优化磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚乳酸软骨组织工程支架材料的配比

背景:前期实验显示,聚乳酸存在刚度差,降解缓慢,降解后期降解液明显偏于酸性,易在细胞培养时引起无菌性炎症反应等缺点.目的:在前期工作的基础上,优化聚乳酸支架材料实验方案和配比.方法:自制聚磷酸钙纤维和β-磷酸三钙为添加材料,聚左旋乳酸为基体材料,采用溶媒浇铸/粒子滤取技术与气体发泡相结合制备配比20/30/50 磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚乳酸软骨组织工程支架复合材料.结果与结论:①磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚乳酸支架材料具有三维、连通、微孔网状结构,孔隙率在70%~95%.②孔隙率相近时,该支架材料的压缩模量比纯聚乳酸支架的压缩模量有了明显提高.③支架材料的降解率可通过加入聚磷酸钙纤维和支架的孔隙率加以调控.④β-磷酸三钙的加入使降解液pH 值保持在6.0~7.0 之间,避免了酸性降解产物引起的无菌性炎症反应.说明磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚乳酸支架材料的物理力学性能和降解性能基本满足软骨组织工程的要求.     

构建球磨碳酸钙/聚磷酸钙纤维/聚乳酸组织工程支架复合材料

背景:近年来国内外在骨与软骨组织支架材料方面取得了积极的成果,但仍存在炎症反应高、生物相容性低等许多问题,因此复合材料技术是解决目前存在问题的重要途径之一.目的:制备球磨碳酸钙/聚磷酸钙纤维/聚乳酸组织工程支架复合材料.方法:采用溶媒浇铸、粒子滤取技术与气体发泡相结合的方法制各出球磨碳酸钙/聚磷酸钙纤维,聚乳酸组织工程支架复合材料.测试该支架复合材料的物理、力学及降解性能,并用扫描电子显微镜对其微观结构进行观察.结果与结论:制备出孔隙率在60%-80%之间的球磨碳酸钙,聚磷酸钙纤维,聚乳酸组织工程支架复合材料,具有三维、连通、微孔网状结构,其密度的实验值和计算值基本相吻和;压缩模量值均在3 MPa以上,能够满足软骨组织工程支架复合材料对压缩模量的要求.随着降解时间的延长,支架复合材料的降解速率在增大;球磨碳酸钙,聚磷酸钙纤维,聚乳酸组织工程支架复合材料的降解液的pH值基本保持在6-7.5之间,球磨碳酸钙粉末的加入稳定了降解液的pH值.该支架复合材料降解一定时期后仍为三维、连通、微孔网状结构.     

聚磷酸钙纤维增强聚右旋乳酸软骨组织工程支架材料的制备及性能

背景:传统的支架材料聚乳酸、聚乙醇酸及二者的共聚物,具有良好的生物相容性,并已广泛用于制造细胞传递和组织工程支架.但还存在易变形、降解时间长等缺点.目的:在前期工作的基础上,制各了聚磷酸钙纤维增强聚右旋乳酸软骨组织工程支架复合材料,对其物理、力学及降解性能进行了实验研究和理论分析,旨在验证前期优化配方的可行性.方法:以自制聚磷酸钙纤维为增强材料,聚右旋乳酸为基体材料,纤维与基体的配比为67/33,采用溶媒浇铸/粒子滤取技术与气体发泡相结合的方法制备了聚磷酸钙纤维增强聚右旋乳酸软骨组织工程支架复合材料,测试了该复合材料的物理力学性能和降解性能.结果与结论:聚磷酸钙,聚右旋乳酸支架材料具有高的孔隙率,孔隙率在80%～93%之间,压缩模量比纯聚乳酸支架的压缩模量有了明显提高,具有可控的降解性能,能为细胞的培养提供三维空间环境.结果提示聚磷酸钙纤维增强聚右旋乳酸支架复合材料的力学性能和生物降解特性基本满足软骨组织工程的要求,故可用作软骨组织工程支架材料.     

