本文關(guān)鍵詞： 碳纖維 增強(qiáng) 聚酰亞胺 生物相容性 人工關(guān)節(jié)　出處：《吉林大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：人工關(guān)節(jié)置換術(shù)已成為治療髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和手足部各關(guān)節(jié)等關(guān)節(jié)嚴(yán)重病變的主要手段，被譽(yù)為20世紀(jì)骨科發(fā)展史中重要的里程碑之一。但用于生產(chǎn)人工關(guān)節(jié)的材料尚不盡人意。一方面要求其要具有優(yōu)異的生物相容性、不產(chǎn)生任何的毒副作用；同時(shí)應(yīng)具有壽命長、不磨損、不產(chǎn)生松動(dòng)等特性。聚酰亞胺材料是我國自行研發(fā)的一類高分子聚合材料，具有優(yōu)良的物理化學(xué)穩(wěn)定性、易加工性、表面粘附性、自潤滑性、生物力學(xué)性能，是體內(nèi)植入材料的理想選擇。但目前國內(nèi)尚無聚酰亞胺樹脂作為體內(nèi)植入材料的相關(guān)報(bào)道，國外僅限于口腔內(nèi)假體的研究，并且國內(nèi)外的聚酰亞胺的分子結(jié)構(gòu)亦有不同。本文對由長春高琦聚酰亞胺材料有限公司生產(chǎn)的碳纖維增強(qiáng)的聚酰亞胺纖維為材料，對其體外的細(xì)胞毒性、體內(nèi)植入毒性、遺傳毒性等進(jìn)行生物相容性的評價(jià)，為其臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 目的：本研究旨在探索長春高琦聚酰亞胺材料有限公司所生產(chǎn)的聚酰亞胺樹脂作為體內(nèi)植入材料的生物學(xué)特性；并利用CF作為填充相，改善該材料的生物力學(xué)性能，為該材料在人體應(yīng)用提供理論依據(jù)，爭取為臨床人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定材料的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 方法： 1.材料制備：熱固性PMR型聚酰亞胺的合成過程稱為原位單體聚合反應(yīng)物，比熱塑性聚酰亞胺更容易加工成高質(zhì)量的復(fù)合結(jié)構(gòu)。碳纖維增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料通常采用PMR型聚酰亞胺浸漬碳纖維來制成，樹脂的聚合通過交聯(lián)封端基團(tuán)和環(huán)化脫水產(chǎn)生的二酰亞胺聚合物鏈。 本研究的聚酰亞胺由長春高琦聚酰亞胺材料有限公司提供：在室溫下將預(yù)聚物粉末50克放在直徑為10厘米的金屬模具內(nèi)，放在預(yù)熱到220度的壓榨機(jī)上加熱，當(dāng)溫度達(dá)到280℃，壓力3-4Mpa。釋放熱量1分鐘，以使低分子量的分子逸出。然后重新加壓，加熱溫度到達(dá)320℃。在這個(gè)溫度下固話2小時(shí)，然后在相應(yīng)壓力下冷卻到200度，釋放壓力，在室溫下取出復(fù)合材料。 2.將108只大鼠隨機(jī)分成6組，正常組、陽性對照組、假手術(shù)組、PI材料低劑量組、PI材料中劑量組和PI材料高劑量組，每組18只。采用背部植入法，用鈍器解剖法在一皮膚切口部位制備皮下囊，底部和皮膚切口應(yīng)為10mm以上，每個(gè)囊內(nèi)植入一個(gè)植入物，植入物之間不能互相接觸。分別于手術(shù)后1、4、12周取血、取尿檢測血常規(guī)、血生化、尿常規(guī)和尿生化。脫臼處死大鼠，取下材料植入?yún)^(qū)的皮膚、肝臟、腎臟、胰腺和脾臟進(jìn)行理切片分析。 3.取健康、成年的白色家兔6只，在試驗(yàn)前4h-24h將動(dòng)物背部脊柱兩側(cè)被毛除去（約10cm×15cm區(qū)域），作為試驗(yàn)和觀察部位。將0.5mL的PI浸提液直接滴到2.5cm×2.5cm大小的吸收性紗布塊上，浸提液的用量以能浸透紗布塊為宜。用繃帶固定敷貼片至少4h。接觸期結(jié)束后取下敷貼片，用持久性墨水對接觸部位進(jìn)行標(biāo)記，并用適當(dāng)?shù)姆椒ǔ埩粼囼?yàn)材料。在自然光線或全光譜燈光下觀察皮膚反應(yīng)。記錄每一接觸部位在每一規(guī)定時(shí)間內(nèi)皮膚紅斑和水腫反應(yīng)情況。 