骨骼中羟基磷灰石分离机理与成骨细胞相容性研究

The main inorganic component of natural animal bone tissue is hydroxyapatite. It is regarded as bone repair replacement material with the high performance because of possessing biocompatibility and bone conduction effect. But now, major products are made by artificial synthesis. There are some differences with human hydroxyapatite on the structure performance. The product from natural animal bone is more close to human body. Ionic liquid is a green solvent with good dissolved ability and designability. Special mention is given here to make ionic liquid have special function by changing different combinations of cation and anion. Preliminary study on the dissolution process of pig bone in ionic liquid [EMIM]Br has been made, and the hydroxyapatite similar to human bone obtained. In the support of the fund, the functional ionic liquids with biocompatibility and low cost will be developed and selected. Based on theories of hydrogen-bond and salt-bond, dissolving mechanism of animal bones in ionic liquid will be discussed deeply, its dissolving rule explored and verified, its dissolving process explained. Research of ionic liquid dissolving animal bones makes preparation of hydroxyapatite with the characteristics of preparation conditions simple, small negative effects on the environment, short time needed, hydroxyapatite yield high and match with human bone structure. This technology can provide a new approach for further development and research of human hard tissue replacement materials, and also theoretical support for the process control of dissolving biomass in ionic liquids.

羟基磷灰石是天然骨组织的主要无机成分，具有良好的生物相容性和骨传导作用，是公认性能良好的骨修复替代材料。现有人工合成的产品与人体羟基磷灰石在性能上存在差距，而从天然动物骨制备的产品与人体骨骼更为接近。离子液体具有良好的溶解能力和"可设计性"，改变阴阳离子不同组合可使其具备特殊功能。前期初步研究了猪骨在离子液体[EMIM]Br中的溶解过程，提取得到了与人体骨相近的羟基磷灰石。拟在基金支持下开发选择具有生物相容性、低成本功能性离子液体；并依据氢键和盐键理论，深层次探讨离子液体对动物骨骼溶解机理、探索求证溶解规律，解释溶解历程。离子液体溶解有机骨胶原、制备分离骨胶原及羟基磷灰石的研究，具有制备条件要求低，对环境负面作用小，所需时间短，羟基磷灰石得率高，与人体骨结构匹配的特点，可为人体硬组织替代材料的开发和研究提供有发展前景的新途径，也为生物质在离子液体中溶解工艺过程控制提供理论支持。

本项目采用离子液体进行了动物骨骼溶解实验研究，离子液体是绿色溶剂，溶解动物骨分离提取羟基磷灰石（HAp）工艺具有制备条件要求低，对环境负面作用小，所需时间短，HAp得率高且与人体骨结构匹配的特点。.合成制备了不同类型离子液体，综合对比了动物骨溶解率、提取HAp得率、物化性能、成本以及离子液体制备等条件，选出了对动物骨具有良好溶解作用和生物相容性的离子液体。完成了离子液体对动物骨溶解提取HAp工艺、HAp分离机理和溶解过程动力学研究，用提取的HAp进行了羟基磷灰石/胶原仿生复合材料制备,并对提取的HAp及复合材料进行了表征和性能分析以及生物相容性试验。.对提取HAp进行的红外光谱（FTIR）、X-射线衍射（XRD）、差示扫描量热法（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和热重分析（TG）等表征分析，可知提取的HAp晶格与人骨HAp相似，结晶度较完善，Ca/P原子计数比约为1.67；对未溶骨及再生物质进行表征及离子液体骨溶解机理分析，可知离子液体骨溶解符合EDA理论及氢键理论；对骨溶解历程分析得出了离子液体中骨胶原的降解反应动力学方程。回收溶解后滤液中的离子液体结构没有变化，保持了原有的性能，且回收率不低于90%，可以多次重复利用，降低了成本。.对提取HAp进行热原试验及溶血试验，可知提取的HAp无致热源性，无致溶血性，符合生物材料安全性评价热原试验要求及溶血实验要求；对羟基磷灰石/胶原复合材料进行生物相容性研究可得：复合材料有轻微的急性毒性和轻微过敏性，无致热源，无致溶血性，符合生物材料安全性评价热原试验要求、全身过敏性实验要求及溶血实验要求；提取的HAp及复合材料都具有一定的生物相容性。.选用离子液体为溶剂，采用不同方法提取动物骨中的HAp，一方面可以将大量废弃的动物骨加以利用，变废为宝；另一方面，与化学合成的HAp相比，天然提取的HAp在物理性质、化学性质及生物相容性方面都更接近于人体骨骼中的HAp，在医学骨科领域有着更广泛的的临床应用，有望成为一种新型的骨损伤修复材料。