纳米羟基磷灰石聚酰胺66复合材料的研究及应用

纳米羟基磷灰石在骨科的应用及研究进展
李杰;蒋电明
【期刊名称】《中华医学写作杂志》
【年(卷),期】2005(012)009
【摘要】目的：探讨纳米羟基磷灰石在骨科的应用及研究进展。

方法：本文对纳米羟基磷灰石的制备方法，及其复合材料研究进展，以及在骨科领域的研究进展进行了综述。

结果：根据“纳米效应”理论，单位质量的纳米级粒子的表面积明显大于微米级粒子，使得处于粒子表面的原子数目明显增加，提高了粒子的活性，十分有利于组织的结合。

结论：纳米羟基磷灰石既具有纳米材料的特性，又具有羟基磷灰石的特性，在骨科领域具有非常广阔的应用前景。

【总页数】4页(P787-790)
【作者】李杰;蒋电明
【作者单位】重庆医科大学附属第一医院，重庆400016
【正文语种】中文
【中图分类】R681
【相关文献】
1.纳米级羟基磷灰石骨科材料研究进展 [J], 谭延斌;杨庆铭;王毅
2.纳米羟基磷灰石在骨科中的临床应用及作用机制 [J], 杨再清;雷云坤;孟增东;
3.纳米羟基磷灰石在骨科中的临床应用及作用机制 [J], 杨再清;雷云坤;孟增东
4.纳米羟基磷灰石在骨科的应用及其抗癌性能的研究进展 [J], 叶成红;奚廷斐
5.羟基磷灰石在骨科中应用的研究进展 [J], 周育巧;郭阗廷;许强;刘通;姬广林
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医疗卫生装备·２００７年第２８卷第４期ＣｈｉｎｅｓｅＭｅｄｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪｏｕｒｎａｌ·２００７Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．４纳米羟基磷灰石及其复合材料的研究进展李志宏武继民李瑞欣许媛媛张西正（军事医学科学院卫生装备研究所天津市３００１６１）摘要纳米羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，是较好的生物材料，被广泛应用于骨组织的修复与替代技术。

但是，由于材料本身力学性能较差制约了羟基磷灰石的进一步应用，因此，提高及制备综合性能优越的纳米羟基磷灰石复合生物材料是当今研究的重心和热点。

综述了纳米羟基磷灰石制备的主要方法及其复合生物材料的研究进展，并探讨了纳米羟基磷灰石骨修复材料的发展方向。

关键词纳米羟基磷灰石；复合材料；骨修复Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｎａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅａｎｄｉｔｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅＬＩＺｈｉ－ｈｏｎｇ，ＷＵＪｉ－ｍｉｎ，ＬＩＲｕｉ－ｘｉｎ，ＸＵＹｕａｎ－ｙｕａｎ，ＺＨＡＮＧＸｉ－ｚｈｅｎｇ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｄｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＡｃａｄｅｍｙｏｆＭｉｌｉｔａｒｙＭｅｄｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１６１，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＮａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄａｓｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅａｎｄｐｒｏｓｔｈｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｏｓｓｅｏｕｓｔｉｓｓｕｅ，ｏｗｉｎｇｔｏｉｔｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｉｓｓｕｅｂｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ．Ｂｕｔｔｈｅｐｏｏｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅｒｅｓｔｒｉｃｔｓｉｔｓｆｕｒｔｈｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｍａｎｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｄｉｃａｔｅｄｔｏｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｍａｉｎｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｎａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｉｔｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．Ｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｉｎｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｓｗｅｌｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｎａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ；ｂｏｎｅｒｅｐａｉｒ作者简介：李志宏，硕士，主要从事高分子材料和生物材料方面的研究；武继民，博士，硕士生导师，副研究员。

壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合材料修复骨缺损的实验研究的开题报告一、选题背景及意义骨缺损是影响人类健康和生产生活的常见疾病之一，尤其是在老年人口中非常常见。

传统的骨缺损治疗方法主要包括植入人造骨骼和使用自体骨移植，这些方法存在一定的局限性，如植入材料易引发排异反应和感染，自体骨移植有术后疼痛、伤口感染和术后恢复长等缺点。

因此，寻找一种更优秀的骨缺损修复方法成为了当今医学和生物学领域最为热门的话题之一。

近年来，纳米技术和生物材料技术的不断发展使得壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合材料成为了研究的热点。

羟基磷灰石是一种生物活性良好的无机骨替代材料，而壳聚糖是一种生物降解性良好的天然高分子材料，两种材料的复合可以降低材料的毒性和排异反应，提高治疗效果。

因此，本研究将选择壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合材料作为修复骨缺损的主要研究材料，探究其在临床治疗中的应用前景，具有较高的应用和研究价值。

二、研究目的和内容本实验主要目的为探索壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合材料修复骨缺损的效果，明确其在体内的影响及适用性，旨在为临床的病人提供更好的治疗方法。

