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1、第5期高分子通报·1·综述复合生物材料的研究进展3郝建原,邓先模(中国科学院成都有机化学研究所,成都610041)摘要:从力学性能的改善和降解速率的可调性等角度,总结了复合生物材料与单一组分的材料相比,在生物医用领域应用中所表现出的综合使用性能的优越性。综述了复合生物材料,特别是用于骨修复的各类有机/无机复合材料近年来的研究进展状况。提出将与人骨中磷灰石微晶类似的羟基磷灰石纳米粒子与可降解聚酯材料进行复合,能够得到具有优越骨诱导性能并且能够降解的新型骨修复材料。这方面的研究代表了有机/无机复合生物材料领域新的发展方向。关键词:复合生物材料;骨修复材料;羟基磷灰石纳米粒子生物材料也
2、称为生物医学材料,是指以医疗为目的,用于与组织接触以形成功能的无生命的材[1]料。生物医学材料发展和应用的高级阶段就是其在组织工程中的应用,通过构建具有一定活性[2]的基体材料,制备具有生物相容性的器件或器官,实现对人体损害或缺损组织的修复或替代。由于人体功能的复杂性,随着生物材料在人体具体应用形式和场合的不同,对材料各项性能指标的要求也不尽相同;另外,即便是某一特定应用场合,对生物材料的性能要求也不是单一的,而是多样性能的综合平衡。例如人体组织的修补材料,理想的组织修补材料随着人体新组织的长出,应逐渐被人体吸收,直至完全被新组织替代。在这一替代过程中,修复材料的降解速度要适应于
3、机体对材料机械力学性能的要求。对于缺损的硬组织来说,修补材料要承受一定的载荷,因此必须有一定的起始强度和韧性,而且其强度随降解过程的衰减要与新组织的形成速度相匹配。而对于受到损害的软组织来说,修复材料也需在一定的降解周期内保持适当的强度,从而可以将生物力学的刺[3]激传递给活细胞,引导新组织在基体材料内定向生长。然而在很多应用场合下,单一组分或单一结构的材料都无法很好满足机体对材料性能多样性的要求。这时就需要综合多种组分或结构的性能优势,形成所谓的复合生物材料,更好地实现对人体受损组织的修复作用。1复合生物材料的性能优势与单一组分或结构的生物材料相比,复合生物材料的性能具有可调性
4、。通过选择合适的复合组分或结构,改变组分之间的配比,可以得到降解特性和机械力学性能均可调,并相互匹配以适应实际应用场合的新材料。复合生物材料的性能优势主要表现在以下两个方面。111降解模式和降解速率的可调性人体内除一些功能复杂的脏器器官发生损害或有大面积的组织发生创伤需要永久性替换外,作者简介:郝建原(1972-),男,山西省忻州市人。1994年毕业于合肥工业大学化学工程系。翌年考入中科院成都有机化学研究所,从事生物医用材料方面的研究工作,并分别于1998年和2001年获得高分子化学与物理专业理学硕士学位,以及有机化学专业博士学位。曾参加过多项国家自然科学基金项目和国家“863”
5、高科技项目的研究,在国际“SCI”收录刊物上发表论文近10篇;3通讯联系人。©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net·2·高分子通报2002年10月其它组织的损害都可在生物材料的帮助下自行愈合,重建功能。因此用于这些场合的生物材料的降解性能就成了十分重要的性能之一。要想获得具有合适降解速率的复合材料,就要对现有可降解材料的降解特性有所了解。可生物降解的材料有天然高分子、生物合成高分子、人工合成高分子、生物活性玻璃、磷酸三钙等。天然高分子
6、均为亲水性材料,如胶原、明胶、甲壳素、淀粉、纤维素、透明质酸等,它们在人体内的降解速度与材料在人体生理环境下的溶解特性有关。例如明胶分子能够溶于与体液相似pH值[4～6]为714的生理盐水中,因而必须先进行交联才能作为材料在人体中使用,其交联产物在人体内降解2溶解的速度很快,几天内就可被人体完全吸收。与此相对应,在正常生理环境下不溶解的天[7]然高分子,如甲壳素(在酸性环境下溶解),其降解速率就要慢得多。生物合成高分子是一类由细菌发酵产生的聚酯高分子,其最具代表性的例子是聚β(2羟基丁酸[8～9][10,11]酯)(PHB)。该材料的降解速率与一种称为PHB降解酶的存在密切相关,
7、在海洋,土壤等[12～14]富含PHB降解酶的自然环境下,材料能够被较快地降解;在与体液相似的缓冲溶液中,因为缺[15～17]乏PHB降解酶,而PHB又是一种高结晶度的材料,疏水性强,因而其降解速率就非常缓慢。与以上两类材料的降解行为相比,人工合成高分子的降解速率有较大的变化。短的为一个月左右,长的可以达到几年;降解模式和特性也有着更为丰富的内容。人工合成高分子主要有脂肪族聚酯包括聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、聚酸酐以及它们之间的共聚物等。在降[18]