聚磷酸钙/左旋聚乳酸软骨组织工程支架复合材料的分析

背景用左旋聚乳酸(PLLA),聚羟基乙酸(PGA)等可降解吸收性高分子材料加工而成的纤维状支架材料和海绵状支架材料在软骨组织工程中已获得广泛应用.但这类支架材料存在着弹性模量低,受力时易变形,容易导致种子细胞损伤和降解吸收时间过长等缺陷.目的研制出可任意调控降解速率且具有良好力学性能、生物相溶性能和毒理学性能的聚磷酸钙(Calcium Polyphosphate,CPP)纤维,并用该纤维为增强材料研制软骨组织工程复合材料.设计以不同质量比例分组对照的实验研究.地点和对象实验在兰州交通大学材料工程研究所完成,基体材料选用PLLA(中科院化学所高分子合成室提供),增强材料选用自制CPP纤维.干预以高强度、高模量可设计降解速率的CPP纤维为增强材料,PLLA为基体材料,应用溶媒投放、颗粒滤取技术制备出CPP/PLLA软骨组织工程支架复合材料,测试了该支架复合材料的物理力学性能和体外37℃下Hank's人工降解液中的生物降解特性.主要观察指标物理力学性能,降解性能.结果CPP/PLLA支架复合材料具有三维连通、微孔、网状微观结构,微孔分布均匀,微孔尺寸为130～350μm,孔隙率90%;压缩模量随CPP纤维体积分数的增加而增加;降解速率随CPP纤维体积分数的增大而增大.结论CPP/PLLA支架复合材料的物理力学性能和体外降解性能在体外构建的组织化软骨的早期生物学性能基本满足软骨组织工程的要求,故可用作软骨组织工程支架材料.     

聚磷酸钙／左旋聚乳酸软骨组织工程支架复合材料的分析

背景：用左旋聚乳酸(PLLA)，聚羟基乙酸(PGA)等可降解吸收性高分子材料加工而成的纤维状支架材料和海绵状支架材料在软骨组织工程中已获得广泛应用。但这类支架材料存在着弹性模量低，受力时易变形，容易导致种子细胞损伤和降解吸收时间过长等缺陷。目的：研制出可任意调控降解速率且具有良好力学性能、生物相溶性能和毒理学性能的聚磷酸钙(Calcium Polyphosphate，CPP)纤维，并用该纤维为增强材料研制软骨组织工程复合材料。设计：以不同质量比例分组对照的实验研究。地点和对象：实验在兰州交通大学材料工程研究所完成，基体材料选用PLLA(中科院化学所高分子合成室提供)，增强材料选用自制CPP纤维。干预：以高强度、高模量可设计降解速率的CPP纤维为增强材料，PLLA为基体材料，应用溶媒投放、颗粒滤取技术制备出CPP／PLLA软骨组织工程支架复合材料，测试了该支架复合材料的物理力学性能和体外37℃下Hank’s人工降解液中的生物降解特性。主要观察指标：物理力学性能，降解性能。结果：CPP／PLLA支架复合材料具有三维连通、微孔、网状微观结构，微孔分布均匀，微孔尺寸为130～350μm，孔隙率90％；压缩模量随CPP纤维体积分数的增加而增加；降解速率随CPP纤维体积分数的增大而增大。结论：CPP／PLIA支架复合材料的物理力学性能和体外降解性能在体外构建的组织化软骨的早期生物学性能基本满足软骨组织工程的要求，故可用作软骨组织工程支架材料。     

聚磷酸钙纤维/明胶软骨组织工程支架复合材料的制备及性能表征

背景:目前,以明胶为基体制备的组织工程支架材料存在力学性能低,生物相窖性差缺陷,其降解速率也难以控制.目的:希望研制一种以明胶为基体材料,降解速率可以控制旦具有良好的为学性能和生物相容性能的高空隙率软骨组织工程支架材料. 设计、时间及地点:单一样本观察,实验于:2006-06/2008-06在兰州交通大学工程材料研究所完成.材料:明胶,聚磷酸钙纤维(直径10-20μm),松香(颗粒尺寸为355-450μm),方法:选用自制聚磷酸钙纤维为增强材料,明胶为基体材料.采用溶媒浇铸、粒子滤取技术,制备出聚磷酸钙纤维/明胶组织工程支架复合材料. 主要观察指标:测试该支架复合材料的微观结构、物理性能、力学性能和降解特性.结果:①微观结构:该支架复合材料具有三维、连通、微孔结构,孔隙分布较均匀.②物理力学性能:聚磷酸钙纤维,明胶支架复合材料密度的实验值和计算值基本相吻合;孔隙率的实验值均在60%-80%,基本满足组织工程支架复合材料的空隙率要求.压缩模量随交联剂质量浓度的增加而增大.③降解性能:在0-2周内,支架复合材料的降解速率较大,2周以后,降解速率趋于平缓,随交联剂质量浓度的增大而减小,降解液的pH值基本保持在5-7之间.结论:聚磷酸钙纤维/明胶复合材料的物理力学性能和降解性能基本满足软骨组织工程支架材料的要求,该复合材料有希望成为软骨组织工程支架材料之一.     