本实验将采用动物实验的方法，首先通过制备壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合材料，然后在实验动物身上构建骨缺损模型，并注入壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合材料，观察某一段时间内实验动物的生理状况、组织修复情况和骨缺损修复情况，并与使用人造骨骼和自体骨移植两种传统治疗方法的实验动物组进行对比，评估壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合材料的治疗效果以及适用范围。

三、研究方法1. 制备壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合材料，并对其进行性质表征。

2. 制作实验动物的骨缺损模型。

3. 将壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合材料注入实验动物的骨缺损处。

4. 观察某一段时间内实验动物的生理状况、组织修复情况和骨缺损修复情况。

5. 对使用壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合材料治疗的实验动物组和使用传统治疗方法的实验动物组进行对比研究，评估壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合材料的治疗效果。

《生物医用材料》期末论文学院：材料与化工学院专业：材料科学与工程学生姓名：学号：任课教师：唐敏2010年6月20日羟基磷灰石在生物医用材料中的研究进展材料与化工学院07材料科学与工程卢仁喜摘要:羟基磷灰右是一种优质的医用生物材料，在生物医用材料和医学研究领域有着广泛的应用和研究。

本文在综合了一些文献的基础上，对羟基磷灰石在生物医用材料的研究上做了总结和概括，并且提出了一些自己的看法。

关键字：羟基磷灰石生物医用材料进展1.引言生物材料(biomaterials)是对生物体进行治疗和置换损坏的组织、器官或增进其功能的材料。

随着材料科学、生命科学与生物技术的发展，越来越多的生物材料得到广泛应用，人们开始在分子水平上去认识材料和机体问的相互作用，力求使无生命的材料通过参与生命组织的活动，成为有生命组织的一部分。

其中金属材料、生物陶瓷材料、高分子材料、聚合物及其复合材料是应用最广泛的生物材料。

近年来，常用的骨骼替代品是金属、塑料以及陶瓷等，其中以钛和钛合金为主。

但是由于它们的惰性，它们不能很好的与生物体本身产生相容性，作为硬组织植入材料，它们与骨之间只是一种机械嵌连的骨整合，而非化学骨性结合，致使植入后与骨组织之间结合较差，常引起植入失效。

同时金属的耐磨性和耐腐蚀性较差，腐蚀产牛的离子会对人体组织产生不良影响。

羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)生物陶瓷材料具有优良的生物活性和生物相容性，被认为是一种最具潜力的人体硬组织替换材料。

但是HA的力学性能较差，抗弯强度和断裂韧性指标均低于人体致密骨，限制了它们单独在人体负重部位的使用。

但是由于它本身的特点，以及自然界再也找不出与它具有类似生物相容性的陶瓷材料，同时他又可以同多种材料进行复合来改变它在某一方面的劣势。

所以，近年来羟基磷灰石及其复合物的研究受到广泛关注。

2.羟基磷灰石及特点羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)是一种微溶于水的弱碱性磷酸钙盐，它是脊椎动物骨和齿的主要无机成分，在人骨中约占72％，齿骨中则高达97％，其生物相容性及活性良好，对人体无毒副作用，可增强骨愈合作用，能与自然骨产生化学结合，被认为是最有前途的人工齿及人工骨的替代材料。

纳米羟基磷灰石复合聚酰胺66材料修复早期股骨头坏死杨明敏;李黛;孙扬【摘要】背景：纳米羟基磷灰石复合聚酰胺66材料具有良好的材料-细胞界面，拥有三维孔洞网络结构，在植入人体后还可以随着时间的推移逐渐降解。

目的：观察纳米羟基磷灰石复合聚酰胺66材料修复早期股骨头坏死的效果。

方法：纳入62例早期股骨头坏死患者，其中男32例，女30例，年龄34-51岁，均分为2组治疗，观察组进行纳米羟基磷灰石复合聚酰胺66材料植入联合髓芯减压植骨治疗，对照组进行钽棒置入联合髓芯减压植骨治疗。

