D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2006.01.015 第28卷第1期 北。京科技大学学报 Vol.28 No.1 2006年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2006 几种骨组织工程复合支架材料在模拟生理 溶液中的生物矿化性能比较 郑裕东1）王迎军2》陈中华2) 陈晓峰2)吴刚2)谢建新1) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)广州华南理工大学材料科学与工程学院，广州510640 摘要采用生物活性玻璃(BG)、磷酸三钙(TCP)、羟基磷灰石(HA)等生物活性陶瓷与3-羟基丁 酸酯-3-羟基戊酸酯的共聚物(PBV)复合，制备了性能良好的骨组织工程支架材料，分析了 PHBV/BG,PBV/TCP,PHBV/HA三种复合多孔支架在模拟生理溶液中的一系列化学反应，以及 多孔材料在模拟生理溶液中浸泡后的成分、结构和微观形貌的变化.研究结果表明，三种复合支架 材料在模拟生理溶液中发生了降解反应而失重；PHBV/BG和PHBV/TCP在模拟生理溶液中还发 生了生物矿化反应，在表面形成矿化沉积层，为具有骨生物活性的结晶态类骨碳酸羟基磷灰石：而 PHBV/HA在模拟生理溶液中没有明显的生物活性反应， 关键词生物矿化；聚羟基烷酸酯；生物活性玻璃；B一磷酸三钙；羟基磷灰石；模拟生理溶液 分类号T0631;B332 在骨组织工程构建中，支架材料为骨细胞的 PHBV/TCP,PHBV/HA三种复合多孔支架在体 粘附、分化和增殖提供一个临时的培养场所，因此 外模拟生理环境中的降解性和生物活性反应，并 骨组织工程支架材料不仅应有生物相容性和降解 对复合支架材料在模拟生理溶液(SBF)中形成生 性，同时要求具有良好的细胞亲和性和生物活 物矿化层的微观形貌变化和成分结构进行分析和 性13].3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯的共聚物 表征 (PHBV)是利用微生物发酵合成的一种可降解热 塑性生物高分子，研究表明其作为组织工程支架 1 实验部分 材料有很好的应用前景[46].但PHBV还存在细 1.1试剂和原材料 胞亲和性和骨结合力较弱，降解产生的酸性物质 3-羟基丁酸酯(HB)-3-羟基戊酸酯(HV)共 可能导致无菌性炎症弱等不足，为解决上述问 聚物PHBV,ICI公司生产，等级为D400p,HV含 题，本课题组采用磷酸三钙(TCP)、羟基磷灰石 量10%；氯仿，分析纯；去离子水，自制：致孔剂； (HA)、生物活性玻璃(BG)三种生物活性陶瓷与 生物活性玻璃(BG;)、羟基磷灰石(HA)、3型磷酸 PHBV复合制备骨组织工程支架材料7-8]，研究 三钙(B-TCP),本实验室制备. 已知生物活性陶瓷在生理环境中可发生一系列离 1.2复合多孔支架材料的制备 子交换和溶解-沉淀反应，在表面形成碳酸羟基磷 称量经充分干燥的PHBV,加入一定量的氯 灰石(HCA)晶体.HCA在组成和结构上与天然 仿，搅拌并加热回流至完全溶解后，再按不同配比 骨的无机矿物类似，可吸附多糖，胶原等细胞外基 加入筛分好的致孔剂和生物活性陶瓷(BG,HA,B 质，并与宿主骨组织发生化学键合[91】.在以前 -TCP),充分搅拌，得到均匀的悬浊液；将此悬浊 的研究中，笔者已系统探讨了PHBV/BG复合支 液倒入模具中，恒温加压，待溶剂完全挥发后，将 架材料在模拟生理溶液中的一系列化学反应及结 所得PBV/致孔剂/生物活性陶瓷复合物浸入去 构和结构变化12).本文将主要研究PHVC/BG, 离子水中反复冲洗，得到PHBV复合三维多孔支 架材料，真空干燥(25℃，13.33Pa)24h. 收稿日期：2004-11-24修回日期：2005-03-22 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(No.59932050)；广 1.3体外生理模拟实验 东省自然科学基金资助项目(No.990621);广东省重点科技攻关 体外生理模拟实验所用的SBF溶液中所含 项目(N6.A302020202) 各种无机离子浓度和缓冲能力与人体血浆基本一 作者简介：郑裕东(1966一).女，副教投，博士 致[12].