聚磷酸钙纤维/羟基磷灰石/明胶软骨组织工程支架材料的制备及性能★

背景:目前明胶基组织工程支架材料存在力学性能低、生物相容性差、降解速率难以控制等缺陷。目的:通过添加聚磷酸钙纤维和羟基磷灰石改善明胶支架材料的性能。方法:以自制聚磷酸钙纤维和羟基磷灰石为添加材料,明胶为基体材料,以戊二醛为交联剂,采用溶媒浇铸/粒子滤取技术制备配比为50/10/40的聚磷酸钙纤维/羟基磷灰石/明胶软骨组织工程支架复合材料。测试支架材料的物理力学性能,并观察其微观结构。结果与结论:采用溶胶凝胶法制得的羟基磷灰石粉末结晶程度较差,经900℃下煅烧0.5h后,可制得结晶程度较高的羟基磷灰石粉末。聚磷酸钙纤维/羟基磷灰石/明胶软骨组织工程支架材料具有三维、连通、微孔网状空间结构,孔隙率在65%-90%之间,满足软骨组织工程对其支架材料孔隙的要求。戊二醛的交联作用和聚磷酸钙纤维的增强作用,克服了明胶在制备多孔支架时容易收缩的缺点,制得高孔隙率三维连通的支架材料。     

软骨组织工程支架材料研究的现状

目的:总结和分析软骨组织工程支架材料的研究进展、现状及其发展趋势。资料来源:应用计算机检索Medline1996-01/2006-10关于软骨组织工程支架材料方面的文章。检索词“cartilagedefects,tissueengineering,scaffold”并限定文章的语言种类为English。同时利用计算机检索中国期刊全文数据库1996-01/2006-10的相关文章,限定文章语言种类为中文,检索词“组织工程、软骨损伤、支架材料”等。资料选择:对资料进行初审,纳入标准:①关于软骨组织工程材料研究的现状、研究进展及发展方向。②对具体研究的回顾调查研究。排除标准:重复性研究。资料提炼:共收集到符合上述要求的文献62篇,排除28篇重复性研究。34篇符合纳入标准。资料综合:在软骨组织工程中支架材料起着非常重要的作用,选择合适的载体是一个首先要解决的问题。在生物材料研制与开发过程中,应特别注重细胞与生物材料相互作用的研究,避免生物材料研究与种子细胞研究脱节。对材料进行生物或化学修饰的复合材料、纳米材料、仿生材料及智能材料等的研制与开发将是未来生物材料研究的重要内容。结论:选用软骨组织组织工程支架材料时,应充分考虑到无机材料、有机材料及自体骨材料的优缺点,通过表面改性提高材料的生物性能     

β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合材料的物理及其降解性能

目的:研制一种可任意调控降解速率且具有良好力学性能、生物相容性能的高孔隙率海绵状软骨组织工程支架复合材料。方法:实验于2002-05/12在兰州交通大学工程材料研究所完成。以自制聚磷酸钙纤维、β-磷酸三钙为增强材料,聚左旋乳酸为基体材料,采用溶媒浇铸/粒子滤取技术与气体发泡相结合的方法制备了β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸软骨组织工程支架复合材料,测试了该复合材料的物理力学性能和降解性能。结果:①支架复合材料物理力学性能:随着β-磷酸三钙重量分数的增加,支架材料的密度也随之增加。②微观结构观察:β-磷酸三钙在横截面及纵截面上分布较为均匀,且支架材料为三维、连通、网状结构。③降解性能:随着β-磷酸三钙含量的增加,支架复合材料的降解率逐渐减小;随着聚磷酸钙纤维含量的增加,支架复合材料的降解率逐渐增大;该组支架材料在0～3周时压缩模量迅速衰减,3周后压缩模量衰减变缓;随着β-磷酸三钙含量的增加,降解液的pH值稍稍增加,呈微碱性环境。结论:β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架复合材料的力学性能和生物降解特性基本满足软骨组织工程的要求,特别是β-磷酸三钙的加入使降解液pH值保持在6～7之间,避免了由于降解液呈酸性而引起的无菌性炎症反应。故可用作软骨组织工程支架材料。     