4.用無水乙醇超聲清洗試樣20min，然后用蒸餾水反復(fù)清洗，常規(guī)消毒、干燥。根據(jù)GB/T16886.12標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，材料表面積與浸提介質(zhì)6cm2·ml-1的比例加入含10%FBS的RPMI-1640培養(yǎng)液，39℃度輕搖72h，制備浸提液。取出Vero細(xì)胞，用含10%FBS的RPMI-1640培養(yǎng)基培養(yǎng)，制備成細(xì)胞懸浮液。參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16886.5-1997及相關(guān)參考文獻(xiàn)，，采用MTT法檢測PI材料對Vero細(xì)胞毒性作用，觀察24h，48h和72h PI材料和浸提液對vero細(xì)胞存活率的影響。進(jìn)行HE染色，檢測接觸PI材料對細(xì)胞形態(tài)的影響 5.取50只昆明小鼠隨機(jī)分為5組，分別為PI浸提液低劑量組、PI浸提液中劑量組、PI浸提液高劑量組、陽性對照組以及陰性對照組。PI浸提液低劑量組給予材料浸提液5ml/kg，連續(xù)灌胃給藥30天；PI浸提液中劑量組給予材料浸提液10ml/kg，連續(xù)灌胃給藥30天；PI浸提液高劑量組給予材料浸提液20ml/kg，連續(xù)灌胃給藥30天，陰性對照組給予生理鹽水，連續(xù)灌胃給藥30天；陽性對照組給予環(huán)磷酰胺80mg/kg，于處死動(dòng)物前30小時(shí)和6小時(shí)各經(jīng)腹腔注射給藥一次。進(jìn)行微核實(shí)驗(yàn)和染色體畸變分析實(shí)驗(yàn)。 結(jié)果： 1.制備出抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度優(yōu)于純聚酰亞胺的碳纖維增強(qiáng)的聚酰亞胺復(fù)合材料。其中聚酰亞胺由長春高琦聚酰亞胺材料有限公司提供：在室溫下將預(yù)聚物粉末50克放在直徑為10厘米的金屬模具內(nèi)，放在預(yù)熱到220度的壓榨機(jī)上加熱，當(dāng)溫度達(dá)到280℃，壓力3-4Mpa。釋放熱量1分鐘，以使低分子量的分子逸出。然后重新加壓，加熱溫度到達(dá)320℃。在這個(gè)溫度下固話2小時(shí)，然后在相應(yīng)壓力下冷卻到200度，釋放壓力，在室溫下脫模。機(jī)械加工成各種試樣。 2.于術(shù)后第1、4和12周取大鼠全血檢測血常規(guī)，各組大鼠淋巴細(xì)胞絕對值、單核細(xì)胞絕對值、血紅蛋白、紅細(xì)胞比容和平均血小板體積不全相等，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。淋巴細(xì)胞絕對值、單核細(xì)胞絕對值陽性對照組水平顯著高于其它組（P0.05），血紅蛋白和平均血小板體積陽性對照組的水平顯著低于其它組（P0.05），紅細(xì)胞比容和血小板分布寬度的水平在各處理間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P0.05）。 于術(shù)后第1、4和12周取大鼠血清檢測血生化，各組大鼠間天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、總蛋白、球蛋白、白/球比例和尿素氮的水平不全相等，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P0.05）。陽性對照組天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶的水平高于正常組、假手術(shù)組、低劑量組、中劑量組和高劑量組（P0.05）。總蛋白水平在陽性對照組中最高，顯著高于其它處理組（P0.05）。球蛋白水平和白/球比例陽性對照組高于其它處理組，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P0.05）。陽性對照組尿素氮水平高于其它組（P0.05）。 于術(shù)后第1、4和12周取大鼠尿液檢測尿常規(guī)，陽性對照組大鼠尿白細(xì)胞個(gè)數(shù)和尿病理管型數(shù)量顯著高于其它組。 于術(shù)后第1、4和12周取大鼠尿液檢測尿膽原，各組大鼠尿膽原陽性率不等，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P0.001）。