摘 要

利用复合材料的优势来制备可注射性的复合人工骨材料。α-半水硫酸钙是近百年来常用的人工骨材料，具有良好的生物相容性和机械性能，但缺点是降解和凝固快，在应用上有一定的局限性。羧甲基壳聚糖是一种生物活性丰富的改性多糖，溶于水之后使溶液呈黏性。硫酸软骨素是存在于大量动物软骨内的天然多糖，能使骨细胞在成骨过程中横纵方向上有序排列，这可以加强材料的成骨性能。羧甲基壳聚糖与硫酸软骨素的机械性能不足，并且缺少骨诱导性。本文研究内容如下：用氯化钙和硫酸钾、转晶剂来制备α-CSH；用碱化壳聚糖和氯乙酸反应制备羧甲基壳聚糖；利用α-CSH/CS/CMC按一定比例混合制得可注射性复合人工骨材料，并且对其进行了红外测试和扫描电镜来测定表征，以及做了降解性、力学性能、亲水性、凝固时间、孔隙率的测试进行性能研究，并最后对它们的表征和性能测试结果进行分析和总结。

关键词：α-半水硫酸钙；羧甲基壳聚糖；硫酸软骨素；复合人工骨材料

Abstract

Injectable composite artificial bone materials were prepared by different materials. α-Calcium sulphate hemihydrate is a kind of artificial bone material which has been widely used in the last hundred years. Carboxymethyl chitosan is a kind of modified polysaccharide with rich biological activity. Chondroitin sulfate is a natural polysaccharide which can be found in a large number of animal cartilage, and it can make bone cells arrange in an orderly longitudinal and transverse direction during the process of osteogenesis. This function can enhance the osteogenic properties of the materials. The mechanical properties of carboxymethyl chitosan and chondroitin sulfate were not good, and they were lack of bone inductivity. The research contents of this paper are as follows: preparation of α-CSH with calcium chloride, potassium sulfate and transgranular agent; Carboxymethyl chitosan was prepared by the reaction of alkalized chitosan and chloroacetic acid; mixing α-CSH/CS/CMC at a certain proportion to prepare the injectable composite artificial bone materials; the infrared test and scanning electron microscopy of composite artificial bone materials to determine the characterization. We did the test of the degradability, the mechanical properties, the hydrophilicity, the coagulation time and the porosity. These tests were aimed to research its performance. Finally we analyzed and summarized their characterization and performance test results.

Key words:α-Calcium sulphate -hemihydrate; Carboxymethyl chitosan; Chondroitin sulfate; Composite artificial bone material

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1生物材料 1

1.1.1简介 1

1.1.2性能 1

1.1.3分类 1

1.2多糖改性 2

1.2.1酯化改性 2

1.2.2醚化改性 2

1.2.3其他改性 3

1.3骨修复材料 3

1.3.1种类分类 3

1.3.2发展概况 4

1.4硫酸软骨素 4

1.4.1硫酸软骨素的制备方法 4

1.4.2硫酸软骨素的功能与应用现状 5

1.5α-半水硫酸钙 5

1.5.1α-半水硫酸钙的制备方法 5

1.5.2α-半水硫酸钙复合材料 6

1.6羧甲基壳聚糖 6

1.6.1羧甲基壳聚糖的制备 6

1.6.2羧甲基壳聚糖复合材料 6

1.7选题依据和主要研究内容 7

1.7.1选题依据 7

1.7.2主要研究内容 7

第2章 α-半水硫酸钙/硫酸软骨素/羧甲基壳聚糖复合可注射人工骨材料的制备 8

2.1引言 8

2.2实验部分 8

2.2.1主要实验材料及药品 8

2.2.2主要实验仪器 9

2.2.3α-半水硫酸钙的制备 10

2.2.4羧甲基壳聚糖的制备 10

2.2.5α-半水硫酸钙/硫酸软骨素/羧甲基壳聚糖和α-半水硫酸钙/硫酸软骨素复合可注射人工骨材料的制备 10

第3章 α-半水硫酸钙/硫酸软骨素/羧甲基壳聚糖复合可注射性人工骨材料的表征和性能研究 11

3.1引言 11

3.2复合材料的表征 11

3.2.1α-CSH/CMC复合粉体的红外表征 11

3.2.2α-CSH/CS/CMC和α-CSH/CS复合人工骨材料的扫描电镜 11

3.3复合材料的性能研究 11

3.3.1孔隙率的测定 11

3.3.2凝固时间的测定 12

3.3.3亲水性的测定 12

3.3.4降解性的测定 12

3.3.5力学性能的测定 13

3.4结果与讨论 13

3.4.1复合材料的结构表征 13

3.4.2复合材料的性能研究 14

第4章 结论 19

参考文献 21

致谢 23

第1章 绪论

1.1生物材料

1.1.1简介

生物材料即天然材料或者人工合成的复合材料，可在医学临床上用于患者的器官或组织的恢复。通过生物材料的植入，对受损的组织部位进行替代、诱导来进行修复，与人体组织直接作用来发挥功效^[1]。生物材料的研究是目前最具有广阔前景的研究方向之一，这是由于各种无机金属等普遍材料在医学上使用时存在大量缺陷。故我们更需不断地研究来使生物材料向更符合当代人类要求的方向发展。

我国目前在生物材料产品的创新研究上已取得了大量的成果，但如何将这些成果进行产业化的批量生产，使产品能惠及大众从而摆脱进口依赖，这依然是我国面临的一个难题。

1.1.2性能

生物材料所有的性能可以分为功能性与相容性。功能性指生物材料能在人体内充当的生物功能，例如种植牙齿具有抗压支撑等性能，耳蜗具有对声音的传导功能等。相容性包括生物材料与血液的相容，和其力学性能与人体组织的一致以及能与组织进行良好的相互作用^[2]。

除了功能性与相容性，生物材料还有化学稳定性和可加工性。化学稳定性是指生物材料在人体内耐生物腐蚀和生物老化的能力，可加工性是指生物材料的可塑性和适宜的硬化时间。

1.1.3分类

按材料来源分类，生物材料可分为金属材料、无机材料、有机材料。金属材料包含医用不锈钢，合金以及部分金属单质。无机材料包括生物陶瓷材料、纳米磷酸钙粉体等。有机材料一般为高分子化合物（来源包括天然和人工合成）。按材料用途分类，可分为生物惰性、生物活性、生物降解材料。生物惰性材料一般以形态嵌合的方式用于人体组织中，且不在人体内发生化学反应；生物活性材料能在人体内通过发生化学反应诱导原有组织的自身修复或原有组织与材料的连接；生物降解材料一般为高分子化合物，其在生物体内不断降解并逐渐被新生组织取代^[3]。

1.2多糖改性

自然界含有丰富多样的多糖。特别在人体中的多糖，研究发现其不仅作为能量的供给源，而且有多种多样的功能，例如抗病毒、抗凝血、降血糖、免疫调节、抗癌等功能。天然多糖的生物结构决定了其性质以及功能，为了更有效的发挥其功能，人们常用修饰或改性的方式来优化多糖功能，一般用物理方法和化学方法进行改性^[4]。

1.2.1酯化改性

酯化改性包括硫酸酯化、磷酸酯化、硝酸酯化等。