β-磷酸三钙／聚磷酸钙纤维／聚左旋乳酸复合材料的物理及其降解性能

目的：研制一种可任意调控降解速率且具有良好力学性能、生物相容性能的高孔隙率海绵状软骨组织工程支架复合材料。 方法：实验于2002-05／12在兰州交通大学工程材料研究所完成。以自制聚磷酸钙纤维、β-磷酸三钙为增强材料，聚左旋乳酸为基体材料，采用溶媒浇铸／粒子滤取技术与气体发泡相结合的方法制备了β-磷酸三钙／聚磷酸钙纤维／聚左旋乳酸软骨组织工程支架复合材料，测试了该复合材料的物理力学性能和降解性能。结果：①支架复合材料物理力学性能：随着β-磷酸三钙重量分数的增加，支架材料的密度也随之增加。②微观结构观察：β-磷酸三钙在横截面及纵截面上分布较为均匀，且支架材料为三维、连通、网状结构。③降解性能：随着β-磷酸三钙含量的增加，支架复合材料的降解率逐渐减小；随着聚磷酸钙纤维含量的增加，支架复合材料的降解率逐渐增大；该组支架材料在0-3周时压缩模量迅速衰减，3周后压缩模量衰减变缓；随着β-磷酸三钙含量的增加，降解液的pH值稍稍增加，呈微碱性环境。 结论：β-磷酸三钙／聚磷酸钙纤维／聚左旋乳酸支架复合材料的力学性能和生物降解特性基本满足软骨组织工程的要求，特别是β-磷酸三钙的加入使降解液pH值保持在6-7之间，避免了由于降解液呈酸性而引起的无菌性炎症反应。故可用作软骨组织工程支架材料。     

β-磷酸三钙/聚乳酸叠层复合骨组织工程支架的制备、性能及其应用评价

目的进行β-磷酸三钙/聚乳酸叠层复合支架的应用评价。方法在体外37℃生理盐水中降解过程中,观察该材料的重量、力学强度、聚乳酸分子量、材料周围环境的pH值、Ca2+浓度等参数随时间的变化情况,以及将该支架材料和骨髓基质细胞复合后,植入中国青山羊胫骨段缺损处进行修复实验。结果对修复效果进行了观察,发现其成骨能力较强。结论此种材料在骨组织工程领域有一定应用前景。     

Porous polylactide/β‐tricalcium phosphate composite scaffolds for tissue engineering applications

Porous polylactide/β‐tricalcium phosphate (PLA/β‐TCP) composite scaffolds were fabricated by freeze‐drying. The aim of this study was to characterize these graded porous composite scaffolds in two different PLA concentrations (2 and 3 wt%). Also, three different β‐TCP ratios (5, 10 and 20 wt%) were used to study the effect of β‐TCP on the properties of the polymer. The characterization was carried out by determining the pH, weight change, component ratios, thermal stability, inherent viscosity and microstructure of the scaffolds in 26 weeks of hydrolysis. This study indicated that no considerable change was noticed in the structure of the scaffolds when the β‐TCP filler was added. Also, the amount of β‐TCP did not affect the pore size or the pore distribution in the scaffolds. We observed that the fabrication method improved the thermal stability of the samples. Our results suggest that, from the structural point of view, these scaffolds could have potential for the treatment of osteochondral defects in tissue engineering applications. The porous bottom surface of the scaffold and the increased osteogenic differentiation potential achieved with β‐TCP particles may encourage the growth of bone cells. In addition, the dense surface skin of the scaffold may inhibit the ingrowth of osteoblasts and bone tissue, while simultaneously encouraging the ingrowth of chondrocytes. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

壳聚糖/磷酸三钙复合组织工程支架材料的制备及其性能

背景：通过适当的工艺混合、加工来制备复合支架材料,可以弥补单一材料的不足,最大限度地满足组织工程的需要。目的：制备壳聚糖/磷酸三钙复合支架,探讨其作为牙髓组织工程支架材料的可行性。方法：壳聚糖粉末溶于微量冰醋酸溶液中,搅拌均匀,静置脱泡,预冷冻,交联,再次冷冻制成海绵状多孔壳聚糖/磷酸三钙支架。结果与结论：冻干法制备的壳聚糖/磷酸三钙多孔支架平均孔隙率达85.78%,最高孔隙率达90%以上,孔径在100~300μm,复合后的支架材料具有良好的韧性,当轴向压缩变形量超过5mm时,材料仍然没有发生破坏。材料浸提液与牙髓细胞复合培养后,细胞毒性均为0级,由此可见壳聚糖/磷酸三钙复合材料具有良好的生物相容性、细胞亲和性和一定的力学性能,满足生物材料基本要求。     

Microwave‐sintered 3D printed tricalcium phosphate scaffolds for bone tissue engineering

