納米骨修復(fù)材料及其制備技術(shù)

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1、華中科技大學(xué)·納米材料制備技術(shù)課題論文納米骨修復(fù)材料及制備技術(shù)摘要：作為細(xì)胞外支架和骨折的固定材料，納米骨修復(fù)材料己在組織工程和生物材料研究中顯示出優(yōu)異的生物學(xué)性能和廣闊的應(yīng)用前景。納米骨修復(fù)材料通過(guò)模擬自然骨的基本組成，設(shè)計(jì)用于骨組織修復(fù)重建，其關(guān)鍵在于以生物活性納米磷灰石晶體復(fù)合有機(jī)基質(zhì)構(gòu)建功能性生物活性材料。復(fù)合材料中納米磷灰石晶體具有優(yōu)異的生物活性，有利于骨組織細(xì)胞的良好生物學(xué)響應(yīng)。有機(jī)基質(zhì)的高張力強(qiáng)度與抗壓的納米無(wú)機(jī)磷灰石晶體巧妙結(jié)合，決定了納米復(fù)合材料高強(qiáng)韌的力學(xué)負(fù)載性質(zhì)。與分子成分同樣重要的是結(jié)構(gòu)因素，包括不同尺寸的架構(gòu)組織和可控取向。本文從各種類型和性能的

2、納米骨修復(fù)材料，應(yīng)用于骨修復(fù)材料領(lǐng)域的納米制備技術(shù)，骨組織工程支架的構(gòu)建三個(gè)方面介紹了納米骨修復(fù)材料的研究進(jìn)展，并展望未來(lái)臨床應(yīng)用的設(shè)計(jì)研究重點(diǎn)。關(guān)鍵詞：納米材料骨修復(fù)仿生構(gòu)建生物因子緩釋支架。自然造物賦予世間生物體令人驚嘆的復(fù)雜性和精密度、豐富的層次和多材質(zhì)的融合體現(xiàn)著極高的適應(yīng)性和承受力，物競(jìng)天擇形成的基本元素組合和構(gòu)建法則為我[1-2]們提供著最可信、最有效、也更易為環(huán)境所吸納的材料設(shè)計(jì)構(gòu)想。在自然進(jìn)化過(guò)[3]程中，有機(jī)體用少數(shù)幾種成分要素構(gòu)建出功能多樣的礦化物質(zhì)。與物質(zhì)成分同樣重要的是結(jié)構(gòu)因素，包括不同的尺寸梯度和結(jié)構(gòu)取向。對(duì)這些礦化物質(zhì)及結(jié)構(gòu)的深入研究，不僅可了

3、解其結(jié)構(gòu)與功能間的關(guān)系，還為我們?cè)O(shè)計(jì)和探索條件溫和的生物材料制備方法提供模板?，F(xiàn)代材料學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究利用納米技術(shù)手段，使納米尺度構(gòu)建的生物材料相對(duì)于其他硬組織替代材料具有更多優(yōu)點(diǎn)，[4]如，更好的生物相容性、生物活性、生物力學(xué)行為和降解吸收等性能。在這些研究中，材料科學(xué)工作者總是試圖盡可能模擬精致的骨結(jié)構(gòu)。雖然目前制備出的材料，與天然礦化物質(zhì)各個(gè)層次的微觀結(jié)構(gòu)相比都比較粗淺，但正是這種模擬的不斷推進(jìn)以及制備技術(shù)和研究方法的不斷更新，促使性能更優(yōu)異的骨修復(fù)替代材料層出不窮。納米材料由尺寸小于100nm(1-100nm)的超微顆粒構(gòu)成，當(dāng)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元小到納米級(jí)，其性質(zhì)就會(huì)

