復(fù)合生物材料的研究進(jìn)展_cropped

1、復(fù)合生物材料的研究進(jìn)展郝建原 3 , 鄧先模(中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所 ,成都610041)摘要 : 從力學(xué)性能的改善和降解速率的可調(diào)性等角度 ,總結(jié)了復(fù)合生物材料與單一組分的材料相比 ,在生物醫(yī)用領(lǐng)域應(yīng)用中所表現(xiàn)出的綜合使用性能的優(yōu)越性 。綜述了復(fù)合生物材料 ,特別是用 于骨修復(fù)的各類有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合材料近年來的研究進(jìn)展?fàn)顩r 。提出將與人骨中磷灰石微晶類似的 羥基磷灰石納米粒子與可降解聚酯材料進(jìn)行復(fù)合 ,能夠得到具有優(yōu)越骨誘導(dǎo)性能并且能夠降解的 新型骨修復(fù)材料 。這方面的研究代表了有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合生物材料領(lǐng)域新的發(fā)展方向 。關(guān)鍵詞 :復(fù)合生物材料 ;骨修復(fù)材料 ;羥基磷灰石納米粒子生物材

2、料也稱為生物醫(yī)學(xué)材料 ,是指以醫(yī)療為目的 ,用于與組織接觸以形成功能的無生命的材料1。生物醫(yī)學(xué)材料發(fā)展和應(yīng)用的高級(jí)階段就是其在組織工程中的應(yīng)用 ,通過構(gòu)建具有一定活性的基體材料 ,制備具有生物相容性的器件或器官 ,實(shí)現(xiàn)對(duì)人體損害或缺損組織的修復(fù)或替代2 。由于人體功能的復(fù)雜性 ,隨著生物材料在人體具體應(yīng)用形式和場合的不同 ,對(duì)材料各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求也不盡相同 ;另外 ,即便是某一特定應(yīng)用場合 ,對(duì)生物材料的性能要求也不是單一的 ,而是多樣性能的綜合平衡 。例如人體組織的修補(bǔ)材料 ,理想的組織修補(bǔ)材料隨著人體新組織的長出 ,應(yīng)逐漸被人體吸收 ,直至完全被新組織替代 。在這一替代過程中 ,修復(fù)材料

3、的降解速度要適應(yīng)于機(jī)體對(duì)材料機(jī)械力學(xué)性能的要求 。對(duì)于缺損的硬組織來說 ,修補(bǔ)材料要承受一定的載荷 ,因此必須有一定的起始強(qiáng)度和韌性 ,而且其強(qiáng)度隨降解過程的衰減要與新組織的形成速度相匹配 。而對(duì)于受到損害的軟組織來說 ,修復(fù)材料也需在一定的降解周期內(nèi)保持適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度 ,從而可以將生物力學(xué)的刺激傳遞給活細(xì)胞 ,引導(dǎo)新組織在基體材料內(nèi)定向生長3 。然而在很多應(yīng)用場合下 ,單一組分或單一結(jié)構(gòu)的材料都無法很好滿足機(jī)體對(duì)材料性能多樣性的要求 。這時(shí)就需要綜合多種組分或結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)勢 ,形成所謂的復(fù)合生物材料 ,更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)人體受損組織的修復(fù)作用 。1復(fù)合生物材料的性能優(yōu)勢與單一組分或結(jié)構(gòu)的生物材料相比

4、,復(fù)合生物材料的性能具有可調(diào)性 。通過選擇合適的復(fù)合組分或結(jié)構(gòu) ,改變組分之間的配比 ,可以得到降解特性和機(jī)械力學(xué)性能均可調(diào) ,并相互匹配以適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用場合的新材料 。復(fù)合生物材料的性能優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面 。111降解模式和降解速率的可調(diào)性 人體內(nèi)除一些功能復(fù)雜的臟器器官發(fā)生損害或有大面積的組織發(fā)生創(chuàng)傷需要永久性替換外 ,作者簡介 :郝建原 (1972 - ) ,男 ,山西省忻州市人 。1994 年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程系 。翌年考入中科院成都有機(jī)化學(xué)研究所 ,從事生物醫(yī)用材料方面的研究工作 ,并分別于 1998 年和 2001 年獲得高分子化學(xué)與物理專業(yè)理學(xué)碩士學(xué)位 ,以及有機(jī)化

