α-TCP骨水泥/明胶微球复合支架材料制备及其载药研究

论文摘要

磷酸钙骨水泥（CPC）因具有良好的生物学特性,室温下易固化塑型以及固化时不放热等优点,已经成功地被应用于临床硬组织修复和替代。但是,骨水泥材料在生物体内降解较缓慢以及不具备新骨组织和细胞长入的大孔结构使其应用受到了严重限制,同时临床上骨科疾病的治疗也需要在病患部位使用相关药物和生长因子。因此,制备能够承载药物或生长因子,具有适当孔尺寸和高孔隙率的多孔磷酸钙骨水泥,已经成为当前骨水泥研究的热点。基于骨修复材料仿生制备观点,本论文设计了一种集骨修复与药物承载于一体的新型骨修复体系。以α-磷酸钙（α-TCP）体系骨水泥粉体及明胶微球（Gelatin Microspheres, GMS）为制备仿生CPC/GMS复合支架的基质材料,通过在明胶微球中包覆庆大霉素来考察复合支架的载药释药性能。采用正交试验进行明胶微球的制备,通过观测明胶微球形貌及粒径的分布确定了最佳制备工艺条件。将一定比率的骨水泥/明胶微球混合,制备复合载体支架,在模拟体液（simulated body fluid, SBF）中进行溶解试验。用X-射线衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）、扫描电镜（SEM）、Testometric力学试验机以及紫外分光光度计（UV）,分别对水化产物的晶相组成、结构和复合支架的微观结构、力学性能,以及药物释放等进行了表征。结果表明:明胶微球降解后可获得水化产物为羟基磷灰石（HAp）,具有贯通性通孔,孔径范围在100 500μm之间的多孔骨水泥支架。明胶的加入对骨水泥的水化过程具有促进作用,随着明胶微球加入量的增大,支架材料的孔隙率由37 %增大到84 %,其相应的抗压强度由28.7MPa逐渐较小到2.5 MPa。对载药复合支架在模拟体液中的降解释药情况进行了研究,药物释放曲线表明复合载体中的药物在模拟体液中的释放是通过扩散机理进行的,由于微球制备过程中表面附着了部分药物,所以药物载体在释放初期表现出了突释现象,在最初3 d药物累计释放量达到了60 %,之后趋于平缓,28d时累计释放量达到了90 %,表明复合支架可有效控制庆大霉素的释放。复合药物支架在模拟体液中降解28d后生成了弱结晶态的磷灰石产物,药物的加入对多孔支架的理化性能和物相转化影响微弱。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 骨的组织形态及结构
• 1.1.1 骨的组成
• 1.1.2 骨的结构
• 1.1.3 骨的理化性能
• 1.2 骨修复材料的发展概况
• 1.2.1 医用金属材料
• 1.2.2 医用高分子材料
• 1.2.3 医用无机材料
• 1.2.4 医用复合材料
• 1.3 磷酸钙骨水泥简介
• 1.3.1 化学成分和水化机制
• 1.3.2 主要分类
• 1.3.3 骨水泥的性能
• 1.4 骨水泥多孔支架
• 1.5 骨水泥药物缓释应用
• 1.6 本课题研究的提出及内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验药品及设备
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器及设备
• 2.1.3 模拟体液的配制
• 2.2 致孔明胶微球及载药明胶微球的制备
• 2.2.1 致孔明胶微球（GMS）的制备
• 2.2.2 硫酸庆大霉素载药明胶微球的制备
• 2.3 骨水泥/明胶微球复合多孔支架的制备
• 2.3.1 骨水泥的配制
• 2.3.2 骨水泥/明胶微球（CPC/GMS）复合支架的制备
• 2.4 骨水泥/明胶微球药物缓释支架的制备
• 2.5 测试表征
• 2.5.1 扫描形貌分析（SEM）
• 2.5.2 X-射线衍射（XRD）
• 2.5.3 傅立叶红外光谱分析（FT-IR）
• 2.5.4 微球粒径分布
• 2.5.5 明胶微球溶胀度测定
• 2.5.6 多孔支架孔隙率测定
• 2.5.7 多孔支架抗压强度测定
• 2.5.8 硫酸庆大霉素标准曲线测定
• 2.5.9 明胶微球载药量及包封率计算
• 2.5.10 载药支架体外释药浓度测定
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 致孔明胶微球的制备研究
• 3.1.1 明胶微球制备工艺的优化
• 3.1.2 交联固化对明胶微球吸涨及溶解的影响
• 3.1.3 小结
• 3.2 骨水泥/明胶微球复合支架的制备及性能研究
• 3.2.1 复合支架的水化机理及产物分析
• 3.2.2 明胶微球对骨水泥水化的影响
• 3.2.3 明胶微球的成孔作用
• 3.2.4 明胶微球含量对多孔支架孔隙率及抗压强度的影响
• 3.2.5 小结
• 3.3 CPC/GMS 载药支架的体外释药研究
• 3.3.1 庆大霉素标准曲线的绘制
• 3.3.2 载药明胶微球的理化性质研究
• 3.3.3 庆大霉素明胶微球的载药量和包封率
• 3.3.4 药物的加入对支架理化性质的影响
• 3.3.5 药物的加入对支架物相转变的影响
• 3.3.6 复合支架的体外释药分析
• 3.3.7 小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