对比两组治疗后1 d疼痛情况，治疗后随访12个月，对比两组髋关节功能Harris评分。

结果与结论：治疗后1 d，两组疼痛目测类比评分比较差异无显著性意义。

观察组治疗后3，12个月的髋关节功能Harris评分高于对照组(P <0.05)，两组均未发生与修复材料相关的不良反应。

表明利用纳米羟基磷灰石复合聚酰胺66材料修复早期股骨头坏死具有良好的生物相容性，并可促进患者肢体功能恢复。

%BACKGROUND:Nano-hydroxyapatite/polyamide 66 composite has good material-cel interface and three-dimensional porous network structure, and it can also be gradualy degraded over time after implantation in the human body. OBJECTIVE:To explore the effect of nano-hydroxyapatite/polyamide 66 in early repair of femoral head necrosis. METHODS:A retrospective analysis was performed on clinical data of 62 cases of early osteonecrosis of the femoral head, including 32 males and 30 females, aged 34-51 years. These patients were divided into control group (31 cases) and observation group (31 cases) according to treatment methods. Core decompression withnano-hydroxyapatite/polyamide 66 implantation and core decompressionwith bone graft were respectively performed in the observation and control groups. Incidence of pain in the two groups was compared at 1 day after treatmen; and during the 12-month folow-up, the Harris score of the hip function in the two groups was compared. RESULTS AND CONCLUSION:There was no significant difference in the visual analog scale scores between two groups at 1 day after treatment. The Harris scores in the observation group were significantly higher than those in the control group at 3 and 12 months after treatment (P < 0.05). There was no adverse reaction in the two groups. These findings indicate that nano-hydroxyapatite/polyamide 66 material for repair of early femoral head necrosis has good biocompatibility, and can obtain good effects on limb function recovery.【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2015(000)034【总页数】5页(P5463-5467)【关键词】生物材料;纳米材料;纳米羟基磷灰石;聚酰胺66;股骨头坏死;修复;骨移植;髓芯减压【作者】杨明敏;李黛;孙扬【作者单位】新疆医科大学第一附属医院，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830011;解放军第二军医大学附属长海医院麻醉疼痛中心，上海市 200433;新疆医科大学第一附属医院，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830011【正文语种】中文【中图分类】R318文章亮点：试验对比纳米羟基磷灰石复合聚酰胺 66材料植入联合髓芯减压植骨治疗与钽棒置入联合髓芯减压植骨治疗早期股骨头坏死的效果，发现纳米羟基磷灰石复合聚酰胺66材料修复早期股骨头坏死骨移植可缩短住院时间，促进患者肢体功能恢复，并具有良好的生物相容性。

羟基磷灰石及其复合涂层的研究现状段希夕 高钦钦(新余学院机电工程学院 江西新余 338004)摘要：钛及其合金金属有良好的机械性能，羟基磷灰石是有优异生物性能的活性陶瓷，因而羟基磷灰石/钛（HA/Ti）复合涂层结合二者优势性能被广泛应用于人体骨组织和牙齿的修复中，以提高材料的医用价值。

该文采用冷喷涂、等离子喷涂、磁控溅射、激光熔覆、溶胶-凝胶、电化学沉积等其他技术制备HA/Ti复合粒子，并适当掺入其他金属合金，完善性能，探究其实验后的涂层特征、表面形态对力学性能和生物性能的影响。

关键词：羟基磷灰石 钛 喷涂 复合涂层中图分类号：TG146文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)17-0087-07 Research Status of Hydroxyapatite and Its Composite CoatingsDUAN Xixi GAO Qinqin(School of Electrical and Mechanical Engineering, Xinyu University, Xinyu, Jiangxi Province, 338004 China) Abstract: Titanium and its alloy metals have good mechanical properties. Hydroxyapatite is an active ceramic with excellent biological properties, so hydroxyapatite/titanium ( HA/Ti ) composite coatings are widely used in the re‐pair of human bone tissue and teeth in combination with the advantages of the two to improve the medical value of materials. HA/Ti composite particles are prepared by cold spraying, plasma spraying, magnetron sputtering, laser cladding, sol-gel, electrochemical deposition and other technologies, other metal alloys are added to improve prop‐erties, and the effects of their coating characteristics and surface morphology after the experiment on mechanical properties and biological properties are explored.Key Words: Hydroxyapatite; Titanium; Spraying; Composite coatings21世纪以来，需要人工骨治疗患者的数量在全球约有3 000万人次[1-2]。

纳米羟基磷灰石聚酰胺66复合人工椎板在下腰椎手术中的临床应用[摘要] 目的探讨人工椎板[纳米羟基磷灰石/聚酰胺66（n-HA/PA66）]在预防椎管内瘢痕粘连及脊柱后柱结构重建中的作用。

