张琦[1]2008年在《新型医用高氮无镍奥氏体不锈钢的力学及生物相容性研究》文中研究表明本论文针对常用医用316L不锈钢中潜在的镍离子危害,研究了Fe-18Cr-15Mn-2Mo-0.62N新型医用高氮无镍奥氏体不锈钢的性能。采用金相和X射线衍射实验以及拉伸、冲击和显微硬度测试对其组织、力学性能进行了研究;通过溶血实验,抗凝血性能测试(包括血小板粘附实验,动态凝血实验以及凝血因子测定实验)来评价其生物相容性;并通过研究医用高氮无镍奥氏体不锈钢在0.9%NaCl溶液(生理盐水)、模拟血浆和Hank's溶液中的电化学行为,评价其耐蚀性能。结果表明:医用高氮无镍奥氏体不锈钢相比于316L不锈钢和钴铬合金具有较高的强度和硬度,同时塑性和韧性仍可保持较高的水平。医用高氮无镍奥氏体不锈钢的溶血率低于1%,抗溶血性能明显优于钴铬合金和316L不锈钢。在血小板粘附实验中,医用高氮无镍奥氏体不锈钢表现出更为优良的抗血小板粘附能力,长时间与血液接触后粘附血小板数量远低于316L不锈钢和钴铬合金,并且粘附的血小板很少发生聚集和变形。医用高氮无镍奥氏体不锈钢动态凝血时间和血浆复钙时间均较长,而凝血酶原时间与316L不锈钢和钴铬合金相当,表明其对内源凝血因子的激活程度较小,具有更好的抗凝血性能。在37℃的0.9%NaCl、模拟血浆和Hank's溶液中,医用高氮无镍奥氏体不锈钢的耐蚀性尤其是耐点蚀性能最好,点蚀电位Ep值最高,达到1000mV以上,明显高于钴铬合金和316L不锈钢。新型医用高氮无镍奥氏体不锈钢相对于传统的生物医用材料具有更为优良的强韧性组合,更好的耐腐蚀性能,优良的生物相容性以及较低的成本和良好的加工成型性,由于不含有潜在毒副作用的镍元素,作为人体植入材料具有极大的优势,将大大提高无镍不锈钢材料植入件的长期使用安全性。
栾迪[2]2016年在《新型医用高分子材料的制备及生物相容性评价》文中进行了进一步梳理生物医用材料是指在医用层面上被用作体内或体外的装置,其应用范围涉及到医药、外科、康复等许多领域。在当代医学中,在缓解病痛,拯救生命及提高病人的生活质量等方面做出了重大的贡献。随着医疗水平的发展及社会的进步,人类对于生物医用材料的需求及要求也越来越高。医用材料蓬勃发展,多种功能性材料层出不穷,在关注其功能性的同时,还有更为基本也更为重要的评价标准,即生物相容性。生物相容性的定义有很多方面,但是每个概念中都有相同的部分,即“生物相容性是生物医用材料与其它材料最主要的差别,也是最基本的要求。”医用高分子材料只有具有良好的生物相容性,才能应用于人体,进而发挥其功能性,造福于人类。因此,对于新型医用材料进行生物相容性评价具有重要的现实意义。龙脑,作为传统中药,具有良好的临床效果,传统应用是将龙脑作为活性小分子,通过表皮或肠道给药改善或者治疗症状。本文对龙脑进行新的应用方式,通过共价键将龙脑制备成高分子材料(PBA)或龙脑功能化天然高分子材料(BFC),制备出新型功能性医用材料。对新型龙脑基医用材料进行部分材料相容性评价,包括材料浸提液体外毒性评价,材料体外体内降解评价,表面蛋白吸附及细胞粘附行为评价。主要研究成果如下：1、龙脑高分子材料PBA具有良好的细胞相容性,无体外毒性。两种手性材料L-PBA和D-PBA材料浸提液均无有毒物质渗出,化学性质稳定,可以达到国标一级标准；2、两种于性聚合物材料通过细胞直接接触评价,无明显形变及细胞毒性现象,L型聚合物较D型聚合物具有更好的抗细胞粘附效果。蛋白吸附试验的结果表明,在手性材料上,蛋白吸附存在与细胞粘附相似的差异性。通过材料与蛋白相互作用的研究,可以更好地支撑细胞实验的结论。3、龙脑高分子聚合物材料具有良好的生物相容性,无明显细胞毒性,材料性质稳定,具有抗细菌粘附等优良特点,具有作为医用材料应用的前景。4、利用多组分聚合反应,设计合成了龙脑高分子聚合物(PSB)。通过核磁等表征方法证明了PSB合成成功。材料具有良好的稳定性,且无细胞外毒性,细胞相容性良好,是新型的高分子材料。5、本文通过共价键将L-龙脑接枝到纤维素表面,得到龙脑功能化修饰的纤维素材料(BGC)。材料表征证明龙脑对材料的修饰程度为17%。对材料浸提液进行细胞毒性评价,表明材料具有良好的细胞相容性,且材料性质稳定。材料可以抑制真菌类生长。BGC材料具有良好的生物相容性及生物功能性,具有良好的应用前景及应用价值。
