貽貝仿生磷酸鈣骨水泥的性能及其體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)的研究.pdf

1、受海洋生物貽貝超強(qiáng)粘附性能的啟發(fā)，本文擬將具有超強(qiáng)粘附性能的聚多巴胺(PDA)加入磷酸鈣骨水泥(CPC)，利用其粘附性能提高CPC的抗壓強(qiáng)度，并研究PDA對(duì)CPC體外礦化和植入體內(nèi)后對(duì)成骨、與宿主骨的結(jié)合能力等方面的影響，探討其可能存在的機(jī)理。
　　本文擬將多巴胺(DA)溶于Tris-HCl緩沖液中，于空氣中氧化2d，使DA氧化自聚合生成PDA，并作為液相與CPC固相粉末混合后成型。以DA的濃度、液固比和pH值為三個(gè)因素，通過(guò)正交

2、實(shí)驗(yàn)選出最優(yōu)組合。采用萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、吉摩爾針、X射線衍射儀(XRD)和傅立葉紅外光譜儀(FTIR)表征優(yōu)組合CPC的理化性能;用掃描電鏡(SEM)觀察斷面的微觀形貌;采用紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)研究?jī)?yōu)組合CPC的體外降解。正交實(shí)驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度結(jié)果表明優(yōu)組合為DA濃度40 mg/mL、液固比0.3 mL/g和pH8.5組的CPC，優(yōu)組合CPC抗壓強(qiáng)度與空白CPC相比存在極顯著性差異(p＜0.01);優(yōu)組合CPC的凝固時(shí)間（包括初凝時(shí)間和終凝時(shí)

3、間）與空白組相比無(wú)顯著性差異，均符合臨床要求;XRD和FTIR研究表明，PDA的加入促進(jìn)了CPC中固相成分之一的二水磷酸氫鈣(DCPD)的轉(zhuǎn)化;SEM研究發(fā)現(xiàn)PDA使CPC內(nèi)部形成了納米級(jí)片狀結(jié)構(gòu)和較多結(jié)合緊密的塊狀晶體，且與空白CPC相比斷面孔隙明顯減少;優(yōu)組合CPC體外降解過(guò)程中，未聚合的DA的累積釋放量為加入總量的29.7％，且浸泡液的pH處于人體安全范圍內(nèi)。
　　將上述優(yōu)水平CPC（標(biāo)記為PDA-CPC）浸泡在模擬體液(S

4、BF)內(nèi)，分別采用XRD、FTIR和XPS表征浸泡后的PDA-CPC表面的物相、表面官能團(tuán)和表面元素;SEM和TEM(包括選區(qū)電子衍射、能量色散光譜和高分辨TEM)分別表征PDA-CPC的表面形貌和原子結(jié)構(gòu)中的成分信息，不含PDA的CPC作為空白對(duì)照（標(biāo)記為control-CPC）。XRD結(jié)果表明DCPD和CaCO3的衍射峰分別在浸泡1和3d后消失，PDA在浸泡前和浸泡1、3和7d時(shí)促進(jìn)了DCPD和α-TCP向HA轉(zhuǎn)化，但后期（10和1

5、4d）起到抑制轉(zhuǎn)化的作用。FTIR結(jié)果表明，PDA-CPC表面磷酸根的v3振動(dòng)峰相對(duì)control-CPC發(fā)生了紅移，類(lèi)似自然骨中的HA的v3振動(dòng)峰，說(shuō)明PDA改變了HA中磷酸根的化學(xué)環(huán)境。SEM結(jié)果表明，浸泡1d后PDA-CPC表面出現(xiàn)明顯的礦化層，而control-CPC浸泡7d后才出現(xiàn)礦化層，表明PDA可提高CPC的早期礦化能力。礦化層由類(lèi)骨形狀的納米級(jí)磷酸鈣(CaP)組成，并且整個(gè)浸泡過(guò)程中一直呈納米級(jí)CaP，而control-

6、CPC則表現(xiàn)為大尺寸的片狀結(jié)構(gòu)CaP。XPS結(jié)果表明浸泡14 d后在PDA-CPC表面出現(xiàn)了PDA的C=O，說(shuō)明浸泡過(guò)程中PDA與新形成的CaP共沉淀。TEM結(jié)果表明，在PDA-CPC表面生成的納米CaP為HA。
　　將PDA-CPC分別植入新西蘭大白兔的顱骨、股骨和背部肌肉，取2、4和8 w三個(gè)時(shí)間點(diǎn)。通過(guò)植入3d后血液檢測(cè)研究PDA對(duì)機(jī)體的炎癥反應(yīng);X光觀察PDA-CPC植入后的位置及降解情況;采用Push-out實(shí)驗(yàn)研究PD

7、A-CPC與宿主骨的結(jié)合強(qiáng)度;XRD檢測(cè)植入后材料的物相的轉(zhuǎn)變過(guò)程;SEM觀察植入后材料表明細(xì)胞的粘附情況和材料內(nèi)部的形貌;通過(guò)激光共聚焦顯微鏡和組織學(xué)切片（硬組織切片和脫鈣樣品的切片）觀察新骨的長(zhǎng)入情況。3d血檢結(jié)果表明PDA-CPC植入后血液中的炎癥細(xì)胞的數(shù)量與control-CPC相比無(wú)明顯的提高，說(shuō)明其對(duì)機(jī)體無(wú)明顯的毒性;X光結(jié)果表明顱骨和股骨植入位置正常，無(wú)明顯的偏移，背部肌肉植入的PDA-CPC由于受到肌肉的收縮運(yùn)動(dòng)而稍有偏

8、移;Push-out結(jié)果表明由于PDA的存在，提高了PDA-CPC與宿主骨的早期(2 w)結(jié)合強(qiáng)度;XRD結(jié)果表明PDA-CPC原始固相粉末中的DCPD和CaCO3于植入2 w后完全消失，并出現(xiàn)了HA的前驅(qū)相-磷酸八鈣，隨著植入時(shí)間的延長(zhǎng)，HA的量逐漸增多;SEM表明植入2w后PDA-CPC表面和其與宿主骨結(jié)合的部位出現(xiàn)大量的細(xì)胞，材料內(nèi)部出現(xiàn)與體外礦化結(jié)果類(lèi)似的由納米尺度線狀CaP組成的微米球形;激光共聚焦顯微鏡結(jié)果表明PDA-CPC

9、植入8 w后新骨生成的總量比control-CPC多;顱骨植入實(shí)驗(yàn)的硬組織切片表明PDA-CPC植入后可形成成熟度高的板層狀骨，PDA-CPC植入背部肌肉的硬組織切片結(jié)果表明植入后樣品周?chē)M織無(wú)壞死，且大量的膠原纖維組織長(zhǎng)入PDA-CPC內(nèi)部，表明PDA-CPC具有良好的生物相容性。顱骨植入2w的石蠟切片結(jié)果顯示PDA-CPC組中發(fā)現(xiàn)明顯的骨髓腔、大量的紅細(xì)胞、成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞，表明骨組織改建過(guò)程的進(jìn)行。植入4w后骨的成熟度提高，PD