5、學(xué)專業(yè)博士學(xué)位 。曾參加過多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和國家“863”高科技項(xiàng)目的研究 ,在國際“SCI”收錄刊物上發(fā)表論文近 10 篇 ;3 通訊聯(lián)系人 。綜述其它組織的損害都可在生物材料的幫助下自行愈合 ,重建功能 。因此用于這些場合的生物材料的降解性能就成了十分重要的性能之一 。要想獲得具有合適降解速率的復(fù)合材料 ,就要對(duì)現(xiàn)有可降 解材料的降解特性有所了解 ?？缮锝到獾牟牧嫌刑烊桓叻肿?、生物合成高分子 、人工合成高分子 、生物活性玻璃 、磷酸三鈣 等 。天然高分子均為親水性材料 ,如膠原 、明膠 、甲殼素 、淀粉 、纖維素 、透明質(zhì)酸等 ,它們在人體內(nèi)的降解速度與材料在人體生理環(huán)境下的溶

6、解特性有關(guān) 。例如明膠分子能夠溶于與體液相似 p H 值 為 714 的生理鹽水中 ,因而必須先進(jìn)行交聯(lián)才能作為材料在人體中使用4 6 ,其交聯(lián)產(chǎn)物在人體內(nèi) 降解2溶解的速度很快 ,幾天內(nèi)就可被人體完全吸收 。與此相對(duì)應(yīng) ,在正常生理環(huán)境下不溶解的天 然高分子 ,如甲殼素 (在酸性環(huán)境下溶解) 7 ,其降解速率就要慢得多 。生物合成高分子是一類由細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生的聚酯高分子 ,其最具代表性的例子是聚 (2羥基丁酸酯) 8 9( PHB) 。該材料的降解速率與一種稱為 PHB 降解酶的存在密切相關(guān)10 ,11 ,在海洋 ,土壤等富含 PHB 降解酶的自然環(huán)境下 ,材料能夠被較快地降解12 14 ;在

7、與體液相似的緩沖溶液中 ,因?yàn)槿狈?PHB 降解酶 ,而 PHB 又是一種高結(jié)晶度的材料 ,疏水性強(qiáng) ,因而其降解速率就非常緩慢15 17 。 與以上兩類材料的降解行為相比 ,人工合成高分子的降解速率有較大的變化 。短的為一個(gè)月左右 ,長的可以達(dá)到幾年 ;降解模式和特性也有著更為豐富的內(nèi)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) 、聚己內(nèi)酯 ( PCL) 、聚酸酐以及它們之間的共聚物等 。在降 解速率方面 ,聚酸酐的降解速率普遍高于聚酯18 ;聚酯中 ,材料的降解速率隨其親水性的增加而增 快 ,其中聚乙醇酸降解速率最快 ,約為一個(gè)月左右 ,聚乳酸次之

8、 ,大約需要三到六個(gè)月 ,聚己內(nèi)酯最 慢 ,需要幾年左右19 。在降解模式方面 ,聚酯與聚酸酐也明顯不同 。聚酸酐的降解先從材料的表 面進(jìn)行 ,在表面部分材料被降解后 ,再逐漸深入到內(nèi)層20 24 ; 聚酯則是本體降解行為 ,降解同時(shí)發(fā) 生在材料的外部和內(nèi)部25 27 。此外 ,就聚酯材料而言 ,線形分子和網(wǎng)狀分子材料的降解特性也不 一樣 。線形材料的降解速率與重量損失不成線形關(guān)系 ,材料的機(jī)械強(qiáng)度在其失重很小時(shí)就發(fā)生大 幅度的衰減 ;相比較而言 ,網(wǎng)狀材料的降解行為更為理想一些 ,材料的機(jī)械強(qiáng)度的衰減與其重量損 失成近似或良好的線形關(guān)系28 32 。生物活性玻璃 (B G) 是含硅 、鈉 、