郑玉峰, 吴远浩[3]2017年在《处在变革中的医用金属材料》文中指出进入21世纪,医用金属材料正在发生变革。以可降解金属、纳米晶金属、大块非晶合金为代表的新型医用金属材料被尝试作为植入材料,材料属性正在从生物惰性向生物活性和生物功能化(抗菌、抗增生、抗肿瘤)方向发展,同时3D打印技术和薄膜技术也在被尝试用于金属植入器械的先进制造以及智能化。本文综合评述了处于变革中的医用金属材料研究现状,展望了新型医用金属材料功能化、复合化、智能化的未来发展趋势。
陈叶廷[4]2013年在《血液过滤材料的改性及生物相容性研究》文中研究表明生物医用材料(biomedical materials)是用于对生物体进行诊断、治疗和置换损坏的组织、器官或增进其功能的材料。其中高分子材料及其复合材料是应用最广的生物医用材料。血液过滤材料通常是与人体直接或间接接触,用于去除对人体有害的组分或成分的生物医用高分子材料,在白细胞滤器、血小板滤器、人工肾(肾透析器)、人工肝、人工肺等新型医疗器械中有着重要的应用前景。血液过滤材料的亲水性和生物相容性是决定其临床应用的关键因素,也是目前学术界和相关产业界的研究热点。本论文采用接枝和涂层两种改性方法对国际通用的两种血液过滤材料聚对苯二甲酸丁二醇酯非织造布(PBTNW)和聚丙烯非织造布(PPNW)进行改性研究,研究的目的在于提高血液过滤材料的亲水性和生物相容性。利用理化表征扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、X光电子能谱(XPS)、热重(TG)、接触角等手段对改性前后的膜材料进行表征以及亲水性检测；同时采用溶血率实验、体外凝固实验、血浆复钙实验、血小板及全血粘附实验、补体激活及血小板激活实验、蛋白吸附实验、细胞毒性实验等方法对改性前后的血液过滤材料进行生物相容性表征。研究表明,经壳聚糖(CS)、肝素(Hep)以及甜菜碱(Betaine)改性后的膜材料与单体结合稳定,并且通过血液实验证明改性后膜材料具有良好的抗凝血性能,具有良好的血液相容性以及生物安全性。本文的研究涉及以下叁个方面的内容：1.壳聚糖单独接枝PBTNW的接枝改性研究壳聚糖具有良好的生物相容性以及生物降解性,在医药领域广受亲睐,常被应用于医药用膜和敷料、硬组织修复材料、血液接触材料、药物控释材料、药用及保健功能等,当被用于血液接触材料时,由于壳聚糖本身具有较强的凝血作用,包扎用纱布经壳聚糖溶液处理后包扎伤口,能立即止血。但是,当对壳聚糖进行适当改性后,其凝血作用会转变为抗凝血作用。因而用改性后的壳聚糖对血液过滤材料PBTNW进行接枝改性,改性后进行理化表征以及生物相容性实验,结果表明改性后的壳聚糖接枝的PBTNW血液过滤材料具有较好的亲水性以及生物相容性。2.壳聚糖和甜菜碱的接枝液对PPNW的涂层改性研究甜菜碱是一种两性离子表面活性剂,它含有丰富的磺酸基以及磷酸,具有良好的生物相容性。也有研究将甜菜碱用于医用材料的改性研究,这里我们将上述改性后的壳聚糖与甜菜碱通过接枝作用形成接枝液,然后接此接枝液对血液过滤材料PPNW进行涂层改性,改性结果表明,甜菜碱能够与壳聚糖共同作用涂覆到材料表面,提高材料的亲水性以及生物相容性,使修饰后的血液过滤材料达到良好地过滤血液效果。3.壳聚糖和肝素共同涂层PPNW的涂层改性研究众所周知,肝素以及类肝素物质具有较好的抗凝血作用,我们以壳聚糖为基础物质,将肝素接枝到壳聚糖上,然后将接枝液对血液过滤材料PPNW进行涂层改性,改性结果显示,壳聚糖与肝素的接枝液能够起到良好的改性作用,能够提高材料的亲水性以及生物相容性。实验研究表明,选用的改性单体如壳聚糖、肝素、甜菜碱等物质均能够通过接枝或涂层的改性的方法修饰到血液过滤材料PPNW或PBTNW的表面,同时能够使材料具有良好的亲水性和生物相容性。
张琳[5]2011年在《医用硅橡胶表面的PEG接枝改性及生物相容性评价》文中指出植入青光眼导流装置已成为目前治疗重症青光眼病的主要方法,青光眼导流装置主要采用的是硅橡胶材料,这种材料表面疏水性极强,植入后容易在材料周围形成很厚的纤维包囊,从而使导流装置的功能丧失。本论文用聚乙二醇甲醚丙烯酸酯(PEGMEA)对医用硅橡胶进行了亲水化表面改性,并对其改性原理、表面亲疏水性、抗蛋白粘附性、抗细胞黏附性以及组织生物相容性进行了系统评价。在叁氟甲磺酸的催化作用下,聚(甲基氢硅氧烷)中的部分含Si–H基团链段通过链交换反应引入到硅橡胶表面,形成表面功能化硅橡胶。在铂金催化剂的作用下,PEGMEA上的双键与Si–H基团发生硅氢加成反应,从而使亲水性聚乙二醇分子链接枝到硅橡胶表面。