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《华南理工大学》 2017年
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元素掺杂复合磷酸钙支架的三维打印及其生物学性能研究

郭晓恒  
【摘要】:钙磷类生物陶瓷支架材料因其良好的生物相容性与促进骨再生功能,使其在骨修复中扮演着重要的角色,不仅起到力学支撑作用,同时也可以为细胞的粘附、增殖、分化提供必需的载体。由于传统的支架制备方法在孔的结构、尺寸、连通性等方面难以做到精确控制,使得其在骨修复领域的应用中受到掣肘。作为快速成型方法的一种,三维绘图(3D Plotting)快速成型技术在孔结构的控制方面独具特色,然而通过3D Plotting技术制备钙磷类生物活性陶瓷支架尚不成熟,因此如何构建理化性能优异的高固相含量钙磷类生物陶瓷支架成为本研究的重点与难点。同时通过元素掺杂对三维打印支架进行改性,使得其具有更好的理化性能与生物学性能。因此,本论文探索了制备元素掺杂三维打印复合支架的方法,以期得到理化性能及生物学性能良好的骨修复支架。通过直接合成法和模板合成法制备高纯镁白磷钙石(Mg-WH),通过化学沉淀法制备锂掺杂β-磷酸三钙(Li-β-TCP)、β-磷酸三钙(β-TCP)以及羟基磷灰石(HA),将上述四种材料作为三维打印复合支架的原料。对Mg-WH进行生物学表征,以mBMSCs和HUVECs为模型细胞,结果表明:Mg-WH能够促进mBMSCs细胞的增殖、提高ALP活性表达,具备良好的生物相容性及成骨性能,同时可以有效的提高HUVECs细胞的体外成血管能力。采用3D Plotting快速成型技术,成功制备出孔径大小为200μm、孔结构分布均匀、内部完全连通的三维打印Mg-WH复合HA支架(Mg-BCP)。Mg-BCP支架具有优异的力学性能;以hBMSCs为模型细胞,研究Mg-BCP支架的生物学性能,结果表明:Mg-BCP支架能够增强hBMSCs细胞的粘附、铺展、迁移,促进hBMSCs细胞的增殖,同时显著上调成骨相关基因的表达水平。基于3D Plotting快速成形技术,成功制备出孔径为200μm的三维打印Li-β-TCP复合HA支架(Li-BCP),支架具有完全连通的孔结构,孔排布均匀整齐,尺寸大小均一;以mBMSCs为模型细胞,研究Li-BCP支架的生物学性能,结果表明:Li-BCP支架能够有效的促进mBMSCs细胞的粘附、铺展、迁移、增殖,具有良好的生物相容性,并且显著上调成骨相关基因的表达水平;对Li-BCP支架成骨分化能力进行分子学机理研究,通过差异化基因筛选、差异化基因进行GO富集分析以及KEGG富集分析,找出可能存在的信号通路,得出可能存在分子学机制:与BCP支架相比较,Li-BCP支架中的Li离子的存在激活了Wnt信号通路。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R318.08;TP391.73

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