9、鈣 、磷四種元素氧化物的無機(jī)活性材料 ,能夠引導(dǎo)骨生長 ,并能與 周圍骨組織形成良好的鍵合作用33 34 。B G 的降解是含硅和鈉的離子逐漸被溶解 ,而含磷和鈣的離子 重新沉積的過程 。對(duì)于尺寸為 300350m 的活性粒子來說 ,含硅和鈉的離子從外到內(nèi)全部被置換完 需要一年左右 ,而內(nèi)層和外層磷和鈣的含量逐漸趨近 ,并于人體骨組織相近時(shí)則需要兩年左右35 。由以上對(duì)各類材料的降解特性的分析可以看出 ,不同材料的降解速率差別很大 ,降解模式也不 同 。因而通過不同組分或結(jié)構(gòu)之間的復(fù)合就可以得到降解特性更為細(xì)膩 ,降解速率可調(diào)的新材料 ,更好地滿足實(shí)際使用 。不同降解速率的材料形成的復(fù)合材料

10、,其降解速率不一定是兩種組分各自 降解速率的簡單疊加 ,而是與組分之間的相容性 、相態(tài)結(jié)構(gòu) 、結(jié)晶度的變化有關(guān)36 39 。另外對(duì)于有 機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合材料來說 ,可降解的無機(jī)組分還可影響到有機(jī)組分的降解速率 ,其溶解重沉積過程能 夠阻礙或抑制材料內(nèi)部輸水孔洞的形成 ,從而使材料的整體降解速率下降 ,減緩了材料的機(jī)械強(qiáng)度 隨降解過程的衰減40 。112 力學(xué)性能的增強(qiáng)和改善作為承受較大載荷的人體骨的骨折或缺損來說 ,用于骨內(nèi)固定或骨修復(fù)的材料要具有相當(dāng)?shù)?力學(xué)強(qiáng)度 。聚 L2乳酸力學(xué)強(qiáng)度較高 ,能承受大載荷 ,但是材料具有的結(jié)晶性使其降解速度較慢 ,在 人體內(nèi)長期存在會(huì)造成炎癥或腫脹等副作用 。

11、與聚 L2乳酸不同 ,聚 D , L2乳酸是無定性材料 ,降解速度適中 ,但是其力學(xué)強(qiáng)度不如聚 L2乳酸高 。因此 ,用聚 L2乳酸增強(qiáng)聚 D , L2乳酸則有可能得到強(qiáng)度較高 ,降解速率適中的復(fù)合材料41 43 。親水性水凝膠是一種廣泛用于軟組織修復(fù)的材料 ,因?yàn)槠湓谌軡q狀態(tài)下的力學(xué)性能很差 (比如由聚乙二醇或聚甲基丙烯酸羥乙基酯構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)) ,這就需要與另一組分復(fù)合以提高材料的力學(xué)強(qiáng)度44 54。水凝較是一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的材料 ,如果所選用的增強(qiáng)組分是線形分子 ,則所形成的復(fù)合材料稱為半互穿網(wǎng)絡(luò)材料 ?？捎糜谠鰪?qiáng)的組分既可以是強(qiáng)度高的親水性材料 ,也可以是親水性的聚酯材料 ,它們都能顯著提高水