傅立叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)结果显示,通过化学接枝改性可将亲水性PEGMEA分子链引入到硅橡胶表面;水接触角测试结果证实接枝改性后硅橡胶表面的强疏水性得到一定程度的缓解;牛血清白蛋白粘附结果证实,经表面改性后的硅橡胶表面蛋白粘附量降低了约55%;而L929成纤维细胞黏附结果表明,PEGMEA改性硅橡胶上黏附的细胞数量只有原始硅橡胶的65%左右,且细胞基本呈圆球状;细胞毒性评价结果显示,改性后的硅橡胶细胞毒性等级为0级。通过兔眼部组织植入法进一步评价了亲水化改性硅橡胶的体内组织学反应,通过HE染色切片法对比研究了改性前后硅橡胶植入体的纤维包囊厚度、免疫细胞反应等情况。结果表明,植入2周、4周和6周后,改性硅橡胶周围产生的纤维包囊的厚度均小于未改性的医用硅橡胶,综合叁个时间点的纤维包囊厚度统计数据,改性后硅橡胶周围产生的纤维包囊厚度比改性前平均减少约35%左右;但巨噬细胞数量统计结果显示,与原始硅橡胶相比,表面改性硅橡胶并没有明显减少炎症反应。
胡丰华[6]2003年在《C_（3D）/EP骨折内固定物的制备及材料的生物相容性研究》文中研究指明本文采用RTM工艺制备C3D/EP复合材料,进行了弯曲、剪切、冲击、拉伸等力学性能实验,分析了编织参数对各项性能的影响,并制备出形状复杂的C3D/EP复合材料骨折内固定物——髓内针和人工锥板,优化了RTM工艺参数。对几种树脂基复合材料进行了细胞毒性实验,采用直接接触法将3T3细胞直接接种材料表面、培养并对细胞生长形态进行观察,标本固定后进行SEM分析;并对这几种材料进行了溶血实验,分析了材料对血浆游离血红蛋白(FHb)、结合珠蛋白(Hp)两项人体血液指标的影响;在体外实验基础上,对C3D/EP复合材料内固定物进行了山羊的大动物体内植入实验。结果表明C3D/EP复合材料表面细胞生长形态正常,帖附良好,优于其它几种树脂基复合材料;C3D/EP复合材料对人血的FHb和Hp两项指标影响均在正常值范围内;动物体内植入后无明显炎症反应,骨组织生长良好,并与种植物结合紧密。C3D/EP复合材料力学性能比传统骨折固定材料与人骨更匹配,具有良好的生物相容性。在骨折内固定器械领域有极大发展潜力。
赵言腾[7]2016年在《羟乙基纤维素/大豆蛋白质复合生物材料的制备、评价及其应用研究》文中研究表明纤维素作为自然界中含量最丰富的天然高分子,已被广泛用于各个行业和领域。因其具有良好的生物相容性,所以也长期应用于生物材料领域。但是,由于人体内没有降解纤维素的酶,这就导致纤维素在体内不能被降解,限制了纤维素作为可降解植入生物材料的应用。羟乙基纤维素是以纤维素为原料,通过碱化和醚化而得到的一种纤维素衍生物,易溶于水,具有良好的增稠、悬浮、分散、乳化、粘合、成膜、保水和提供保护胶体等特性,已被广泛应用在石油开采、涂料、建筑、纺织、造纸、食品、医药等领域。羟乙基纤维素本身不带酸性和碱性基团,无神经毒性,在体内能够分解成单糖,7-14天就能够被人体完全吸收,表现出良好的生物相容性。因此,它不仅具有纤维素的一些优良性能,并且具有纤维素不具备的体内降解性能,从而开发基于羟乙基纤维素的新型生物材料具有重要的理论意义和应用价值。大豆蛋白质作为一种天然高分子,来源丰富,可食用,可降解,在生物材料领域的应用刚刚起步。大豆蛋白质来源于植物,避免了动物源性疾病的传染,其降解产物对细胞无毒副作用,甚至有促进细胞增殖和组织再生的作用。同时,大豆蛋白质具有多种生物活性,比如,可以降低胆固醇,促进骨细胞的分化和生长,降低心血管疾病和一些癌症的发病几率等。良好的降解性、生物相容性和多种生物活性特点,为其在生物材料领域的应用奠定了良好的基础。另外,大豆蛋白质可以通过溶解或者热塑的方法对其进行加工处理,具有良好的加工性能,可制成薄膜、凝胶、海绵和纤维等各种类型的材料。作为生物材料,大豆蛋白质已经在药物释放、伤口敷料和组织工程支架材料等领域得到了一定应用。进一步研发基于大豆蛋白质的生物材料,不仅可丰富生物材料种类,而且可大大提高其附加值,值得深入和系统研究。