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《Ceramics International》:基于数字光处理的氧化锆/硅酸钙复合支架的制备

《Ceramics International》:基于数字光处理的氧化锆/硅酸钙复合支架的制备

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2024-03-21 09:33
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【概要描述】报道了制备了一种 ZrO2/CS(氧化锆/壳聚糖)多孔支架,研究了支架的形态对其综合性能的影响。此外,探讨了CS掺杂对ZrO2支架生物活性的提高作用,并使用MC3T3-E1细胞评价了ZrO2/CS支架的生物相容性和评估了ZrO2/CS支架对细胞增殖和矿化能力的促进作用。

《Ceramics International》:基于数字光处理的氧化锆/硅酸钙复合支架的制备

【概要描述】报道了制备了一种 ZrO2/CS(氧化锆/壳聚糖)多孔支架,研究了支架的形态对其综合性能的影响。此外,探讨了CS掺杂对ZrO2支架生物活性的提高作用,并使用MC3T3-E1细胞评价了ZrO2/CS支架的生物相容性和评估了ZrO2/CS支架对细胞增殖和矿化能力的促进作用。

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2022年5月25日,南京航空航天大学、南京大学、江西理工大学和苏塞克斯大学的研究人员在《Ceramics International》上发表题为Fabrication of a zirconia/calcium silicate composite scaffold based on digital light processing的研究论文,报道了制备了一种 ZrO2/CS(氧化锆/壳聚糖)多孔支架,研究了支架的形态对其综合性能的影响。此外,探讨了CS掺杂对ZrO2支架生物活性的提高作用,并使用MC3T3-E1细胞评价了ZrO2/CS支架的生物相容性和评估了ZrO2/CS支架对细胞增殖和矿化能力的促进作用。

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884222018454

 

 

  研究简介  

 

氧化锆和硅酸钙在骨修复中的应用广泛。氧化锆具有出色的力学性能,而硅酸钙具有良好的生物活性。利用数字光处理技术制备了多孔ZrO2/CS复合陶瓷支架。显微结构分析显示,硅酸钙被嵌入在氧化锆颗粒之间。力学试验表明,连接的硅酸钙颗粒可以提高材料的力学性能,而分散的硅酸钙颗粒会降低材料的力学性能。细胞实验表明,向氧化锆中添加硅酸钙对细胞的增殖和分化有积极影响。体外降解试验表明,随着硅酸钙含量的增加,支架在4周内的质量损失率增加了0.63%到1.42%。此外,支架的降解促进了磷灰石的沉积,有利于支架与活骨的整合。综上所述,与纯氧化锆支架相比,ZrO2/CS复合支架具有更好的生物相容性,为3D打印骨修复支架提供了潜在的解决方案。

 

 

 

图1 制作过程说明。

 

 

 

图2 (a)坯体TG/DSC曲线,(b)脱脂烧结加热曲线。(读者可参阅本文的网页版本,以了解该图例中有关颜色的解释。)

 

 

 

图3 (a)支架的XRD谱图,(b) ZC30的SEM图,(c) - (e) ZC30样品上Zr、Ca、Si元素的EDS图谱。

 

 

 

图4 (a)未烧结和烧结支架,(b,c)不同放大倍数下支架的SEM图像。标签表示尺寸孔(Sp)和支撑尺寸(Ss)。

 

 

 

图5 (a)代表性应力-应变曲线,(b)支架的平均抗压强度。

 

 

 

图6 (a) CS在支架中的聚集图像;(b)支架的缺陷。

 

 

 

图7  (a)培养1 d后支架上细胞的SEM图像(箭头表示),a1-a4: ZC0, ZC10, ZC20, ZC30, (b)支架上细胞分布示意图,b1-b4: ZC0, ZC10, ZC20, ZC30(蓝色区域为CS,白色区域为ZrO2)。

 

 

 

图8 培养4天后支架内表面细胞的激光共聚焦图像。

 

 

 

图9 不同CS添加量对MC3T3-E1细胞在支架上增殖率的影响。数值以mean±SD表示。(n = 3, *p < 0.05)。

 

 

 

图10 成骨分化第7天ALP染色和成骨分化第14天ARS染色图像,(b)支架培养7天后细胞ALP活性,(c)支架培养14天后细胞矿化促进率。

 

 

 

图11 SBF浸泡7、14、28天后支架的SEM图像。

 

 

 

图12 (a)不同时间段浸泡在SBF中的支架失重情况,(b):复合材料支架的降解过程(蓝色区域为CS,灰色区域为ZrO2)。(读者可参阅本文的网页版本,以了解该图例中有关颜色的解释。)

 

 研究结论 

 

通过DLP技术制备的ZrO2/CS复合支架的实验结果表明,CS的掺杂可以改善复合支架的力学性能、生物活性和生物降解性。CS的掺杂破坏了ZrO2的晶界,形成了缺陷,从而使复合支架的抗压强度低于纯氧化锆支架。然而,随着CS含量的增加,CS颗粒相互连接,形成稳定的支撑结构,导致复合支架的抗压强度增加。同时,CS在支架表面的覆盖面积增加,提供了细胞粘附的良好位点。

细胞实验结果表明,CS掺杂量越多的支架具有更好的生物活性,有利于MC3T3-E1细胞的增殖和分化。支架在生理缓冲液中浸泡时,支架表面会出现磷灰石沉积,有利于支架与活骨的融合。与此同时,CS的降解和磷灰石沉积共同作用,使4周支架的失重从0.63% (ZC0)增加到1.42% (ZC30),为调节骨支架的降解速率提供了一种策略。

总结而言,CS掺杂的ZrO2/CS复合支架具有改善的力学性能、生物活性和生物降解性,因此在骨支架应用中具有潜在的应用前景。

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