真空冷冻干燥技术:是将湿物料或溶液在较低的温度下冻结成固态, 然后在真空下使其中的水分不经液态直接升华成气态, 最终使物料脱水的干燥技术。有文上海一恒科学仪器有限公司将生物活性玻璃颗粒与生物高分子聚乳酸通过溶液共混并热注塑成型制备了聚乳酸基生物活性玻璃复合材料, 研究了不同生物活性玻璃添加量对复合材料力学的影响, 得出生物活性玻璃添加量为20%时强度较其他组大。真空冷冻干燥可保持材料原有的化学特性不受破坏, 并且对环境无污染。因此, 实验采用真空冷冻干燥法替代热注成型，使用易于挥发的二氯甲烷和1,4-二氧六环(单纯加入二氯甲烷溶剂做出的试件, 干燥过后会出现表层粉体掉落的现象) 作为致孔剂, 研究在生物活性玻璃含量20%左右区间是否出现相同的趋势, 以期更为简便快捷地制备出促进骨细胞增殖与分化的聚乳酸/生物活性玻璃骨组织工程支架。
鼠成纤维细胞L929 (华北理工大学实验室提供) ;胎牛血清 (PAN, 法国) ;RPMI1640培养基 (BI, 以色列) ;1,4-二氧六环 (分析纯, 天津光复) ;二氯甲烷 (分析纯, 天津永大) ;二甲基亚砜 (DMSO, 西格马奥德里奇) ;MTT (日本TCI) ;X射线能谱仪 (APD 2000, 意大利) ;真空冷冻干燥机 (上海比朗) ;万能电子试验机 (AGS-X Unit型, 日本SHIMDZU) ;冷场发射扫描电子显微镜 (S-4800型, 日本日立) ;酶标仪 (上海永创) 。生物活性玻璃、聚乳酸材料
在过去几年中, 支架材料因含有生物降解聚合物和生物活性物质如羟基磷灰石、磷酸三钙、硅酸钙和生物玻璃等, 越来越受到人们的关注。此次实验上海一恒将45S生物活性玻璃与聚乳酸充分混合后加入二氯甲烷和1, 4-二氧六环, 通过真空冷冻干燥技术制备出高孔隙率、机械性能优良的聚乳酸/生物活性玻璃骨组织工程支架材料, 扫描电镜下可见45S生物活性玻璃分散在复合支架材料中, 孔隙大小不均, 大孔中布满小孔且孔隙之间相互连通, 这种结构有利于细胞和生长因子的培养及作为营养物质、新陈代谢的通道。当加入生物活性玻璃的质量分数为10%, 20%时, 二者孔隙率比较差异无显著性意义, 也就是说多加入了10%的生物活性玻璃对支架孔隙率没有影响;当加入的质量分数达到30%后, 支架的孔隙率下降。生物活性玻璃粉体之间会出现团聚, 导致了部分孔隙的封闭, 因而就部分解释了孔隙率随生物活性玻璃含量增加而下降的现象。
上海一恒发现纯聚乳酸具有良好的热稳定性, 在170-230℃就可通过多种方式对其加工, 它的抗压强度仅在 (5.87±0.07) MPa之间。当生物活性玻璃的质量分数为10%时, 复合材料的抗压强度为 (29.84±0.39) MPa, 当生物活性玻璃的质量分数为30%时, 复合支架的抗压强度为 (29.91±0.59) MPa, 两组间比较差异无显著性意义, 说明加入10%, 30%的生物活性玻璃对支架强度几乎没有影响。但加入了质量分数20%生物活性玻璃的支架强度则达到了 (33.98±0.95) MPa, 高于其他3组, 由此可见, 加入质量分数为20%生物活性玻璃放入复合支架具有较大的抗压强度。
骨组织工程支架材料可通过体内表面形成的磷灰石层生物化学结合到骨组织上, 其中植入物表面上的磷灰石层在骨组织-材料界面形成中起着关键作用。聚乳酸/生物活性玻璃支架在模拟体液浸泡过后, 扫描电镜和能谱分析显示,钙、磷、硅元素含量较未浸泡前明显增多, 说明羟基磷灰石在骨组织工程支架的表面大量生成, 由此验证了聚乳酸/生物活性玻璃组织工程支架具有生物活性。成纤维细胞中的琥珀酸脱氢酶可将MTT还原成蓝紫色甲臜结晶, DMSO溶解此结晶后用酶标仪可测定出吸光度值, 而活细胞数目与吸光度值大小呈正比关系。上海一恒在此次实验中, 成纤维细胞可在聚乳酸/生物活性玻璃支架表面增殖和生长, 呈线性关系, 说明实验制备的支架不存在细胞毒性;而苯酚作为阳性对照, 细胞增殖基本无变化。
冷冻干燥技术在低温状态下能保持材料的理化性质和生物特性不受改变, 而又无污染, 操作简便,因此本实验上海一恒采用真空冷冻干燥法制备了高孔隙高强度的聚乳酸/生物活性玻璃骨组织工程支架。实验的不足之处在于未对成骨细胞和破骨细胞进行支架培养。