由此,本论文以羟乙基纤维素和大豆分离蛋白质这两种天然高分子为主要原料,分别通过含有环氧基团的环氧氯丙烷和乙二醇二缩水甘油醚为交联剂,制备羟乙基纤维素／大豆蛋白质复合膜材料和复合海绵材料,系统地评价它们的理化性能和生物相容性；根据海绵材料具有多孔、可透气特性,通过动物实验评价其对皮肤损伤的修复功能；根据海绵材料经过热压后具有形状记忆和遇水可恢复原来形状的特点,通过皮下填充实验,评价其作为体内软组织填充和修复材料的可行性；利用羟乙基纤维素／大豆蛋白质复合海绵良好的加工性能,制备出具有不同通道数目的多通道海绵导管,并通过动物实验评价其对周围神经缺损的修复功能；通过原位聚合反应,在羟乙基纤维素／大豆蛋白质复合海绵内部引入聚毗咯,制备新型高分子生物复合材料,赋予其导电功能和更好的力学性能以及新的潜在用途。本工作的主要内容包括以下几个方面：(1)羟乙基纤维素/大豆蛋白质复合膜材料的制备及其生物相容性评价研究：以羟乙基纤维素和大豆分离蛋白为主要原料,以环氧氯丙烷为交联剂,通过共混、流延、干燥等工艺制备了羟乙基纤维素/大豆蛋白质复合膜；通过傅里叶红外光谱、X-射线衍射、碳谱固体核磁、扫描电镜、紫外光谱、吸水和吸潮率检测、体外降解实验和力学性能测试等表征了复合膜的结构和理化性能；通过MTT实验和细胞培养实验评价其细胞相容性；通过血小板粘附、复钙时间和溶血率测量评价其血液相容性；通过体内降解实验评价其组织相容性和生物降解性能。结果表明,通过环氧氯丙烷交联的羟乙基纤维素/大豆蛋白质复合膜具有可调控的吸水性能、透光性和力学性能,同时具有良好的生物相容性和体内降解性,具有作为生物材料的应用潜能。(2)羟乙基纤维素/大豆蛋白质复合海绵材料的制备、生物相容性评价及皮肤缺损修复功能研究：以羟乙基纤维素和大豆分离蛋白为主要原料,以乙二醇二缩水甘油醚作为交联剂,通过共混、交联、冷冻干燥等工艺制备了羟乙基纤维素/大豆蛋白质复合海绵；通过傅里叶红外光谱、X-射线衍射、碳谱固体核磁、扫描电镜、吸水及保水率测试和压缩性能测试表征了复合海绵的结构和理化性能；通过MTT实验和细胞培养实验评价其细胞相容性；通过凝血常规、全血孵育实验和溶血率测量评价其血液相容性；通过大鼠皮肤缺损修复实验,评价其皮肤缺损修复功能和作为伤口敷料的应用潜能。结果表明,复合海绵材料具有均匀的多孔结构、良好的吸水性和保水性能、力学性能和生物相容性,并且具有皮肤缺损修复功能,其修复效果优于医用纱布。(3)形状记忆材料羟乙基纤维素／大豆蛋白质复合海绵的制备及软组织缺损填充与修复功能研究：利用羟乙基纤维素／大豆蛋白质复合海绵的形状记忆功能和热压后遇水恢复原状的性能,研究压力、温度、热压和循环次数等因素对海绵的压缩性能和遇水后的恢复性能的影响；采用傅里叶红外光谱、X-射线衍射、扫描电镜和吸水率表征可恢复性海绵的理化性能；通过细胞培养实验评价其细胞相容性；通过皮下填充实验评价其用于软组织损伤的填充和修复功能。结果表明,复合海绵材料在一定范围内单一压力作用下,产生的形变具有可恢复性；在单一温度作用下,其形变量很小,对海绵体积变化影响不大,但是温度超过一定温度时材料易分解碳化;热压状况下,在一定温度和压力范围内,其形变可以恢复。动物实验结果表明复合海绵材料具有软组织损伤填充和修复功能。(4)多通道羟乙基纤维素／大豆蛋白质复合海绵神经导管的构建及其周围神经缺损修复功能的研究：利用羟乙基纤维素／大豆蛋白质复合海绵材料制备具有不同通道数目的海绵神经导管,同时制作大鼠坐骨神经缺损模型,研究不同通道数目的复合海绵导管对大鼠周围神经缺损的修复功能。扫描电镜观察导管结构,表明所制备的不同通道数目的海绵导管内的通道均匀分布,通道壁周围遍布复合海绵的孔隙结构；神经缺损桥接手术3个月后,通过HE染色、荧光双标观察,可以看到再生神经排列为较为规则的神经纤维束。通过甲苯胺蓝染色和透射电镜观察,结果表明,有大量的有髓神经纤维再生,3通道和7通道的修复效果要优于单通道导管。通过肌肉masson叁色染色和肌肉纵切扫描电镜观察结果表明,通过导管桥接修复之后,萎缩的肌肉得到一定程度的恢复,3通道和7通道的肌肉恢复程度优于单通道。因此,多通道羟乙基纤维素/大豆蛋白质复合海绵导管对于缺损的周围神经具有一定的修复作用,并且3通道和7通道的修复效果优于单通道。(5)原位聚合聚吡咯导电复合海绵材料的制备及其生物相容性评价：以羟乙基纤维素/大豆蛋白质复合海绵为基底材料,通过原位聚合反应,在海绵内引入聚吡咯,赋予其导电功能。通过傅里叶红外光谱、X-射线衍射、扫描电镜、透射电镜和压缩性能表征导电复合海绵的理化性能；通过MTT实验和细胞培养实验评价导电复合海绵的细胞相容性；通过凝血常规检测、溶血率和血细胞孵育测试评价复合海绵的血液相容性。结果表明,通过原位聚合吡咯,海绵材料的力学强度得到了提高,结构基本保持不变,不仅保持原有的良好的生物相容性,而且具有导电功能,为开发新型导电高分子复合海绵材料提供了依据。综上所述,本论文成功制备了一系列羟乙基纤维素／大豆蛋白质复合膜与复合海绵材料,通过高分子物理和化学的方法表征了复合膜与复合海绵的结构和理化性质,通过体外细胞培养实验、血液实验和动物体内植入实验系统评价了复合膜和复合海绵的细胞相容性、血液相容性、组织相容性和生物降解性,证明了复合膜和复合海绵具有良好的生物相容性和生物降解性,并且通过动物皮肤缺损修复实验、皮下填充实验和周围神经缺损的修复实验证明了其作为组织工程支架材料的应用潜能,为其今后的应用提供了理论依据和实验支撑。
