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随着现代社会生活节奏的加快，全世界每年因为外伤、肿瘤、感染、畸形矫正等各种原因造成的骨折和骨缺损患者已达数千万人。我国是人口大国，正在步入老龄化社会，骨缺损患者逐年增多。2005年，全球有220万例骨移植手术，仅次于输血手术。我国的骨缺损患者达到了300万，牙缺损和牙缺失患者更高达3～4亿。目前自体骨依然是修复骨缺损的“金标”，但是自体骨数量非常有限，容易造成二次手术，引起患者的痛苦，而且随着患者年龄的增大，自体骨移植也不能完全保证成功。异体骨和异种骨存在病毒传播，免疫排斥反应和伦理道德等缺陷，在临床应用上备受争议。因此研究开发具有类似自体骨结构和功能的骨修复材料是当务之急。本文将天然高分子材料-明胶，通过仿生模拟方法制备具有自然骨化学组成和微观结构的骨修复复合材料。主要的研究工作包括：
⑴根据经典结晶理论，计算了在钙磷离子从明胶溶液中沉淀析出的驱动力和成核速率。结果表明：明胶能够降低钙磷盐结晶相从溶液中沉淀析出的吉布斯自由能，但是不改变钙磷离子析出的动力学过程。钙磷离子首先沉淀形成中间相的磷酸八钙，然后经过后续的晶相转变生成热力学上最稳定的羟基磷灰石(HA)晶相。
⑵利用化学沉淀法仿生模拟制备了明胶和各种生理无机离子共杂化的类骨磷灰石。该类骨磷灰石具有与自然骨无机相相似的化学组成和晶体结构，晶胞参数计算结果表明该类骨磷灰石的晶体参数较羟基磷灰石的大，高温下热稳定性降低。800℃即开始发生晶相转变，生成了HA和β-磷酸三钙(β-TCP)的两相复合物；1200℃，β-TCP成为该两相复合物的主要结晶相。该类骨磷灰石经压片后与MC3T3-E1小鼠胚胎骨细胞共培养，1周后细胞在材料表面粘附生长，并生成了纤维状细胞外基质，表明该材料无细胞毒性，具有良好的细胞亲和性能。
⑶研究了明胶在制备缺钙磷灰石(Ca-dHAP)中的作用，并探讨了明胶分子对于Ca-dHAP在高温下生成纯相β-TCP的相变机理。
⑷利用生物矿化原理，采用化学沉淀法制备了聚乙烯醇/明胶/纳米钙磷盐(PGC)复合材料。SEM结果表明该材料具有20～350μm的孔径大小，孔孔相连，分布均匀；三种单相材料在微观上分散均匀。XRD和FT-IR结果均表明PGC复合材料中生成了纳米钙磷盐磷灰石，与有机相之间发生了化学键合。双缩脲法表明该PGC复合材料能够在PBS溶液中发生降解，降解的速率与复合材料中明胶的含量成正相关。SEM和EDS结果表明该PGC复合材料浸泡于SBF溶液中4天和10天后，能够诱导溶液中的钙磷离子在材料中生成磷灰石，浸泡的时间越长，生成的磷灰石数量也越多，说明该材料具有生物活性。将PGC复合材料与MC3T3-E1小鼠胚胎骨细胞共培养，7天后，细胞在材料上生长状态良好，并发生了增殖，倒置显微镜结果表明复合材料的一些碎片与细胞融合生长，说明材料无毒，具有细胞亲和性，是一种潜在的骨修复复合材料。
⑸利用MTT法研究了明胶的细胞毒性。结果表明明胶的细胞毒性与明胶种类和明胶浓度无关，细胞毒性级别为0和1级，没有细胞毒性。统计分析表明，明胶种类对MC3T3-E1小鼠胚胎骨细胞的生长增殖没有显著影响；在本实验条件下，明胶浓度在0.3mg/ml时，对MC3T3-E1小鼠胚胎骨细胞的生长增殖具有极显著影响。该研究结果表明可以选择任意一种去离子明胶用作制备骨修复复合材料。