This study reports the manufacturing process of 3D interconnected macroporous tricalcium phosphate (TCP) scaffolds with controlled internal architecture by direct 3D printing (3DP), and high mechanical strength obtained by microwave sintering. TCP scaffolds with 27%, 35% and 41% designed macroporosity with pore sizes of 500 μm, 750 μm and 1000 μm, respectively, were manufactured by direct 3DP. These scaffolds were then sintered at 1150 °C and 1250 °C in conventional electric muffle and microwave furnaces, respectively. Total open porosity between 42% and 63% was obtained in the sintered scaffolds due to the presence of intrinsic micropores along with designed pores. A significant increase in compressive strength between 46% and 69% was achieved by microwave compared to conventional sintering as a result of efficient densification. Maximum compressive strengths of 10.95 ± 1.28 MPa and 6.62 ± 0.67 MPa were achieved for scaffolds with 500 μm designed pores (~ 400 μm after sintering) sintered in microwave and conventional furnaces, respectively. An increase in cell density with a decrease in macropore size was observed during in vitro cell‐material interactions using human osteoblast cells. Histomorphological analysis revealed that the presence of both micro‐ and macropores facilitated osteoid‐like new bone formation when tested in femoral defects of Sprague–Dawley rats. Our results show that bioresorbable 3D‐printed TCP scaffolds have great potential in tissue engineering applications for bone tissue repair and regeneration. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

新型骨组织工程支架材料β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸的细胞生物相容性

目的:在体外细胞培养条件下,从细胞形态和细胞增殖方面观察新型骨组织工程支架材料β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸的细胞生物相容性。方法:实验于2002-01/2004-01在西安交通大学医学院实验中心及西安交通大学地方病研究所实验室进行。①材料:β-磷酸三钙为兰州交通大学复合材料研究室制备;磷酸纤维平均直径(15.0±1.2)μm,平均体外生物降解率(3.0±0.46)%,拉伸强度(1.0±0.2)GPa,弹性模量(48.0±7.6)GPa;聚左旋乳酸平均分子质量为27.6×104。支架复合物质量比为β-磷酸三钙∶聚磷酸钙纤维∶聚左旋乳酸=2∶3∶5。②实验方法:按复合材料1g∶浸提介质10mL的比例,用含体积分数为0.1的胎牛血清的DMEM37℃条件下浸提24～72h,制备复合支架材料的浸提液,过滤24h内进行试验。将骨髓基质细胞分为3组,分别用支架材料浸提液(实验组)、DMEM培养液(阴性对照组)和6.4g/L苯酚溶液(阳性对照组)培养,同时实验组将浸提液按100%,75%,50%,25%的浓度稀释分别培养。③观察指标:每日使用倒置相差显微镜观察骨髓基质细胞形态变化;用MTT法检测细胞生长及增殖情况,测定A值,计算细胞增殖率。结果:①细胞形态变化:在细胞培养1,2,3d,阳性对照组细胞数量明显减少,细胞固缩甚至崩解,实验组与阴性对照组细胞数量明显增加,细胞形态正常。②细胞生长及增殖情况:在培养各时间点除阳性对照组毒性为4级(细胞增殖率为0～20%)外,其余均为0级(细胞增殖率>80%);除阳性对照组外,各实验组及阴性对照组A值均随培养天数的增加而升高,培养1,2,3天时阳性对照组的A值明显低于其他组(P<0.01),阴性对照组与实验组间无显著差异(P>0.05)。结论:β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合材料对骨髓基质细胞的增殖分化无明显影响,无细胞毒性,有良好细胞生物相容性。     

β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架复合骨髓基质细胞修复节段性骨缺损

背景：组织工程β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架材料具有良好的生物相容性。目的：评估骨髓基质细胞与β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合体修复兔桡骨大段骨缺损成骨的效果。方法：取新西兰大白兔40只,建立桡骨双侧大段骨缺损模型,其中35只右侧植入自体骨髓基质细胞与β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合物作为实验组,左侧植入β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸支架材料作为对照组;另5只作为空白对照不作任何处理。植入后4,8,12,16周拍摄X射线片观察骨缺损修复情况。结果与结论：实验组术后2周可见缺损处有散在的、少量模糊状骨痂生成,术后4周可见明显骨生成影像,成云雾状,均匀分布在骨缺损区,术后8周整个缺损区均可见骨痂生成,成骨现象更加明显,部分髓腔已通,术后12～16周,缺损区已完全被新生骨组织充填,骨髓腔已完全再通,修复区较正常桡骨细,骨缺损修复效果明显优于对照组与空白对照组（P〈0.01）。说明自体骨髓基质细胞与β-磷酸三钙/聚磷酸钙纤维/聚左旋乳酸复合移植可较完全修复大节段骨缺损。