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对硬组织修复材料的探索一直是生物医用材料领域的研究热点之一。硬组织修复材料应用于负载及复杂受力环境中,对机械性能有较高的要求。聚乳酸(PLA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是用于骨、牙组织缺损修复的两种常用高分子材料,但都存在机械性能不佳的缺陷,限制了它们的临床应用。大量研究证实了纤维加强聚合物作为硬组织修复材料的有效性。本文利用玄武岩纤维(BF)强度高、韧性好等优点,首次将其作为聚合物基质的增强体,用于提高硬组织修复材料的机械性能。体外细胞试验表明玄武岩纤维具有良好的生物相容性;制备BF/PLA骨缺损修复材料,对其微观结构、机械性能、体外降解及生物相容性进行了研究;制备BF/PMMA义齿基托复合材料,研究了纤维的含量和长度对义齿基托的挠曲强度和弹性模量的影响。论文主要工作如下:
1.研究了玄武岩纤维的细胞毒性。利用MTT法检测细胞的增殖活力,光镜和荧光染色观察细胞的生长状态。结果表明纤维浸提液培养的成纤维细胞正常增殖:荧光染色可见细胞呈长梭形沿纤维长轴定向排列生长;与纤维丝共培养的细胞生长旺盛。实验说明玄武岩纤维细胞毒性小,为纤维的进一步医用研究提供了有关安全性的数据和资料。
2.采用溶剂挥发成型法制备了BF/PLA复合薄膜,将其与原代成骨细胞体外共培养,检测材料的生物相容性。结果表明细胞在材料表面正常贴附,增殖明显,伸出较多伪足与周围细胞融合成片,有较高的碱性磷酸酶表达和形成钙化结节的能力,与纯PLA组无异。BF/PLA复合材料良好的生物相容性提示了其作为医用材料的可能性。
3.利用热致相分离法制备了直径8mm,高20mm的圆柱形多孔BF/PLA支架,其中玄武岩纤维质量分数分别为0%(对照),5%,10%和15%。扫描电镜观察显示支架具有贯通的多孔结构,整体均匀性好。支架压缩模量和抗压强度均随着纤维含量的增加而提高。含15%BF的支架材料机械性能改善最为明显,支架压缩模量和抗压强度分别是6.7Mpa和0.31Mpa,为纯PLA支架的4.8倍与2.6倍。初步的降解实验表明玄武岩纤维的加入对中和聚乳酸降解的酸性和减缓支架降解速率有一定贡献。因而玄武岩纤维将有可能成为骨组织支架材料的有效增强体。
4.研究了玄武岩纤维的含量和长度对BF/PMMA义齿基托复合材料的机械性能的影响。结果表明4mm长度的纤维在添加质量为4%时,材料的挠曲强度和弹性模量分别为115.35Mpa和3.49Gpa,相比于O%组(102.50Mpa和3.07Gpa)增强效果最为显著(P<0.05)。纤维在复合材料中分散均匀,与PMMA基质紧密结合。因此合理选择玄武岩纤维的长度和添加量,可以有效提高传统义齿基托材料的挠曲强度和弹性模量。