方法2008年1月～2012年5月本院采用n-HA/PA66复合生物活性人工椎板治疗椎板切除术后椎板缺损患者37例，均使用1个人工椎板，观察治疗效果。

结果术后均无伤口感染，伤口Ⅰ期愈合。

37例均获5～20个月随访。

术后脑脊液漏1例，经妥善处理后愈合。

1例中央型椎间盘突出患者因术中过度牵拉造成术后神经根损害症状加重，经神经营养用药及理疗6个月后神经功能基本恢复。

其余患者术后腰腿痛症状明显改善，术后复查无加重，腰椎活动度良好。

术区无明显排斥反应。

37例术后CT检查示椎管扩大；X线、CT及三维重建示术后4～6个月人工椎板与受体骨接触界面模糊，间隙消失。

3例CT示人工椎板于椎板边缘部分分离，查体患者无不适症状。

结论新型n-HA/PA66复合生物活性人工椎板，可有效防止外源性瘢痕压迫神经根及硬膜囊，有效恢复椎管结构，术后对腰椎活动无明显影响。

[关键词] 人工椎板（纳米羟基磷灰石/聚酰胺66）；椎板切除术；粘连；重建；功能[中图分类号] R318.1[文献标识码] B[文章编号]1674-4721（2014）05（c）-0159-04Clinical application of the artificial vertebral lamina (nano-hydroxyapatite/polyamide 66) in surgical treatment of the lower lumbar spineZHAO Liang HE Bin-bin CHEN Xiao WEN Qing-bo CHEN Hao-xiong PENG Li-pingDepartment of Orthopedics and Traumatology,the Second Hospital of Traditional Chinese Medicine of ShenzhenCity,Shenzhen 518034,China[Abstract] Objective To investigate the role of artificial vertebral lamina [nano-hydroxyapatite/polyamide 66(n-HA/PA66)] in the prevention of the scar adhesions in lumbar spinal canal and the reconstruction of posterior vertebral laminae structure. Methods 37 cases of patients with lamina defect after laminectomy in our hospital from January 2008 to May 2012 were treated with n-HA/PA66 composite bioactive artificial vertebral lamina,each person with an artificial vertebral lamina.Then the clinical efficacy was observed. Results There was no postoperative wound infection,and wound reached phaseⅠhealing.All of 37 cases were followed up for 5-20 months.Postoperative cerebrospinal fluid leakage only occurred in one case,and healed after suitable treatment.One case with central lumbar disc herniation suffered worse postoperative radiculopathy symptoms for excessive drag,and neural function got basic recovery after nerve neurotrophic drugs and physical therapy for 6 months.Low back pain symptoms in the remaining patients were obviously improved after operation with no aggravation,and lumbar had good activity.No obvious rejection was seen in operation area.postoperative CT showed the spinal canal in 37 cases enlarged;X-ray, CT and 3D reconstruction indicated interface between artificial vertebral lamina and the recipient bone was fuzzy after 4-6 months,and the gap disappeared.CT showed isolation of artificial vertebral lamina and penumbra of vertebral lamina occurred in 3cases,while,patients were no discomfortable symptoms through medical examination. Conclusion The new n-HA/PA66 composite bioactive artificial vertebral lamina can effectively prevent the exogenous scar compression of nerve root and spinal dural sac,significantly recover vertebral canal structure,and had no significant effect on lumbar activity after operation.[Key words] Artificial vertebral lamina(nano-hydroxyapatite/pelyamide66);Laminectomy;Adhesion;Re construction;Function严重的椎管狭窄症及巨大的间盘突出症首选的治疗方法仍是椎板切除减压，髓核摘除术，临床疗效显著。

