生物活性玻璃复合材料的体外矿化过程.pdf

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1、第42卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告第2期2014年2月ChineseJournalofAnalyticalChemistry221～226D0I：10．372A／SP．J．1096．2014．30265衰减全反射．红外成像研究聚乳酸／生物活性玻璃复合材料的体外矿化过程王倩姜小婷辛韵子崔俊先张普敦(北京化工大学理学院，北京100029)摘要采用衰减全反射一红外成像技术(ATR—FTIRmapping)对多孔聚乳酸／生物活性玻璃(PLLA／BG)复合材料在PBS缓冲液中的矿化过程进行了研究。光谱分辨率为8cm一，累加扫描8次，基于A。o44／A的吸光度比值生成红

2、外图像。成像结果表明，随着矿化进行，材料表面产生的羟基磷灰石(HA)也逐渐增多，当矿化进行到84d后，材料表面大部分已被HA覆盖。但随着矿化时间的继续延长，矿化不均匀性也逐渐加剧。矿化曲线显示矿化过程存在4个阶段：矿化初期(前21d)，产生的HA很少；矿化增长期(21～70d)，BG逐渐转变为HA；快速增长期(70～91d)，矿化加速，并在91d时达到最大；矿化后期(91d后)，曲线先显示平稳然后又从105d起出现下降。研究表明，红外成像技术有望成为骨组织工程支架材料的重要研究工具。关键词红外成像；衰减全反射；聚乳酸；生物活性玻璃；体外矿化1引言化学成像(Chemicali

3、maging)与其它成像方法(如电镜、荧光显微镜等)不同，主要用于观察样品微区域内各化学成分的分布情况。化学成像技术包括红外成像(FTIRimaging)和拉曼成像(Ramanimaging)，其中红外成像是近十几年才发展起来的新技术，是红外光谱技术从“点分析”向“面分析”，甚至“体分析”的重要延伸。红外成像技术的分析模式有Mapping、Imaging¨以及衰减全反射(ATR)。对表面不太光滑的样品，适合采用ATR．F1TIRmapping方式采集。该技术自问世以来已在聚合物J、生命科学71、医药J、考古和文物鉴定¨。。以及法医学_1等领域获得应用。生物活性玻璃(Bioa

4、ctiveglass，BG)是一种骨组织工程修复材料，是目前唯一能促进生长因子生成、细胞繁衍、活化细胞基因表达的人工合成无机材料¨。由于其加工性差，BG通常与一些无毒的天然或合成聚合物复合制成高孔隙率的多孔支架。多孔结构有利于骨组织培养中的细胞生长、增殖以及细胞外基质的沉积、营养物和氧气的进入，代谢产物的排出，血管和神经的长入等。当聚合物／BG复合物支架植入体内时，BG会逐渐转化为羟基磷灰石(HA)，并与骨形成紧密连接，同时聚合物逐渐降解。由于活体操作复杂，在仿生条件下进行体外矿化研究是最常用的研究手段，体外研究结果可对材料在体内的活性进行较好的预测。目前，对矿化过程的主要

5、研究方法有扫描电镜、X射线能谱、x射线衍射以及红外光谱法等，这些方法仅能研究形貌、元素组成、总成分或总结晶状态的变化，无法表征微区域内化学成分的改变。本研究采用ATR—rrIRmapping对矿化不同天数的聚乳酸／生物活性玻璃(PLLA／BG)支架材料表面进行红外成像，研究了复合材料在体外矿化过程中的化学组分变化情况，并结合扫描电镜对矿化过程的材料形貌变化进行了观察。2实验部分2．1仪器、材料与试剂Nexus8700／ContinulxmXL红外成像系统(美国ThermoFisher公司)，$4700冷场发射扫描电镜(SEM，日本Hitachi公司)，DK420S三用恒温水

6、箱(上海精宏实验设备有限公司)。生物活性玻璃(美2013-03-26收稿；2013-09．22接受E-mail：zhangpd@mail．buct．edu．cn分析化学第42卷国NovaMin生物公司)；左旋聚乳酸(PLLA，叼=1．22，M121000，济南岱罡生物材料有限公司)；二氧六环、乙醇、AgNO等试剂均为分析纯。2．2PLLA／BG多孔复合材料的制备及体外矿化采用溶剂浇铸-盐沥析法制备支架复合材料。简述如下：在室温下将3gPLLA溶于30mL二氧六环，并将3gBG超声分散于相同体积的二氧六环中；将两种溶液混合，搅拌均匀；将已筛好的致孑L剂NaC1细粉(80—10

7、0目)加入混合液中，继续搅拌30rain；将混合液浇铸在培养皿中至一定厚度，在自然条件下干燥24h；将干燥样片浸泡在去离子水中除去NaC1，每12h换一次水，直至浸泡液中无残留cl(用0．1mol／LAgNO溶液检验)；真空干燥48h，即得到PLLA／BG多孔复合材料。将制得的复合材料放人盛有250mLPBS缓冲溶液(pH=7．4)的烧杯中，烧杯置于37cC的恒温水浴箱进行矿化。每7天取出一部分样品，浸泡在去离子水中除去残留PBS，然后用滤纸除去表面水分，并于45℃下真空干燥24h后备用。PBS缓冲液也同时每隔7天