王雪[8]2014年在《Ti表面构建肝素—纤连蛋白-VEGF生物功能层及抗凝/诱导内皮化评价》文中研究表明心血管疾病介入治疗中,血管支架内再狭窄问题是影响支架疗效的重要原因之一。再狭窄主要是由血栓形成、组织异常增生及平滑肌迁移引起的。血管支架等与血液长期接触的材料,必须具备良好的血液相容性。有研究表明,内皮细胞是与血液接触的最理想表面。因此,支架植入表面快速内皮化是必不可少的。目前研究的热点是,植入生物功能化的材料以捕获血液中的内皮祖细胞,使其分化为自体的内皮细胞。本文利用静电吸附作用将肝素、纤维连接蛋白(Fn)、VEGF固定于氨基化的钛表面,期望得到抗凝血／诱导内皮化的生物功能层。通过碱活化使钛表面产生大量呈负电性的羟基反应基团,再静电吸附聚赖氨酸生物过渡层以获得带有大量氨基的正电荷表面。然后,利用静电吸附及生物分子间的特异性识别作用,将肝素、Fn及VEGF固定于氨基化的表面,构建Hep/Fn/VEGF生物功能层。FTIR结果表明,Ti经碱活化后表面带有大量-OH,静电吸附PLL后得到富含-NH2的表面；XPS、甲苯胺蓝定量肝素及免疫组化结果表明,已成功将生物分子固定在氨基化的Ti表面,构建了Hep/Fn/VEGF生物功能层；AFM、水接触角结果表明,与Ti相比,固定生物分子后表面粗糙度减小,且亲水性增强。肝素释放结果表明,样品表面固定的肝素在释放12h后出现突释,但随着时间的延长,释放得越来越缓慢；VEGF释放结果表明VEGF在28d的释放过程中释放得越来越缓慢,这些结果说明虽然本文采用静电吸附作用构建生物功能层,但生物功能层具有一定的稳定性。体外血液相容性评价结果表明,与Ti表面相比,Hep/Fn/VEGF生物功能层具有较好的ATIII结合活性,能有效抑制血小板粘附与激活,延长凝血时间；纤维蛋白原粘附及变性比Ti增多,但变性比例较Ti明显降低,表明Hep/Fn/VEGF生物功能层具有良好的抗凝血性能。体外细胞相容性评价结果表明,与Ti表面相比,Hep/Fn/VEGF生物功能层能显着促进内皮祖细胞、内皮细胞的粘附及增殖,在一定程度上抑制内皮细胞凋亡,同时还能抑制平滑肌细胞增殖。体外诱导内皮化结果表明,Hep/Fn/VEGF生物功能层能较好的促进内皮祖细胞趋化及内皮细胞迁移。这些结果说明生物功能层具有良好的细胞相容性及诱导内皮化能力。对材料表面性质、生物分子的引入及生物分子间相互竞争与平衡作用对材料表面生物相容性的影响机理进行了探讨。适当提高表面亲水性及纳米尺寸的粗糙度有利于改善材料表面生物相容性。通过肝素、Fn和VEGF在材料表面的竞争吸附与平衡作用,生物分子能发挥各自的生物学功能,从而改善表面生物相容性。综上所述,本文在Ti表面成功构建Hep/Fn/VEGF生物功能层,通过生物分子间的竞争吸附及平衡,生物功能层表现出良好的抗凝血性能及诱导内皮化能力。本工作为心血管材料抗凝血／诱导内皮化功能的实现提供了重要的参考。
石锐[9]2008年在《热塑性淀粉材料的改性及生物医用探索》文中提出淀粉是一种来源丰富的可降解型天然多糖类高分子化合物。由于其具有原料来源丰富,无毒,可降解且降解产物无毒等诸多优点,在生物材料领域具有良好的应用前景。本论文以热塑性淀粉作为主要原材料,以临床医用为目的,在特定条件下研究了高甘油含量的热塑性淀粉弹性体的老化机理及在相关体液模拟液中的降解机理,针对传统的甘油增塑的热塑型淀粉易老化,吸水性强及在体液模拟液中易崩裂,难于维持力学性能等缺陷,对其进行一系列改性(新型增塑剂共增塑、共混、酯化、交联)。此外,还针对一些特定的应用目标(诱导组织再生膜,骨修复用注射型水凝胶)制备出相关的热塑性淀粉复合材料,研究了复合材料本身的结构与性能,体外降解性能及生物相容性。此外,还对制备的可注射型骨修复用水凝胶进行了系统的体内外生物相容性评价,并通过动物实验考察了它对于颌骨修复的效果。