羟基磷灰石／聚合物可降解生物复合材料的研究进展羟基磷灰石/聚合物可降解生物复合材料的研究进展/罗平辉等?357?羟基磷灰石/聚合物可降解生物复合材料的研究进展罗平辉,赵玉涛,戴起勋,林东洋,施秋萍(江苏大学材料科学与工程学院,镇江212013)摘要HA/聚合物生物降解复合材料在一定程度上模仿了天然骨,可降解聚合物成分逐渐被机体溶解吸收或新陈代谢排出,HA陶瓷成分在体液的作用下,会发生部分降解,游离出钙和磷,并被人体组织吸收,利用,生长出新的组织;同时可降解聚舍物成分对HA的过快降解具有控制作用,使得HA降解与新生骨组织生成速率匹配总结了羟基磷灰石/聚合物可降解生物复合材料的最新研究进展,并分析了目前该材料在研究和临床应用上存在的问题,讨论了其未来的发展方向.关键词羟基磷灰石/聚合物复合材料生物可降解研究进展TheResearchPlofBiodegradableHydroxyapatite/PolymerBio-compositeMaterials LUOPinghui,ZHAOYutao,DAIQixun,LINDongyang,SHIQiuping (SchoolofMaterialsScienceandEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013) AbstractBiodegradablehydroxyapatite/polymerbiomaterialsmimicthenaturalbonetOso meextent,andthe degradablepolymerisdissolvedandabsorbedormetabolizedbydegrees,thehydroxyapatite (HA)ceramicdegradespartlyandextricatesCaandP()i—whichareabsorbedandutilizedbyhumantissuestOgeneratefreshtissues.Fur thermore,degradablepolymercancontributetOtoofastdegradationofHAtOmatchtherateb etweendegradationofHAandformationoffreshbonetissues.Inthisarticle.thelatestadvancementinresearchofbio degradableHA/poly—merbiomaterialsaresummarized.Simultaneously,someproblemsofthebiomaterialsinrese archandclinicareanalyzed andsomepossiblefuturedevelopingtrendsarealsodiscussed. Keywordshydroxyapatite/polymercomposites,biodegradable,researchprogressO前言羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA),其化学组成为ca10一(P4)s(0H)z,与天然磷灰石矿物相似,具有良好的生物相容性(biocompatibility)和生物活性(bioactivity),是脊椎动物骨和齿的主要无机成分[1].自2O世纪7O年代中期美国和日本的学者研制成功人造多晶羟基磷灰石以来,这种生物材料已广泛用于外科手术中,作为人工骨骨骼和人工牙齿骨的填充,置换与结合材料[2j.然而,单一HA在生理环境下的脆性及低疲劳强度限制了其在负荷下骨修复或骨替代的应用[3].因此,为了适应临床需要,基于HA的复合材料是近年来生物复合材料研究与开发的热点.当前,基于HA的复合材料可分为3类,即HA/金属复合材料,HA/陶瓷复合材料和HA/聚合物复合材料.其中,HA/金属复合材料是目前临床上研究较多的一种,但该复合材料仍存在金属腐蚀,在骨一移植体界面可能形成密集纤维组织问题_4]以及应力屏蔽问题_5].而HA/陶瓷复合材料也存在许多问题,如生物惰性Al.()3和Zb陶瓷的断裂特性比人体骨要差,陶瓷材料弹性模量较高且具有脆性,它们在力学上并不与骨相容等.因此,开发生物活性HA陶瓷与断裂韧性较好的有机聚合物进行复合是一条行之有效的途径,特别是HA/聚合物生物降解复合材料在一定程度上模仿了天然骨,可降解聚合物成分逐渐被机体溶解吸收或新陈代谢排出,HA陶瓷成分在体液的作用下,会发生部分降解,游离出钙和磷,并被人体组织吸收,利用,生长出新的组织;同时可降解聚合物成分对HA的过快降解具有控制作用,使得HA降解与新生骨组织生成速率匹配.生物可降解性植入材料具有以下优点而受到国内外研究者的重视:(1)无需二次手术取出;(2)机械强度逐渐衰减,不抑制骨骼生长,降低了金属装置由于应力屏蔽效应引发骨质疏松症的危险性;(3)无金属腐蚀引发的组织反应.HA/生物可降解复合材料除了具备上述性能外.HA本身的生物活性有可能得以提高.因此,HA/聚合物可降解复合材料的研究与开发对人工骨修复材料在基础理论和临床上应用均具有十分重要的意义.1国内外研究现状目前国内外研究主要在探索与HA复合较理想的聚合物材料以及复合材料的制备技术上.