海藻酸钠/羟基磷灰石骨修复材料的制备(2)
1.2 软骨组织工程支架材料
软骨组织工程中运用最多的是利用天然高分子材料制备的可注射型水凝胶。因为水凝胶与细胞外基质具有极高的相似性，并且这种水凝胶可以直接注射到受损部位实现微创治疗，易操作而且减缓病人的痛苦[6-9]。水凝胶在微观上一般具有网状结构，能够吸收一定量的体液提供细胞代谢，并具有一定的抗压性能。实验证明一些水凝胶能够承受一定压力而结构不被破坏，这为软骨组织工程的应用提供了进一步保障[10-13]。其中，具有溶胶凝胶转变特性的水凝胶逐渐成为应用于组织工程的首选材料，同时也最有望实现临床应用。这种水凝胶的特点是制备之初处于流体状态，可以通过注射器填充到受损部位。经过几分钟后自发转变成凝胶态，具有一定的抗压性能[14]。
1.3 软骨组织工程高分子材料
海藻酸钠(Alginate)是一种天然的带负电基团的（-COO-）亲水多聚糖。它是由α-L-甘露糖醛酸(M单元）与β-D-古罗糖醛酸(G单元）依靠1,4-糖苷键连接而形成的共聚物[15-17]。海藻酸钠被广泛应用于伤口敷料、牙齿修复、药物传递和组织工程等方面[18]。在众多的海藻酸钠水凝胶制备方法中，离子交联形成的水凝胶具有反应条件温和、操作简单、可注射和可原位形成凝胶等优点。离子交联的原理是阳离子（通常用Ca2+）与海藻酸钠所带电荷相反，从而形成键合作用将海藻酸钠分子链连在一起形成空间网状结构。但由于在室温下该反应过于迅速，如果直接将氯化钙溶液与海藻酸钠溶液混合会导致反应不均匀，进而形成的水凝胶性能不佳[19]。Kurt Ingar Draget等提出了新的制备方法客服了这一困难。具体方法为先将CaCO3充分混合到Alg溶液中，然后加入GDL缓慢释放H+。释放出来的H+与均匀分散的CaCO3作用形成二价钙离子从而形成均匀的Alg水凝胶[20]。通过离子交联方法制备的水凝胶不会产生毒副作用，但由于其结合不牢固，所以力学性能略有下降 [21]。
胶原(Gelatin)属于结构蛋白，具有黏结细胞的的功能，是细胞外基质的最主要的组成部分，广泛存在动物结缔组织细胞中[22]。明胶分子链上含有大量-OH、-NH2和-COOH等活性基团，根据应用目的不同可以通过将具有特殊功能的小分子物质接枝到这些活泼基团上实现改性，使明胶的应用范围得以扩展[23]。有研究指出，通过油水乳液交联法制备的明胶微球（GMs）可有效防止转化生长因子失活，且延缓生长因子的释放，增加了生长因子作用细胞的时间，可以作为组织工程的支架材料[24-25]。
1.4 软骨组织工程无机材料
羟基磷灰石（HAP）是骨或软骨中无机成分的主要物质，属吹冰方晶系。由于海藻酸钠分子与骨细胞结合效果不佳，HAp的加入能够有效地提高细胞相容性从而诱导骨细胞分裂分化。与此同时，由于无机材料的抗压性能远优与柔软的高分子材料，HAp的引入能够有望提高材料的力学性能使之能够应用于软骨组织修复。总之，HAp以其良好的细胞相容性、骨细胞诱导性和优良的力学性能等特点，已经成为应用于骨损伤修复的主要材料之一 [26-28]。
1.5 课题的提出
软骨组织工程支架要求材料具有良好的生物活性和生物相容性，同时又必须具备一定的力学强度，以保障材料在治愈过程中承受压力而不被破坏。然而，仅凭借单一原材料制备的支架通常无法同时实现以上两点目标，因此，利用两种或两种以上不同性质的材料构建复合支架逐渐引起研究学者的关注。
本文设计构建了力学性能较优的羟基磷灰石与具有生物活性的海藻酸钠水凝胶支架复合材料。在制备水凝胶的方法上采用原位释放法，并监测水凝胶形成期间的pH值变化过程，为后续的细胞包埋奠定基础。然后通过向水凝胶中添加不同量的HAp，制备不同比例的海藻酸钠/羟基磷灰石（Alg/HAp）水凝胶，比较其力学性能（抗压性能）、凝胶时间、吸水性和降解速率之间的差异。
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