4、發(fā)生顯著變化，出現(xiàn)新的理化特性和生物學(xué)效應(yīng)?，F(xiàn)在對(duì)納米骨修復(fù)材料的類型及其制備技術(shù)的研究進(jìn)展介紹如下：1華中科技大學(xué)·納米材料制備技術(shù)課題論文1納米骨修復(fù)材料當(dāng)前，納米材料的研究已滲透到各個(gè)領(lǐng)域，納米級(jí)骨材料就是一類由人工合成、具有多種優(yōu)良理化特性（由能自固化成型、機(jī)械強(qiáng)度高、使用方便等)和生物學(xué)特性（無(wú)毒副作用、可以吸收和降解、生物相容性好、能誘導(dǎo)骨細(xì)胞和血管生長(zhǎng)等)的新型骨復(fù)材料，其主要用途是修復(fù)骨缺損時(shí)作為細(xì)胞外支架材料和骨折的固定材料。下而將近年來(lái)納米級(jí)骨修復(fù)材料的研究進(jìn)展介紹如下。1.1納米陶瓷納米陶瓷是最常用的組織工程材料，目前用于制備納米陶瓷的材料主要包括:

5、羥基磷灰石((HAP)氧化鋁陶瓷(Al2O3),磷酸三鈣(TCP)等。1.1.1納米羥基磷灰石[5]李玉寶等用硝酸鈣、磷酸按為原料，二甲基甲酰胺為分散劑，在常壓下制備出晶體結(jié)構(gòu)類似于人骨組織的納米級(jí)羥基磷灰石針狀晶體，可用做人骨組織修復(fù)材料。國(guó)外已制備出含有ZrO2(二氧化鋯)的納米羥基磷灰石材料，其硬度、韌性等綜合性能可達(dá)到甚至超過(guò)致密骨骼相應(yīng)性能。通過(guò)調(diào)節(jié)ZrO2含量，可使該納米人工骨材料具有優(yōu)良的生物相容性。1.1.2磷酸三鈣(p-TCP)合成納米松質(zhì)骨[6]Baksh等用聚氨脂海綿方法編織出具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型多孔聚磷酸鈣骨架材料(CPP)，并進(jìn)行了離體、在體研

6、究，發(fā)現(xiàn)多孔的CPP骨架能促進(jìn)骨生長(zhǎng)。多孔[7]p-TCP成松質(zhì)骨與人體松質(zhì)骨的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成份相似，EMErbe等合成Vitoss無(wú)填料納米松質(zhì)骨，該松質(zhì)骨具有廣泛的孔隙，孔徑相通，利于營(yíng)養(yǎng)連續(xù)供給和更多的細(xì)胞、組織長(zhǎng)入，使骨修復(fù)更快、更完全。1.1.3氧化錯(cuò)(Zr02)/氧化鋁(AI203)[8]MUchida將氧化錯(cuò)/氧化鋁晶體納米化合物團(tuán)塊浸在與生物體液相似的溶液中，其表而可生成骨樣磷灰石層，提示在活體內(nèi)可能形成生物陶瓷如羥基磷灰石(HAP),[9]磷酸三鈣((TCP)等。JWthomas等將大鼠顱骨的成骨細(xì)胞粘附在23nmAI2O3上，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)具有很好的伸展性

7、，且成骨細(xì)胞的粘附能力比在硼硅酸鹽玻璃上增46%，表明AI2O3納米顆粒增強(qiáng)了細(xì)胞間的相互作用;細(xì)胞形態(tài)分析和材料毒性評(píng)價(jià)也表明:納米復(fù)合陶瓷材料有良好的生物相容性。1.2合成高分子聚合物聚乳酸(PLA),聚羥基乙酸(PGA)以及它們的共聚物(PLGA)是目前應(yīng)用最廣的幾種2華中科技大學(xué)·納米材料制備技術(shù)課題論文[10]可降解的納米高分子材料。有學(xué)者問(wèn)用聚乳酸接骨板來(lái)修復(fù)動(dòng)物股骨缺損，發(fā)現(xiàn)該材料可以選擇吸收移植部位附近的鈣，具有生物活性，可以刺激新骨形成。甲基/甲基丙烯酸聚合物(PMMA)是骨水泥的基質(zhì)，它由1-3nm大小的微