对于材料方面,研究较多的是胶原(collagen,Co1),聚乳酸(poly(1acticacid),PLA)及聚己内酯(polyeaprolactone,PCL)与HA的复合,如ShinHasegawa*江苏省自然科学基金项目资助(BK2OO3O51);江苏省铝基复合材料工程技术研究中心研发项目(BM2Oo3Ol4)罗平辉:男,1980年生,硕士研究生E-mail:******************赵玉涛:联系人,1964年生,博士,教授,博士生导师Tel:0511—8791919E-mail:**************.cn358材料导报2006年11月第2O卷专辑Ⅶ等[]植入HA/PLLA至兔股骨长期研究表明HA/PI.,LA复合材料表现出优异的生物降解性和骨传导性而且植入后长达7年没有明显的无菌反应.C.V.M.Rodrigues等l_7]制备的Col/HA复合材料用于组织工程中支架材料综合了骨胶原的诱导性和HA的生物活性及骨传导性但用于制备Col/HA复合材料的I型胶原由于其成本及商业来源有限,使得其工艺控制变得困难起来.用明胶(gelatin,GEL)~I驱体替代I型胶原也是目前研究的热点.Hae-W(onKin等_日制备的GEI/HA复合材料具有多孔结构,与传统复合材料相比,其表面附着有较高水平的成骨细胞,对于制备技术方面,原位技术主要是改善仿生工艺模拟天然骨矿化过程.非原位技术主要集中在对HA或聚合物材料进行改性.牛丽婷等_g]用聚乙烯醇改性HA,改性后的HA具有较高的纯度,提高了HA的粒度分布,且降低了HA的晶化温度.ZhongkuiHong等_】阳为了改善HA与PIJ.A间的结合强度以提高复合材料的机械性能,用PILA先对HA纳米颗粒表面进行接枝改性.根据复合材料的基体材料同,HA/生物可降解复合材料可大致分为两类:一类是以可降解材料为基体,HA为增强材料的复合材料;另一类是以多孔HA为基体,可降解材料作为增韧的复合材料.对于第一类复合材料,主要是将HA引入可降解材料中,利用HA的高弹性模量增加复合材料的刚性及赋予材料生物活性.对于第二类复合材料,主要是将可降解聚合物引入到多孔HA中,形成多孔HA为支架可降解材料增韧的仿骨结构.通过选择合适的复合组分或结构,改变组分之间的配比,得到的复合材料降解特性和力学性能均可调,并相互匹配以适应临床上实际应用.几类HA/生物可降解复合材料的性能见表1裹1nn/聚合物生物可降解复合材料的力学特性Table1Mechanicalpropertiesofbiodegradablehydroxyapatite/polymercomposites材料抗压强度,MPa弹性模量,GPaHA/C0l[]168.855.87HA/PLLA[12]14010HA/壳聚糖_13]120——目前实验及临床上HA与可降解材料进行复合主要有以下几类:(1)与生物可降解聚合物的复合,生物可降解材料(bio—degradablematerials)包括人工合成的生物可降解聚合物和天然材料提纯的可降解材料,如聚乳酸(poly(1acticacid),PLA),聚酰胺(polyami&amp;,PA),聚乙烯醇(pd:~i.ylalcohol,PVA),聚己内酯(polycaprolactone,PCL),等,这些可降解材料具有良好的组织相容性,并且不需要二次手术取出内植物,已经成为骨科医生和生物材料研究人员关注的热点;(2)与天然生物材料的复合,天然生物材料主要指从动物结缔组织(如骨,肌腱)或皮肤中提取的,经过特殊化学处理的具有某些活性或特殊性能的物质. 如胶原(collagen,C01),明胶(gelatin,GEL)及骨形成蛋白(Bone morpho)geneticprotein.BMP)等;(3)与其它可降解材料的复合,如聚羟基丁酸酯(Poly-hyI|r0xybutyrate,PHB).近年来,以可降解聚合物为基体所形成的复合材料已成为人工骨材料研究和开发的主流.与不可降解体系相比,可降解聚合物在生物体内的降解使得本体骨组织逐渐长人复合材料, 有助于自体骨和移植骨之间形成紧密结合的界面,这无疑提高了HA的骨传导性.与纯HA粉末或粒子相比,以膏状或水泥状存在的HA/可降解聚合物在手术中易于处理,因而在应用中具有更大的优越性.固态的HA/可降解聚合物则可用作承力环境中的骨替代材料.与国外相比,我国的骨修复替代材料产业正处于起步阶段,应用市场主要在传统骨修复材料,综合性能良好的新型生物材料还不能大规模满足购买能力提高,保健意识增强的患者,只能临床使用,7O～8O医用材料要依靠进口.主要原因在于产品技术还处于初级阶段,且产品单一,总体上技术及资金力量不足,产业化方面研发总体投入较少,同类产品基本上属于仿制,自主知识产权较少.面对日益扩大的市场需求和竞争,我国在硬组织修复材料研发与产业化方面需要加大研发力量,加强学科交叉,发展具有自主知识产权的技术与产品;增加开放度,加强国内外合作;加强产一学一研结合.2制备技术进展在HA/生物可降解复合材料的制备过程中,HA的形成方式有两类:一类是制备复合材料前制备HA粉体,该方法中HA 的制备通常与单一HA粉体的制备方法大致相同;另一类是直接在形成HA过程中制备复合材料,即所谓原位技术,此类方法中复合材料的制备应考虑可降材料所能允许的条件,如温度等,整个工艺过程与前一类方法明显有所不同,其目的是从仿生的角度制备出类骨材料,因此,相对于前一类方法,该类方法制备的复合材料组分间结合强度较好,其综合性能也更接近天然骨.从目前研究来看,HA/生物可降解复合材料的主要制备工艺有:①混合法(混炼+模压),②沉淀法,③仿生法,④沥滤法,⑤热致相分离(TIPS)其中,混合法,沥滤法,热致相分离属前一类,仿生法属后一类.而沉淀法既有原位技术,也有非原位技术.在制备技术方面也有经改进后发展的新技术.在制备具体复合材料中依据所使用的可降解材料的不同特性而采用相应的方法.下面就这些方法进行简要介绍.2.1混合法混合法是制备HA/生物可降解复合材料最简单的工艺,在适当溶剂中混合HA与可降解材料,后洗涤并去除溶剂模压成HA/生物可降解复合材料,一般用于制备块材.