将SBF溶液和多孔支架试样称量和消毒第 卷 第 期 ‘ 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 似 比加卜艰 价场 。 。 ‘ 几种骨组织工程复合支架材料在模拟生理 溶液 中的生物矿化性能比较 郑裕 东 ’ 王 迎 军 陈 中华 陈晓峰 吴 刚 谢建新 北京科技大学材料科学与工程学院 ， 北京 广 州华南理工大学材料科学与工程学院 ， 广州 摘 要 采用 生物活性玻璃 、 磷酸三钙 、 轻基磷灰石 等生物 活性陶瓷与 一 轻基丁 酸醋一 一 羚 基 戊 酸 酷 的共聚 物 复合 ， 制备 了性 能 良 好 的 骨 组 织 工 程 支 架 材料 ， 分 析 了 ， ， ‘ 三种复合多孔支架在模拟 生理溶液 中的一 系列 化学 反应 ， 以 及 多孔材料在模拟 生理溶液 中浸泡后的成分 、 结构和微观形貌的变化 研究结果表 明 ， 三种复合支架 材料在模拟 生理溶液中发生 了降解反应而 失重 和 在模拟 生理溶液 中还 发 生 了生物矿 化反应 ， 在表面形成矿化沉积层 ， 为具有骨 生物活性 的结 晶态 类骨碳酸轻 基磷 灰石 而 在模拟 生理溶液 中没有明显 的生物活性反应 关锐词 生物矿化 聚轻基烷酸酷 生物活性玻璃 日一 磷酸三钙 羚基磷灰石 模拟 生理溶液 分类号 在骨组织 工 程构 建 中 ， 支架材料 为骨 细 胞 的 粘附 、 分化和增殖提供一个 临时的培养场所 ， 因此 骨组织工 程支架材料不仅应 有生物相容性和 降解 性 ， 同 时 要 求 具 有 良好 的 细 胞 亲 和 性 和 生 物 活 性 ‘ 一” 一 经 基 丁 酸 醋一 一 经 基 戊酸 醋 的共 聚 物 是利用微生物发酵 合成 的一 种可 降解热 塑性生物高分子 ， 研 究表 明其作 为组 织 工 程 支 架 材料有很好 的应用 前景 一 但 还 存在 细 胞亲和性和骨 结合力较 弱 ， 降解 产 生 的酸性物质 可 能 导 致 无 菌性 炎 症 弱 等不 足 为解决 上 述 问 题 ， 本课 题 组 采 用磷 酸 三 钙 、 经 基 磷 灰 石 、 生物 活 性 玻璃 三 种 生物 活性 陶 瓷 与 复合制 备 骨 组 织 工 程 支 架 材 料 一“ ， 研 究 已知生物活性 陶瓷在生理环境中可发生一 系列离 子交换和溶解 一沉淀反 应 ， 在表面形成碳酸轻 基 磷 灰石 晶体 在 组 成和 结 构 上 与 天 然 骨的无机矿物类似 ， 可 吸附多糖 ， 胶原等细胞外基 质 ， 并与宿 主 骨 组 织 发 生 化 学 键 合〔 一 川 在 以前 的研究中 ， 笔 者 已 系统探 讨 了 复 合 支 架材料在模拟 生理溶液 中的一 系列化学反应及结 构和结构 变化 ’ 〕 本 文将 主 要 研 究 ， 收稿 日期 一 一 修回 期 一 一 蔫金项 目 国家 自然 科学基金重点资助 项 目 广 东省 自然科学基金资助项 目 广 东省重点科技攻关 项 目 作者简介 郑裕 东 一 ， 女 ， 副教授 ， 博士 ， 三 种复合 多孔 支 架在 体 外模拟 生理 环 境 中的降解性 和 生物活性反 应 ， 并 对复合支架材料在模拟 生理溶液 中形成生 物矿化层 的微观形貌变 化和成分结构进行分析和 表征 实验部分 试剂和原材料 一经基丁酸醋 一 一 经 基 戊酸醋 共 聚物 ， 公 司生产 ， 等级 为 ， 含 量 氯 仿 ， 分 析 纯 去离子 水 ， 自制 致 孔剂 生物活性玻璃 、 轻基磷灰石 、 型磷酸 三钙 日一 ， 本实验 室制备 复合多孔支架材料的制备 称量 经 充分 干 燥 的 】 ， 加入 一 定量 的氯 仿 ， 搅拌并加热 回流 至完全溶解后 ， 再按不 同配 比 加入筛分好 的致孔剂和 生物 活性 陶瓷 ， ， 月 一 ， 充分搅拌 ， 得 到均 匀 的悬 浊液 将此 悬 浊 液倒 入 模具 中 ， 恒 温 加 压 ， 待溶剂 完全挥发后 ， 将 所得 致孔剂 生物 活性陶瓷复合物 浸入 去 离子水 中反 复冲洗 ， 得 到 复合三维多孔支 架材料 ， 真空干燥 ℃ ， · 体外生理模拟实验 体外生 理 模拟 实验所 用 的 溶液 中所 含 各种无机离子浓度和缓冲能力与人体血浆基本一 致 ’ 将 溶液 和 多孔支架试 样称量 和 消毒 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2006．01．015