骨组织工程支架材料及其力学性能

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1、骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能骨组织工程支架材料及其力学性能/龚明明等?43?骨组织工程

2、支架材料及其力学性能龚明明,谭丽丽,杨柯(1中国科学院金属研究所,沈阳110016;2中国科学院研究生院,北京1O0049)摘要骨组织工程的研究是组织工程最为活跃的领域之一,如何制备理想的骨支架材料是当前的一个研究热点.通过人们的努力,目前已有多种骨组织工程支架材料问世.综述了各类骨组织工程支架材料的优缺点,对比了它们的力学性能,并对骨组织工程的前景进行了展望.关键词骨组织工程支架材料力学性能中国分类号:R318.08BoneTissueEngineeringScaffoldsandTheirMechanicalPropertiesGONGMingming,TANLili,YANGKe(1I

3、nstituteofMetalResearch,ChineseAcademyofSciences,Shenyang110016;2GraduateSchool,ChineseAcademyofSciences,Beijing100049)AbstractBonetissueengineeringisthemostactivefieldinresearchoftissueengineeringandoneofitsstud—iesisfocusedonthepreparationoftheidealscaffol&Anumberofscaffoldshavebeenfabricated

4、byeffortofscientists.Thispaperreviewsboththeadvantagesanddisadvantagesofmanykindsofscaffolds,comparestheirmechanicalprop—ertiesandalsopreviewsthefeaturetrendofbonetissueengineering.Keywordsbonetissueengineering,scaffold,mechanicalproperties0引言“组织工程”是2o世纪8o年代提出的一门新兴交叉学科.近年来,随着细胞生物技术和生物材料技术的发展,组织工程在其

5、研究和应用方面也取得了很大的进展.其基本含义是应用工程科学和生命科学的基本原理和技术,在体外构建具有生物功能的人工替代物,用于修复组织缺损,替代失去功能或衰竭的组织,器官的部分或全部功能_1].组织工程的研究范围很广,几乎涉及人体的所有器官,如骨,软骨,肌腱,皮肤,血管,肝脏,神经,牙,角膜等.其中,骨组织工程由于有望解决长期困扰骨科的一大问题——骨缺损特别是大块骨缺损,成为最为活跃的研究领域之一,其应用研究已经在矫形外科,口腔外科及颅外科等多个领域展开.骨组织工程的基本方法是将支架材料作为信号因子和细胞的载体或模板来诱导成骨,或从周围骨组织募集细胞使其趋化和分化,最终形成新骨.可以看出,支

6、架材料在骨组织工程中起到举足轻重的作用.理想的骨组织工程支架材料的要求包括:(1)具有良好的生物相容性,降解产物无毒性,不引起炎症反应;(2)具有合适的孔隙尺寸以适应新骨的长入,骨支架材料的平均孔径需在200400,~m之间_2;(3)具有一定的机械强度,能为新生组织提供支撑,同时其力学性能需与人体骨的力学性能相匹配,人体松质骨的弹性模量在0.1～o.5GPa,抗压强度在4～12MPa,密质骨的弹性模量在12～18GPa,抗压强度在13O～180MPal3;(4)具有骨传导性或骨诱导性,能促进骨质沉积和骨生长;(5)具有良好的生物降解性,支架的降解速度必须与再生骨的速率相匹配.1骨组织工程支

7、架材料El前用于骨组织工程的支架材料很多,可以分为4大类:生物活性陶瓷,可降解金属材料,有机材料和复合材料.1.1生物活性陶瓷生物活性陶瓷具有良好的生物相容性,对宿主全身和局部无毒副作用,具有足够的强度,能满足人体硬组织所需的力学性能要求,并能长期在体内保持其原有性质不变.缺点是脆性大,加工困难.目前研究的生物活性陶瓷主要有磷酸三钙(TCP),羟基磷灰石(HA)和珊瑚礁等.磷酸三钙(13-TCP)具有良好的生