李亚军等_l]将纳米HA粉末和聚丙交酯及造孔剂氯化钠混合后加入三氯甲烷和聚乙烯醇溶液,混炼后模压制得的多孔聚乳酸/羟基磷灰石复合材料能够提高高分子的力学性能及骨诱导特性,且对羟基磷灰石的过快降解具有控制作用,保证了骨组织恢复速度与材料降解速度一致.虽然HA/PLA复合材料具有良好的生物相容性和骨结合能力,但这类材料在生理环境下,未等材料完全降解而过早丧失其机械强度,因此有人_1研究HA/PLA复合材料失效的主要原因是HA/PLA界面缺乏有效结合所致.而S.M.Zhang等["]加HA至PLA液相中,挥发掉有机溶剂后热压成HA/P1.A复合材料,其研究表明:用硅烷衍生物对HA表面进行改性后,HA/PLA复合材料的界面强度,膨胀性能及最终的力学性能均有较大改善,最大弯曲强度提高27.8,扫描电镜(图1)实验表明HA颗粒在复合材料中均匀分布,大小在2～15m.且改性的HA/PLA复合材料属韧性断裂.羟基磷灰石/聚合物可降解生物复合材料的研究进展/罗平辉等?359? 围1复合材料的扫描电镜图片Fig.1SEMmicrographofthecomposites全大萍等口将HA与PDLLA混合塑炼后模压成型的HA/PDILA复合材料,其研究也表明HA经偶联剂处理后其表面能也能降低从而提高复合材料界面强度,BiqiongChen等L1.]以不同HA含量与PCI熔混后热压成型出HA/PCL复合材料,研究表明窄分子量范围的PCL及较小颗粒大小的HA复合而成的复合材料具有较好的加工性,力学性能及界面强度.2.2沉淀法沉淀法是目前制备粉体最广泛的方法之一.该方法设备简单,操作方便,还能尽可能不带人杂质离子.ZhongkuiHong等l_19_均匀加入三氯甲烷至纳米HA中,在电磁搅拌和超声处理下形成悬浮液,悬浮液中加入PLLA/三氯甲烷溶液,得到的混合物在过量乙醇中沉淀,干燥得到PLIA/HA复合材料(图2)试验表明:与P1LA材料相比,PLIA/HA纳米复合材料表现出较高的弯曲强度和冲击能,提高HA含量时,复合材料的模量显着提高.圈2PLLA/g-HAP纳米复合材料的制备方法Hg.2MethodforpreparingofthePIA/g-HAPnano-comp~itesWeiJie等口._通过共沉淀法制备的HA/PA66多孔支架材料相分布均匀,晶粒大小10~20nm,且具有很好的生物活性及强的界面反应,力学性能接近天然骨.王迎军等r21]采用沉淀法原位复合技术制备的PV A/HA复合材料HA陶瓷颗粒粒度细,分散性好,复合水凝胶的结晶度和拉伸强度均比PV A试样或物理共混复合水凝胶的有所提高.孙恩杰等[2幻按一定CatP 配制Ca(H2PO4)2?HzO溶液,将GEL溶于蒸馏水得到GEL溶液,一定温度下将Ca(0H)和ca(H2P04)2?H20逐滴滴入明胶溶液中并搅拌至溶胶稳定该均相沉淀法制备的HGEL复合材料呈自组装结构,HA—GEL间产生键连作用,且颗粒分布均匀.2.3仿生法由于天然骨是纳米级HA的晶体互相平行堆积,沉积于骨胶原中而形成的.胶原是多种组织的主要成分和细胞外基质, 约占动物总蛋白的i/3.胶原蛋白在体内以胶原纤维的形式存在,其基本组成单位是原胶原分子,原胶原分子经多级聚合形成胶原纤维,其纤维状结构利于组织培养中的细胞粘附生长繁殖. 故从仿生的角度出发,将纳米级HA与胶原复合制得的HA/胶原复合材料是当今的一个研究热点.N.Roveri等啼0]以Ca(OH)2及含有Col的H3P0{通过原位的方法制备出的纳米HA/Col复合材料中HA与Col界面有很强的化学反应,与天然骨组织非常相似.MasanoriKikuchi等[2]也用同样的原料以仿生工艺(图3)通过自组装机制制备的HA/Col复合材料的相容性较HA陶瓷好,复合材料的骨组织反应表明了破骨细胞再吸收后有新骨形成,与自体骨移植很相似.T田3HAp/Col复合材料合成装置示意圈脚3SchematicdrawingoftheapparatusfortheHAp/Col王振林等_2通过体外模拟天然骨生物矿化和材料自组装机制,制备出HA/col仿生复合材料,其中,纳米羟基磷灰石均匀分布在胶原基质上并择优取向排列,复合材料的成分,微观结构与天然骨类似.MyungChulChang等]通过仿生工艺制备出HA/GEL复合材料,实验表明纳米HA沿着明胶原纤维进行自组装,且HA与GEL间形成了化学键.由于仿生工艺是通过原位复合技术制备出复合材料,因此,HA/可降解复合材料中组分间具有较好的结合强度,与其他方法相比,制备出的复合材料的综合性能更接近天然骨.2.4沥滤法溶剂浇铸/粒子沥滤技术(solventcasting/particulateleac—hing)用于制备高孔隙率,高比表面积的组织工程多孔支架材料,该技术采用氯化钠等不溶于有机溶剂的颗粒作为致孔剂,可用于制备PLLA,PLGA等可溶于有机溶剂的高分子聚合物多孔支架材料.张利等[]通过粒子沥滤法制备的纳米HA/CS多孔材料,当复合材料/致孔剂质量比为1:1时,抗压强度可达17MPa,满足组织工程支架材料的要求,且复合材料呈高度多孔结构,孔壁上富含微孔,能够很好地吸附人体骨形成蛋白等骨生长因子, 使其具有良好的骨再生能力.J.AJansen等口]采用PEG/PBT为嵌段共聚物,制备出polyaetive/HA复合材料,实验表明该复合材料与周围组织有很好的生物相容性.且轻微细胞反应会伴一～一匿360材料导报2006年11月第2O卷专辑Ⅶ随着polyactive生物膜的降解,降解过程主要受PEG/PBT比的影响.2.5热致相分离组织工程材料的特点是具有三维立体结构,制备组织工程材料的关键是组织生长的模板或支架材料的获取.热致相分离(thermallyinducedphaseseparation,TIPS)是通过将高温的聚合物溶液冷冻,由温度改变来驱动以实现相分离的.