12、凝膠在溶漲狀態(tài)下的力學(xué)強(qiáng)度 。對(duì)于模量高 ,脆性大的生物陶瓷材料來說 ,與高分子材料復(fù)合的目的在于賦予材料以韌性 。形成復(fù)合生物材料的意義除了可以調(diào)節(jié)可降解材料的降解速率和模式 ,以及改善材料的力學(xué)性能外 ,有時(shí)還具有提高材料的生物相容性 ,改善材料的機(jī)械加工性能 ,賦予材料以生物活性 ,以及避免生物陶瓷顆粒的移位等作用 。2 復(fù)合生物材料211有機(jī)/ 有機(jī)復(fù)合生物材料該類復(fù)合材料的研究主要集中在可降解高分子材料之間的復(fù)合上 ,包括天然高分子材料 ,生物合成聚酯 ,以及人工合成聚酯和聚酸酐等 。通過對(duì)不同組分復(fù)合之后材料的相容性以及結(jié)構(gòu)和性能的考察41 43 ,5564,篩選具有最佳綜合性能的

13、復(fù)合生物材料 。212金屬/ 無機(jī)復(fù)合生物材料用于人體硬組織修復(fù)的金屬材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能 ,生物相容性較差 。通過一些物理或化學(xué)手段 (等離子噴涂 ,電化學(xué)沉積法等) 。在金屬材料表面形成一層磷酸鈣鹽 ,能大大改善金屬材料表面的生物相容性 ,并與周圍的骨組織形成良好的骨性結(jié)合65 。213有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合生物材料與其它兩類復(fù)合材料相比 ,有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合生物材料是應(yīng)用研究最為廣泛和深入的一類 ,其主要用途在于修復(fù)和重建人體的硬組織 ,作為骨修復(fù)或骨固定材料來使用 。有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合生物材料結(jié)合了有機(jī)組分的韌性和無機(jī)組分的剛性 ,充分利用了無機(jī)組分或部分有機(jī)組分的生物活性或降解性能 ,形成了

14、具有綜合使用性能的骨修補(bǔ)復(fù)合材料 。骨修復(fù)復(fù)合材料與周圍組織的最終復(fù)合形式以及被利用的狀況與材料組分的降解特性 、材料的結(jié)構(gòu)狀況等密切相關(guān) 。一般來說 ,具有降解特性或貫通孔洞的復(fù)合材料能夠被人體較好地利用 ,新生骨組織可以長入到材料內(nèi)部 ,并與周圍組織形成牢靠的結(jié)合 。下面就幾類有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合生物材料的應(yīng)用研究作一簡單討論 。3基于磷酸鈣的有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合材料磷酸鈣主要包括羥基磷灰石 ( HAP) 和磷酸三鈣 ( TCP) ,它們具有良好的生物相容性并已廣泛用于臨床 。磷酸鈣材料具有骨引導(dǎo)性 ,它不僅能引導(dǎo)新骨從宿主骨沿植入體界面或向植入體內(nèi)部生長66 68,而且能夠與周圍骨組織形成良好的

15、骨性結(jié)合69 ,70 。近年來張興棟教授等發(fā)現(xiàn)磷酸鈣材料還具有骨誘導(dǎo)作用 ,即便在非骨部位區(qū)也能誘導(dǎo)骨組織的形成71 ,72 。然而純粹的磷酸鈣材料在具體應(yīng)用的時(shí)候還存在著一些缺陷 。以塊狀材料為使用形式的羥基磷灰石脆性大 ,不易加工 ,與周圍組織吻合不好 ,會(huì)引發(fā)傷口破裂和繼發(fā)感染等問題 ;用于填充牙槽的粒狀羥基磷灰石則伴有顆粒游走 ,移位而使充填高度降低以及壓迫神經(jīng)引發(fā)疼痛等不足之處 。為克服這些缺陷 ,進(jìn)一步提高和改善材料的骨引導(dǎo)和骨誘導(dǎo)作用 ,以及形成可降解性的骨修復(fù)材料 。許多學(xué)者將磷酸鈣材料與高分于材料進(jìn)行了復(fù)合 ,形成了各種各樣的基于磷酸鈣的有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合材料 。311 磷酸鈣