本论文主要有以下几个方面的贡献:(1)通过高甘油含量增塑的方法制备了具备一定弹性的热塑性淀粉,首次提出该热塑性淀粉弹性体可潜在应用于软组织工程支架及治疗口腔溃疡用贴膜材料。在保存过程中发现甘油增塑热塑性淀粉(GTPS)容易发生老化,老化是影响GTPS应用的主要因素。本论文针对潜在的应用目标,研究了在人体正常体温(37℃)以及人体感觉比较舒适的相对湿度(RH,50%)条件下,高甘油含量GTPS这个复杂的叁元材料体系的老化机理。首次对GTPS弹性体在血浆及唾液模拟液中的降解行为及降解机理进行了研究。研究结果表明当甘油含量高于40%(占总重)时,材料表现出弹性体性征,高甘油含量有助于抑制双螺旋结构的B-型结晶产生但有利于直链淀粉单螺旋V-型结晶结构的生成,以往有关老化机理的研究都未涉及甘油含量对单螺旋结晶生成的影响。当甘油含量高于40%(占总重)时,材料在54天内力学性能变化不大,不同测试结果均证明了高甘油含量有明显的抑制老化作用。首次提出GTPS弹性体在血浆及唾液模拟液中的降解机理。在血浆模拟液中的降解机理是典型的本体降解机理,先溶胀后降解。唾液模拟液中的降解机理是先从酶对于材料表面的侵蚀开始,由表及里逐步发生降解,降解的过程中同时伴随溶胀,前2h主要以表面降解为主,之后表面降解与本体降解同时进行。唾液模拟液中的降解速度远大于血浆模拟液中的降解速度。细胞毒性试验证明GTPS在血液模拟液中的短期浸提物及长期降解产物对L929小鼠成纤细胞的生长都无不利影响,且降解产物有促进细胞分裂的作用。该结论对于GTPS作为体内埋植材料的具有十分重要的价值。通过对GTPS在唾液模拟液中降解行为的研究,发现其表面快速降解性征非常适合作为潜在的短期伤口敷料应用于口腔溃疡的治疗中。(2)基于第一部分的研究,GTPS存在的易老化,难以在体液中维持力学和尺寸稳定性等缺陷,采用柠檬酸与甘油共同增塑淀粉(CGTPS),深入研究了CGTPS的结构与性能。研究结果表明与传统甘油增塑的TPS相比,CGTPS具有以下特殊的结构和性质:部分酯化,低分子量以及较强的淀粉/增塑剂间相互作用。部分酯化可以防止材料的老化,在淀粉分子链上引入新的基团,从而为潜在改性提供反应位点及提高与可降解聚酯的相容性。分子量的降低可以提高材料的加工性能,调节降解速度,提高CGTPS在聚酯材料中的分散性。此外,该CGTPS材料可以通过熔融共混在短时间内方便制备。CGTPS所具有的这些特殊性质将会使其在环保材料和生物材料领域得到广泛的应用。(3)制备了厚度在0.05-0.1mm的淀粉/PVA薄膜(SP)膜,首次提出将SP膜用于诱导组织再生(GTR)技术,并针对GTR膜的要求对SP膜的力学性能、溶胀性能、血浆及唾液模拟液中的降解行为及相关生物相容性进行了研究。结果表明SP膜具备很好的亲水性和柔韧性,力学及降解速度可调性和良好的生物相容性,能够在30天内保持其完整性和力学性能稳定性,具备GTR应用要求的潜质,但仍然存在吸水率高溶胀快的缺陷,且吸水后力学性能下降迅速。因此,我们选择了柠檬酸(CA)交联法对SP膜进行了进一步改性,在140℃高温成型条件下制备出一系列不同CA(5-30wt%)含量的SP薄膜,并对其结构进行了细致的研究。发现在高温成型条件下,一部分CA能够与淀粉和PVA之间发生了酯化反应,酯化反应的发生和CA的多羧基结构又导致了体系的化学交联;此外,体系中残留的CA能起到淀粉与PVA的增塑剂作用,且与甘油相比,CA上的羧基能够与淀粉和PVA形成更稳定的氢键作用,从而有效抑制材料老化;酯化和交联还使得SP膜吸水率的下降热稳定性升高。细胞毒性试验证明CA含量在20%以内对细胞毒试验评级结果为0-1级,仍然具有良好的细胞相容性。(4)对淀粉/海藻酸钠可注射型物理水凝胶进行了6种体外及体内生物相容性评价(溶血实验、细胞毒性实验、经静脉和经口途径全身急性毒性实验、皮下埋植及骨埋植实验)。评价结果为细胞毒性分级为0-1级,不会导致急性溶血反应,无急性毒反应,有轻微皮下组织反应,无骨吸收和骨破坏现象,是一种生物相容性良好的水凝胶材料。通过添加纳米羟基磷灰石制备了淀粉/海藻酸钠/纳米羟基磷灰石复合材料,并通过动物实验观察了其在兔颌骨缺损中的修复效果,实验表明复合纳米羟基磷灰石的淀粉/海藻酸钠注射型水凝胶的修复速度、修复区骨密度、下颌骨体边缘的光滑度均优于空白或单纯使用淀粉/SA材料的修复效果,组织学显示试验侧成骨的方式是周围和中心成骨两种并存,总体来说该水凝胶具有良好的生物安全性和较好的成骨效果。