其典型工艺过程如图4[.所示,它适用于制备热塑性,结晶性高聚物孔径可控多孔材料.….M咖c幽..硒甜图4热致相分离技术流程图Fig.4TheflowclIartofTIPSteelmology程俊秋等口.j通过热致相分离原理采用纳米羟基磷灰石同PLA复合制得多孔纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料,研究表明纳米HA有利于降低HA粒子的表面能从而提高HA_PLA 两相界面粘结强度,且无明显空隙存在.2.6其它方法随着复合材料制备技术的发展及对材料性能要求的提高,多种制备技术联合使用可弥补单一制备技术的不足.Qiaoling Hu等[3采用原位混杂技术(insituhybridization)制备的Cs/HA纳米复合材料具有层状结构,CS/HA(质量比1oo/5)时弯曲强度高达86MPa,比松质骨高3～4倍.相当于致密骨的1/2. Boix等r3幻研究了HA对BMP吸附的影响因素,外加钙离子提高吸附.而磷酸根却抑制其吸附,pH虽然也有影响,但相对钙离子,磷酸根显得不是很重要,该研究对制备出在移植处释放合适蛋白量的BMP-HA复合材料具有重要意义.然而,其它的影响因素也有待研究,如生理情况.江涛等【3.]采用混合及控制析出法制备了PHB/HA复合材料,其研究表明,用硅烷对HA 进行表面改性后.PHB/HA复合材料的力学性能明显提高.3存在问题及发展趋势HA植入人体后在短期内能与骨骼形成骨性结合并具有诱导成骨作用.它及其生物复合材料作为骨组织修复,替代等骨科临床治疗方面的应用已经取得了可喜的进步.尽管针对临床上实际出现的各种问题,对HA复合材料的研究与开发陆续开展起来.其中,HA/生物可降解复合材料的研究也从各个方面进行了探索,改进,如复合材料中HA采用纳米级以进一步仿生天然骨;HA或聚合物加以改性以提高复合材料的性能;采用仿生工艺制备HA复合材料以期望获得结构类似天然骨的复合材料;采用多元复合弥补二元复合材料的不足之处等等,所制备出复合材料有一定骨修复,替代功能,但其综合性能与天然骨还有一定的距离.究其原因,主要是在材料制备中对骨愈合的复杂过程还未重视起来,没有把骨生长,代谢的生物学机理完全应用到材料制备上.人体是一个最完美的功能自适应系统,从生命意义上讲,骨并不是简单的复合材料,它是一种高度复杂的系统,一种多功能的组织,具有大量的互相联系的生物物理,生物化学的生命过程.Knese(1958)详细地画出了骨的各级结构,将其分为5个层次:纤维与相邻的无机材料,骨板,骨板系统,骨板系统的组合, 最后是密质骨与松质骨的分布[3.而骨组织(包括其它组织)缺陷的修复过程也是非常复杂的,本质上是细胞的生物学过程和应力作用下的生长过程.从骨的细胞学水平看,骨从产生乃至在整个生命期中总是在应力/应变场中建造(modeling)和重建(remodeling)E35_.在骨重建过程中,由破骨细胞引起的"骨吸收"和成骨细胞引起的"骨形成"偶联成不断更新的动态过程,从而完成骨的生长代谢.因此,破骨与成骨过程的平衡是维持正常骨量的关键,而成骨细胞是骨形成的主要功能细胞,负责骨基质的合成,分泌和矿化.虽然人工骨科材料在仿生学方面取得了一定的进展,但对细胞在骨重建过程中的作用还未用到仿生制备中,使得目前仿生制备的骨科材料的性能受到限制,而HA/可降解复合材料的组分与天然骨类似(无机/有机),在发展人工骨科材料方面具有一定的优势,骨组织修复,替换的研究有从宏观向细胞和分子水平发展的趋势.同时骨生长,代谢还受生物力学因素的影响和制约,其重建过程中应力场与微观结构之间存在依赖关系,可以预想.在人工骨科材料制备方面,借助应力场(特别是变应力场),模拟骨重建过程中的复杂环境可能是制备更理想的骨修复,替代材料的途径之一.参考文献1俞耀庭,张兴栋.生物医用材料I-M3.天津:天津大学出版社,2000.132李世普.生物医用材料导论EM3.武汉:武汉工业大学出版社,2000.843ToshiakiKitsugi,TakaoY amamuro,TakashiNakamura,eta1.Fourcalciumphosphateceramicsasbonesubstitutesfornon-weight-bearing[J].Biomaterials,1993,14:2164DucheyneP,QiuQBioactiveceramics:theeffectofsurface reactivityonboneformationandbonecellfunctionEJ3.Bio—materials,1999,20:22875MakarandGJoshi,SureshGAdvani,FreemanMiller,eta1.Analysisofafemoralhipprosthesisdesignedtoreduce stressshielding[刀.JBiomechanics,2000.33:16556ShinHasegawa.ShinsukeIshii,JiroTamura,eta1.A5-7 yearinvivostudyofhigh-strengthhydroxyapatite/poly(L- lactide)compositerodsfortheinternalfixationofbonefrac—tures[J].Biomaterials,(accepted1September2005)7RodriguesCVM.SerricellaP,LinharesABR,eta1. 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