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本研究利用预先处理过的聚氨酯泡沫作为模板,在由溶胶-凝胶法制备的58S生物活性玻璃粉体制备的浆料中浸泡后,除去模板得到了一种孔隙率高、贯通性好、孔径可控的纯生物玻璃支架材料。利用SEM、FTIR、XRD、SEM、ICP等测试手段及生物材料的体外实验方法(in vitro)对此纯生物玻璃多孔支架材料的显微结构、生物矿化性能等进行了综合研究。
研究结果表明此多孔支架的孔隙相互贯通,分布均匀。孔径分布在100——500μm之间,这些大孔孔壁又分布着大量的孔径分布在1——5μm范围内的微孔,从而使孔与孔之间的连通性进一步提高;实验表明,支架材料在模拟生理溶液(SBF)溶液中浸泡7天后,即在表面生成了低结晶度的碳酸羟基磷灰石(Hydroxyl-Carbonate-Apatite,HCA),且浸泡15天后,结晶态的HCA由原来的针状长大成为叶片状,形成层状堆积,几乎覆盖整个材料表面,说明此生物玻璃多孔支架虽然是在1000℃高温下烧结而成,但仍具有较高的生物活性。
为改善所制备的纯生物玻璃支架材料的力学性能,本研究将生物相容性良好并且可以降解的高分子材料壳聚糖溶液灌注到原来制备的多孔支架材料的孔隙中,并利用FTIR、XRD等测试手段分析了壳聚糖/生物玻璃复合多孔材料的组成、晶相及无机/有机相的结合形式等:采用万能力学试验机测试了增强后的支架材料的力学强度,系统研究了增强机理及增强效果;并且进一步评价了此复合多孔支架材料的生物活性以及SD大鼠骨髓间充质干细胞在复合支架材料上的粘附率、分化、增殖、生长形态等情况。
结果显示尽管生物玻璃多孔支架的显气孔率从复合壳聚糖前的80%左右下降到了74%左右,但是其抗压强度却从复合前的0.15±0.03MPa升高到复合后的1.21±0.11MPa;虽然XRD与FTIR结果都表明壳聚糖与生物玻璃的基团之间并没有发生明显的化学反应,但是壳聚糖仍然有效地增强了生物活性玻璃多孔支架的力学强度,这对于该复合支架材料用于骨修复及骨组织工程是十分重要的;体外生物活性测试结果表明,此复合多孔支架材料在SBF溶液中浸泡3天后表面就形成绒毛状的结晶态HCA,7天后HCA由原来的绒毛状长成为针状,且数量增多,众多的HCA微晶融合为球形晶簇,几乎完全覆盖了整个支架材料的表面,表明此复合支架具有良好的生物活性;与SD大鼠骨髓间充质干细胞联合培养5天后的支架材料表面的扫描电镜分析结果显示其表面有大量细胞粘附生长,细胞的伪足明显,生长状态良好,且细胞间的伪足相互交叉,表明此复合多孔支架材料具有良好的细胞相容性。