法制备了n-HA/PA66/CS多孔支架材料。结果显示,该多孔材料中兼具大孔和微孔,大孔壁上又富含微孔,孔与孔之间连通性良好。当平均空隙率为60.8%时,其抗压强度仍可达7.2MPa左右,可基本满足骨组织工程对细胞支架材料的要求。 对n-HA/PA66/CS复合材料进行的多项生物学评价试验显示,复合材料小鼠急性全身毒性试验中未见毒性症状,表明复合材料无毒性;皮内刺激试验显示复合材料无刺激性作用;细胞毒性试验显示复合材料无细胞毒性。动物植入试验中,肌肉植入早期有轻度炎症反应,后期形成薄层纤维包膜,炎症反应消失;骨内植入后材料与骨组织结合紧密,材料/骨组织之间无纤维薄层,表现出复合材料具有良好的组织相容性和骨结合性能。从生物学评价结果可以看出复合材料具有良好的生物相容性,是一类具有发展前景的新型骨组织修复和替代材料。