其中陽性對照組尿膽原陽性率最高，顯著高于其它組，其它組間陽性率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，。 術(shù)后第1、4和12周取大鼠尿液檢測尿亞硝酸鹽，各組大鼠尿亞硝酸鹽陽性率不全相等，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P0.001）。其中陽性對照組大鼠尿亞硝酸鹽陽性率最高，顯著高于其它組，其它組間陽性率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 術(shù)后第1、4和12周取大鼠尿液檢測尿蛋白，各組大鼠尿蛋白陽性分布情況不全相等，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P0.001）。陽性對照組的大鼠尿蛋白水平和陽性率最高，顯著高于其它組，其它組間陽性率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 術(shù)后第1、4和12周取大鼠糞便進(jìn)行隱血試驗(yàn)，各組大鼠隱血分布情況不全相等，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P0.001）。其中陽性對照組大鼠隱血陽性率最高，其它組間陽性率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 術(shù)后第1周、第4周和第12周對大鼠肝、脾、腎、胰腺和手術(shù)局部皮膚組組進(jìn)行病理學(xué)觀察，正常組、假手術(shù)組、PI低劑量組、PI中劑量組和PI高劑量組皮膚組織無明顯變化，肝臟、脾臟、腎臟和胰腺組織無明顯病理變化。第1周陽性對照組大鼠皮膚手術(shù)局部有炎性浸潤細(xì)胞，第4周發(fā)現(xiàn)炎性肉芽，第12周可見植入材料出現(xiàn)纖維包裹。肝臟切片見棕色顆粒，肝細(xì)胞出現(xiàn)壞死變性。脾臟、腎臟和胰腺內(nèi)偶見棕色顆粒。 3. PI浸提液組家兔背部皮膚未見紅斑和水腫反應(yīng)，陽性藥物組動(dòng)物皮膚見有輕微紅斑。 4.分別觀察PI材料浸提液孵育Vero細(xì)胞24h、48h和72h后細(xì)胞的存活率變化，隨著PI浸提液濃度的增加，細(xì)胞存活率無明顯改變，而PVC對照組的細(xì)胞存活率明顯下降，說明在孵育PI材料與PVC材料相比，對Vero細(xì)胞存活率的幾乎沒有影響 PI材料浸提液組和材料直接接觸組孵育Vero細(xì)胞24、48、72小時(shí)后細(xì)胞形態(tài)未見異常，細(xì)胞形態(tài)完整，胞核漿界限清楚，與正常組細(xì)胞無顯著性差異。 5.陽性對照組（環(huán)磷酰胺）有較高的小鼠骨髓微核發(fā)生率，陰性對照組與PI浸提液各劑量組小鼠骨髓微核發(fā)生率都很低。其中PI浸提液低劑量組、PI浸提液中劑量組和PI浸提液高劑量組的細(xì)胞微核率分別為3‰、4‰和3‰，與陰性對照組（3‰）相比，差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 只有陽性對照組（環(huán)磷酰胺）發(fā)生了染色體畸變，染色體畸變率為7%；PI浸提液低劑量組、PI浸提液中劑量組、PI浸提液高劑量組以及陰性對照組染色體畸變率均為0。 結(jié)論：通過體內(nèi)植入試驗(yàn)、皮膚致敏試驗(yàn)、細(xì)胞毒性試驗(yàn)和遺傳毒性評價(jià)等生物毒理試驗(yàn)，證實(shí)碳纖維增強(qiáng)的聚酰亞胺材料生物安全性良好，對生物體無毒副作用，可以作為人工關(guān)節(jié)的生物材料，應(yīng)用于臨床。本文的創(chuàng)新之處在于材料方面，研究我國最近生產(chǎn)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的聚酰亞胺樹脂的生物學(xué)特性；工藝方面，利用聚酰亞胺樹脂的表面粘附性，將碳纖維作為填充材料，進(jìn)一步改善聚酰亞胺的生物力學(xué)性能；應(yīng)用方面，將材料在人工仿真關(guān)節(jié)制造中應(yīng)用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R318.08

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1509611