摘 要

有序生物玻璃（MBG）是一种新型医用多功能生物材料，其长期以来一直在硬组织损伤修复，刺激软组织愈合再生方面被证明有良好的性能。由于其具有的有序介孔结构，高比表面积和大孔容量，因而血液中占大多数的水分会被其迅速吸取，血液中水分含量降低导致血液变得粘稠，从而达到凝血的效果。本课题拟选用两步酸催化自组装沉淀法制备掺杂铈的介孔生物活性玻璃粉体作为研究对象。研究将不同含量的铈掺杂对网络结构的影响，使用小角X射线衍射分析、广角X射线衍射分析、氮气吸附脱附分析等结构进行表征；此外，通过血栓形成实验、溶血实验、蛋白质吸附聚合实验进行凝血能力的表征。结果表明，随着铈元素比例的上升，促进了MBG表面羟基磷灰石层的形成速率。此外，在全血血栓形成的实验中，未掺杂的MBG和含2 mol% Ce的MBG均表现出80%及以上的凝血率。在促纤维蛋白聚合实验中也呈现出少量Ce掺杂的MBG具有良好促进纤维蛋白聚合的能力。

关键词：溶胶-凝胶法 介孔生物玻璃 铈元素掺杂 止血材料

Preparation of Ce-Doped Mesoporous Bioglass

Abstract

Ordered Bioglass (MBG) is a new medical multi-functional biomaterial, which has been proved to have good performance in repairing hard tissue damage and stimulating soft tissue healing and regeneration for a long time. Because of its ordered mesoporous structure, high specific surface area and large pore volume, most of the water in blood can be quickly absorbed by it. The decrease of water content in blood leads to the blood becoming viscous, thus achieving the effect of coagulation.In this study, cerium-doped mesoporous bioactive glass powders were prepared by two-step acid-catalyzed self-assembly precipitation method. The effect of cerium doping on the network structure was studied. The structure was characterized by small angle X-ray diffraction analysis, wide angle X-ray diffraction analysis, nitrogen adsorption and desorption analysis. In addition, thrombosis, hemolysis and protein adsorption and polymerization experiments were used to characterize the coagulation ability. The results showed that the increasing proportion of cerium promotes the formation rate of hydroxyapatite layer on the surface of MBG. In addition, in the experiment of whole blood thrombosis, both undoped MBG and MBG containing 2 mol% Ce showed a coagulation rate of 80% or above. In the experiment of promoting fibrin polymerization, a small amount of Ce doped MBG showed good ability to promote fibrin polymerization.

Key Words：Sol-gel method; Mesoporous bioactive glass; Ce doping; Hemostatic materials

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪 论 1

1.1生物玻璃的生物活性 1

1.2介孔生物活性玻璃的研究进展 3

1.3血液组成及凝血过程 4

1.4研究背景及目的 6

第二章 实验原材料及内容 8

2.1实验试剂及设备仪器 8

2.1.1实验试剂 8

2.1.2测试仪器及设备 9

2.2实验内容 10

2.3体外实验 11

2.3.1生物模拟体液 11

2.3.2质量损失率 11

2.4凝血实验 12

2.4.1血浆的分离 12

2.4.2溶血实验 12

2.4.3体外血栓形成 12

2.4.4体外纤维蛋白交联 13

2.5样品结构的表征方法 13

2.5.1 XRD晶相及SAXS孔排列分析 13

2.5.2 FT-IR红外光谱分析 13

2.5.3 N₂吸附/脱附分析 13

2.5.4 UV-Vis分析 14

第三章 结构性能研究 15

3.1 N₂吸附-脱附分析 15

3.2质量损失率 16

3.3体外生物活性研究 17

3.3.1 XRD分析及FT-IR分析 17

3.3.2 pH值分析 18

第四章 掺铈介孔生物玻璃凝血性能研究 20

4.1体外溶血实验 20

4.2体外血栓形成 21

4.3体外纤维蛋白聚合 22

第五章 结论与展望 23

5.1结论 23

5.2展望 23

参考文献 24

第一章 绪 论

在日常生活中，我们时常因为各种原因导致出血，在较短的时间内，若流失的血量超过全身血液总量的30%，恐怕会危及生命。在自然灾害，交通事故，战争等各种突发事件中，无法控制的大出血是产生死亡的主要原因。事实上，若是能够在30min内止血，就可以保证60%的存活率。人体自身无法恢复由大量出血所引起的严重创伤，因此需要通过止血材料来实现。可是纱布、绷带、止血带等传统意义上的的止血材料对于大量失血并没有良好的止血效果，而在受伤导致大出血的初期救治使用最广泛的的快速止血材料也存在价格过高或难以降解等不足。因此，研发一种能快速止血、安全无毒、价格低廉、性能稳定、并能在体内自行分解而不影响组织愈合的生物医用材料，是许多研究者追求的目标。

介孔生物玻璃（MBG）拥有良好的一维孔道序列、巨大的比表面积结构和孔径结构，能够作为载体搭载止血及修复愈合的药物和蛋白，已被用于作为止血材料及愈合敷料。其良好的生物相容性、吸附性等优点使其能够充分发挥止血和愈合功能，并在体液作用下降解，无需取出影响组织愈合。介孔生物玻璃目前最常用的制备方法为溶胶-凝胶法，这种方法的主要优点是原料能够均匀的分散在溶液体系中，这种溶胶溶液通常表现出较低的粘度，很少的时间内可以使分子相对均匀，进而保证在凝胶形成的过程中，反应物能够充分均匀混合。该方法操作简易、成本低廉、原料利用率高，这使研究人员更容易开发出一类广泛而通用的新型生物材料。此外，选择合适的条件加入金属离子也是科研人员改善介孔生物玻璃性能的一个主要途径^[1-8]，通过释放掺杂介孔玻璃的各种金属离子，从而影响使用部位基因表达及组织生长，同时在微环境中缓慢释放钙离子提升pH有利于杀灭细菌防止感染，这使其成为生物医学的理想材料。近年来，拥有上述优异特点的介孔生物玻璃被广泛用于止血及生物组织愈合等临床应用医学领域的研究，通过调整离子掺杂比例和制备工艺研究不同结构及掺杂离子对体内细胞相容性以及对组织愈合的影响。

1.1 生物玻璃的生物活性

生物活性是判定生物材料的一个重要指标，通常以羟基磷灰石（HA）的形成速率来表征。由于成本低、操作方便等优点，科研人员普遍采用溶胶凝胶法制备MBG。事实上，该方法制备的MBG具有更高的活性表面以及更高的稳定性因而最适合用来测定生物玻璃的生物活性。目前，人们正在广泛研究制备经离子改性的MBG以获得更优秀的生物性能，主要包括硅酸盐基、磷酸盐基及硼酸盐基生物玻璃。近年来，随着多功能生物材料的需求不断提升，模板剂结合溶胶凝胶法被用于制备有序介孔生物活性玻璃（MBG）。由于其有序的一维多孔结构，大孔径和极大的比表面积以及良好的生物相容性，MBG的出现拓宽了其在临床的应用领域，因此受到了生物医药领域研究者的关注。随着研究的不断深化，MBG作为一种潜在的多功能材料正逐步在临床中试用，也在医疗市场上得到推广和应用。

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