沈高天[10]2016年在《真丝小口径人工血管材料表面自组装改性及性能评价》文中认为心血管疾病已成为威胁人类健康的首要杀手,其致死率达40%。为有效防治心血管疾病,较多采用外科移植,用人工血管替换病变部位的血管。目前,大中口径血管移植取得了较好的临床效果,远期通畅较为理想,而小口径人工血管的移植成功率较低,至今仍制约其发展。造成小口径人工血管移植失败的因素很多,主要是材料的综合性能与宿主血管不匹配。如何制备性能优良的小口径人工血管材料是小口径人工血管研究中的热点和难点。此外,小口径人工血管生物相容性研究较为单一,目前国内鲜有报道动态条件下细胞在材料上的生长。实验室中主要集中在静态条件下,对细胞与材料之间相容性进行评价,以此判定材料生物相容性,缺乏对动态情况下细胞与材料表面相互作用,生长状态的探索。往往导致材料虽然在静态下生物相容性良好,一旦植入体内处于动态环境中,移植容易失败。针对小口径人工血管的这些难点,本论文采用蚕丝为原料,通过脱胶、溶解等工艺,制备生物相容性优良的中分子量再生丝素蛋白,并对脱胶后真丝材料表面进行层层自组装改性,以期能够一定程度上解决这些问题。本研究主要围绕以下4个部分进行:(1)制备中分子量再生丝素蛋白。中分子量丝素蛋白溶解性和成膜性适中,利于自组装表面改性。采用0.5wt%碳酸钠水溶液和8m尿素水溶液分别对蚕丝进行脱胶,通过苦味酸胭脂红染色、计算失重率以及扫描电镜观察等方法评价蚕丝脱胶效果。选用9.3m溴化锂水溶液和摩尔比为1:2:8的氯化钙-乙醇-水叁元溶液分别溶解脱胶后的丝素蛋白纤维。利用sds-page凝胶电泳对最终获得的再生丝素蛋白的分子量及其分布进行分析测定,筛选出能够获得中分子量再生丝素蛋白的脱胶、溶解工艺;(2)层层自组装改性真丝小口径人工血管材料,并对其物理性能、生物相容性进行评价。丝胶残留可能会引起炎性反应,脱胶后的真丝小口径人工血管材料仍有小部分丝胶残留。通过层层自组装的方法,以中分子量再生丝素蛋白溶液和海藻酸钠溶液作为聚电解质进行表面组装改性能将表面丝胶包覆在里面,并利用75%乙醇溶液使丝素蛋白二级结构向稳定状态转变,起到固定丝素蛋白的作用。同时,对层层自组装后的材料表面形貌、力学性能、稳定性、细胞相容性、血液相容性进行了较系统的测试;(3)建立体外动态培养体系,分析流体剪切力对细胞在改性材料上的生长影响。现有动态培养装置大多用于组织工程培养,针对组织工程支架进行动态培养,不适用于人工血管材料。本课题设计了一种简便的、适用于人工血管材料表面细胞动态培养的装置,在材料表面产生模拟血液流动的流体,并且通过调节入口流速实现剪切力可控,从而有效实现体外动态条件下研究细胞在材料上的生长情况,真实地模拟试样植入体内后所处的环境;(4)一体成型管状真丝小口径人工血管并进行改性处理,研究其动态顺应性。利用一体成型管状织物的技术,织造直径为6mm的管状真丝小口径人工血管。通过湿热处理的方法进行热定型,获得结构均匀的叁维管状真丝小口径人工血管。并通过脱胶、层层自组装技术对其表面进行改性,以提高管状真丝小口径人工血管的生物相容性。同时,基于biodynamictestinstrument测试平台,重点比较了改性管状真丝小口径人工血管、猪颈动脉以及其它参照人工血管的动态顺应性。经过反复实验,得出以下主要结论:(1)采用0.5%碳酸钠对蚕丝脱胶1h,并用9.3m溴化锂溶液在95℃条件下溶解丝素纤维,通过透析提纯,能够获得中分子量再生丝素蛋白溶液,其分子量分布在20~100kda之间;(2)基于层层自组装的研究理论,采用再生丝素蛋白溶液和海藻酸钠溶液作为两种聚电解质,调节溶液的ph值,获得适宜组装的聚电解质溶液。海藻酸钠作为阴离子聚电解质,组装时ph值调为8,此时zeta电位值为-35.75±0.81mv;再生丝素蛋白作为阳离子聚电解质,组装时ph值调为2,此时zeta电位值为10.80±0.64mv;再生丝素蛋白作为阴离子聚电解质组装最外层,组装时ph值为8,zeta电位值为-9.23±0.46mv。此时,聚电解质溶液处于一般稳定状态,不发生凝结,较适宜进行自组装实验;(3)层层自组装能够改善材料表面粗糙度,沉积物厚度随之增厚。在组装1.5层(bilayer,-/+)时,表面沉积了组装物质,而且其表面较为粗糙,形成众多突起,组装膜的厚度为23nm;随着组装层数的增加,沉积物越积越多,组装上去的物质分布变得均匀细腻,表面的突起变得越来越小,粗糙度显着下降,厚度增长也越来越明显。