纳米骨修复材料及其制备技术

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1、华中科技大学·纳米材料制备技术课题论文纳米骨修复材料及制备技术摘要：作为细胞外支架和骨折的固定材料，纳米骨修复材料己在组织工程和生物材料研究中显示出优异的生物学性能和广阔的应用前景。纳米骨修复材料通过模拟自然骨的基本组成，设计用于骨组织修复重建，其关键在于以生物活性纳米磷灰石晶体复合有机基质构建功能性生物活性材料。复合材料中纳米磷灰石晶体具有优异的生物活性，有利于骨组织细胞的良好生物学响应。有机基质的高张力强度与抗压的纳米无机磷灰石晶体巧妙结合，决定了纳米复合材料高强韧的力学负载性质。与分子成分同样重要的是结构因素，包括不同尺寸的架构组织和可控取向。本文从各种类型和性能的

2、纳米骨修复材料，应用于骨修复材料领域的纳米制备技术，骨组织工程支架的构建三个方面介绍了纳米骨修复材料的研究进展，并展望未来临床应用的设计研究重点。关键词：纳米材料骨修复仿生构建生物因子缓释支架。自然造物赋予世间生物体令人惊叹的复杂性和精密度、丰富的层次和多材质的融合体现着极高的适应性和承受力，物竞天择形成的基本元素组合和构建法则为我[1-2]们提供着最可信、最有效、也更易为环境所吸纳的材料设计构想。在自然进化过[3]程中，有机体用少数几种成分要素构建出功能多样的矿化物质。与物质成分同样重要的是结构因素，包括不同的尺寸梯度和结构取向。对这些矿化物质及结构的深入研究，不仅可了

3、解其结构与功能间的关系，还为我们设计和探索条件温和的生物材料制备方法提供模板。现代材料学和生物医学研究利用纳米技术手段，使纳米尺度构建的生物材料相对于其他硬组织替代材料具有更多优点，[4]如，更好的生物相容性、生物活性、生物力学行为和降解吸收等性能。在这些研究中，材料科学工作者总是试图尽可能模拟精致的骨结构。虽然目前制备出的材料，与天然矿化物质各个层次的微观结构相比都比较粗浅，但正是这种模拟的不断推进以及制备技术和研究方法的不断更新，促使性能更优异的骨修复替代材料层出不穷。纳米材料由尺寸小于100nm(1-100nm)的超微颗粒构成，当物质的结构单元小到纳米级，其性质就会

4、发生显著变化，出现新的理化特性和生物学效应。现在对纳米骨修复材料的类型及其制备技术的研究进展介绍如下：1华中科技大学·纳米材料制备技术课题论文1纳米骨修复材料当前，纳米材料的研究已渗透到各个领域，纳米级骨材料就是一类由人工合成、具有多种优良理化特性（由能自固化成型、机械强度高、使用方便等)和生物学特性（无毒副作用、可以吸收和降解、生物相容性好、能诱导骨细胞和血管生长等)的新型骨复材料，其主要用途是修复骨缺损时作为细胞外支架材料和骨折的固定材料。下而将近年来纳米级骨修复材料的研究进展介绍如下。1.1纳米陶瓷纳米陶瓷是最常用的组织工程材料，目前用于制备纳米陶瓷的材料主要包括:

5、羟基磷灰石((HAP)氧化铝陶瓷(Al2O3),磷酸三钙(TCP)等。1.1.1纳米羟基磷灰石[5]李玉宝等用硝酸钙、磷酸按为原料，二甲基甲酰胺为分散剂，在常压下制备出晶体结构类似于人骨组织的纳米级羟基磷灰石针状晶体，可用做人骨组织修复材料。国外已制备出含有ZrO2(二氧化锆)的纳米羟基磷灰石材料，其硬度、韧性等综合性能可达到甚至超过致密骨骼相应性能。通过调节ZrO2含量，可使该纳米人工骨材料具有优良的生物相容性。1.1.2磷酸三钙(p-TCP)合成纳米松质骨[6]Baksh等用聚氨脂海绵方法编织出具有三维网络结构的新型多孔聚磷酸钙骨架材料(CPP)，并进行了离体、在体研

6、究，发现多孔的CPP骨架能促进骨生长。多孔[7]p-TCP成松质骨与人体松质骨的结构和化学成份相似，EMErbe等合成Vitoss无填料纳米松质骨，该松质骨具有广泛的孔隙，孔径相通，利于营养连续供给和更多的细胞、组织长入，使骨修复更快、更完全。1.1.3氧化错(Zr02)/氧化铝(AI203)[8]MUchida将氧化错/氧化铝晶体纳米化合物团块浸在与生物体液相似的溶液中，其表而可生成骨样磷灰石层，提示在活体内可能形成生物陶瓷如羟基磷灰石(HAP),[9]磷酸三钙((TCP)等。JWthomas等将大鼠颅骨的成骨细胞粘附在23nmAI2O3上，发现细胞形态具有很好的伸展性

7、，且成骨细胞的粘附能力比在硼硅酸盐玻璃上增46%，表明AI2O3纳米颗粒增强了细胞间的相互作用;细胞形态分析和材料毒性评价也表明:纳米复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),聚羟基乙酸(PGA)以及它们的共聚物(PLGA)是目前应用最广的几种2华中科技大学·纳米材料制备技术课题论文[10]可降解的纳米高分子材料。有学者问用聚乳酸接骨板来修复动物股骨缺损，发现该材料可以选择吸收移植部位附近的钙，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)是骨水泥的基质，它由1-3nm大小的微