当组装到9.5层时,已经形成较为光滑的表面,厚度达到215nm;(4)组装后对试样的稳定性、机械性强度都略有提高。通过红外光谱图可以发现,经过75%乙醇处理后,丝素蛋白的酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ处的特征峰发生偏移,表明处理后丝素蛋白由无规构象向β折叠构象转换,形成稳固的二级结构。热重分析结果表明,乙醇溶液处理后的试样热分解时的峰值温度从固定前的314.9℃增加到322.3℃,热稳定性轻微提升。经过24h流体切应力作用实验,组装膜能够经受流体的作用而稳定保持。随着组装层数的增加,顶破强度也不断变大,组装9.5层后试样的顶破强度达到15.28±0.16n/mm2,与商用的聚四氟乙烯人工血管试样(15.68±0.89n/mm2)相近,表明制备的试样能够达到体内使用的力学要求;(5)经过海藻酸钠/再生丝素蛋白层层自组装改性后,真丝小口径人工血管材料细胞相容性、血液相容性均得到显着改善。随着组装层数的增加,细胞在此材料上表现出较强的增殖能力,黏附细胞数量也增加。且随着组装层数增加到5.5层时,表面的细胞黏附越来越多,部分细胞铺展良好,呈梭形生长。当组装到9.5层时,经过一段时间培养,细胞能够在材料表面形成一层由细胞和细胞外基质组成的膜状物。通过血液相容性实验发现,随着组装层数的增加,黏附在材料表面的血小板明显减少,溶血现象也有改善。经过1.5层改性后,溶血率有所下降,当组装3.5层及以上时,溶血率降至0.45%以下,根据astmf756-00标准所述,该材料达到不溶血的标准。组装5.5层及以上时,表面无血小板黏附,展现出良好的抗血小板性;(6)通过流体模拟分析,获得不同入口流速下底面剪切力值。在低流速作用下,液体处于自由流动状态,动态培养器中部剪切力发展不均匀,扰动较大,但随着流速增加,动态培养器中部区域流体慢慢变得均匀。参照现有动态培养结论,本课题给细胞施加的剪切力分阶段逐步增大,从3dyn/cm2开始,培养一段时间后剪切力值增加3dyn/cm2,最终达到正常的颈动脉剪切力值12dyn/cm2。经过观察发现,当纤维与流体平行时,细胞在流体作用下会沿着流体方向取向,且细胞被拉长,呈细长型;当纤维与流体垂直时,由于材料表面的结构导致细胞无法沿流体运动方向取向,细胞呈扁圆型;在经纬纱线交织点处,流体在此处作用力较小,内皮细胞聚集生长形成内皮细胞层;(7)管状真丝小口径人工血管改性前后动态顺应性与生物血管尚有一定差距,后续有待进一步完善。实验中选择正弦波型,频率1hz,测试50-90mmhg、80-120mmhg、110-150mmhg以及140-180mmhg四种压力范围下直径的变化。选取四种直径相近的血管(猪颈动脉、商用机织人工血管、波纹化针织人工血管以及聚四氟乙烯人工血管)作为参照样。生物血管的动态顺应性达到7.21%/100mmhg以上,明显优于人工血管的动态顺应性(2.52%/100mmhg以下)。在叁种人工血管中,波纹化的针织人工血管由于组织结构以及经过波纹化处理后,动态顺应性比机织人工血管和聚四氟乙烯人工血管要好。而机织人工血管动态顺应性略优于聚四氟乙烯人工血管。真丝机织人工血管由于采用的纱线较粗,且初始模量要比涤纶高,因此成型后的管状真丝小口径人工血管动态顺应性不如商用机织人工血管。同时,经过表面改性处理后,由于表面固定了一层丝素蛋白膜,使得试样的动态顺应性有所下降。综上所述,通过中分子量再生丝素蛋白对真丝小口径人工血管材料表面进行改性,不影响材料的基本性能,且能够有效提升材料的细胞相容性和血液相容性,经过静态以及体外动态细胞培养,均能使细胞在材料表面粘附、增殖,改性后试样的溶血率以及血小板黏附性均得到显着改善。但制备的管状真丝小口径人工血管的动态顺应性与生物血管的动态顺应性尚有差距,需要在后续织造研究中着力解决。本课题为小口径人工血管的研究奠定了一定的基础。
参考文献：
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[8]. Ti表面构建肝素—纤连蛋白-VEGF生物功能层及抗凝/诱导内皮化评价[D]. 王雪. 西南交通大学. 2014
[9]. 热塑性淀粉材料的改性及生物医用探索[D]. 石锐. 北京化工大学. 2008
[10]. 真丝小口径人工血管材料表面自组装改性及性能评价[D]. 沈高天. 东华大学. 2016
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