16、材料與人工合成的可生物降解高分子材料的復(fù)合在這類復(fù)合材料中 ,經(jīng)高溫?zé)Y(jié)并碾細(xì)的 HAP 或 TCP 微粒 ,以分散相的形式存在于聚合物形 成的基體材料中73 76 。與有機(jī)組分相比 ,無機(jī)組分的存在能顯著提高材料的彈性模量 ,亦即提高 材料的硬度 ,而材料的拉伸強(qiáng)度或彎曲強(qiáng)度則有不同程度的下降 。在 TCP 和 CPLA ( L2乳酸和脂肪 族聚酯的共聚物) 形成的復(fù)合材料中 ,材料最大的彎曲強(qiáng)度可以達(dá)到 54 MPa 。相當(dāng)于人體骨強(qiáng)度的二分之一 ,而最大的彈性模量則可達(dá)到 812 GPa ,與人體骨的硬度相當(dāng)76 。表面經(jīng)聚丙烯酸或聚(乙烯2馬來酸酐) 修飾的 HAP 粒子與 Polya

17、ctiveTM (聚乙二醇和對(duì)苯二甲酸丁二醇酯的共聚物) 形成 的復(fù)合材料 ,要比未經(jīng)修飾的粒子形成的材料的力學(xué)強(qiáng)度要高75 。這說明磷酸鈣粒子的表面性質(zhì)以及與機(jī)體材料的界面粘結(jié)性對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能至關(guān)重要 。Verheyen 等考察了 HAP 和聚 ( L2乳酸) 復(fù)合物在 PBS 等三種緩沖體系的體外降解行為 ,發(fā)現(xiàn)在整個(gè)降解周期內(nèi) ,鈣離子都是以勻速 形式釋放的 ,而乳酸分子經(jīng)過一段誘導(dǎo)期后 ,也以線形形式釋放74 。312 磷酸鈣材料與天然生物材料的復(fù)合天然生物材料主要指一些從動(dòng)物結(jié)締組織 (骨 ,肌腱) 或皮膚中提取的 、經(jīng)特殊化學(xué)處理的 、具 有某些活性 或 特 殊 性 能 的

18、蛋 白 質(zhì) , 如 膠 原77 79 、骨 生 長 因 子80 82 ( BMP) 、纖 維 蛋 白 粘 合 劑 、明膠4 6 ,83 等 。BMP 具有骨誘導(dǎo)活性 ,對(duì)促進(jìn)骨缺損的修復(fù)具有重要作用 ,但 BMP 無法單獨(dú)制成骨的形狀 ,需要其它支撐材料成型方能使用 ; 另外單獨(dú)的 BMP 在體內(nèi)吸收較快 ,需要將其固定在載體 上 ,才能緩慢釋放充分發(fā)揮其作用 。因此將 BMP 與多孔塊型磷酸鈣陶瓷復(fù)合 ,就可以充分發(fā)揮兩 者的優(yōu)勢 ,得到骨誘導(dǎo)性能優(yōu)于兩純組分的復(fù)合材料 。Urist 曾將 BMP 與多孔 TCP 的復(fù)合材料植入小鼠肌肉內(nèi) ,觀察到該復(fù)合材料誘導(dǎo)的新骨量要比單純 BMP 誘導(dǎo)

19、的新骨多 12 倍80 。除 BMP 外 ,膠原也是一種廣泛用于與 HAP 復(fù)合的天然材料 。膠原具有較好的粘結(jié)性 ,可用來粘接或固定 HAP 顆粒 ,克服其單獨(dú)使用所引發(fā)的顆粒游走 、移位 、壓迫神經(jīng)等并發(fā)癥 。其復(fù)合形式有以下三種 : (1) 將膠原制成管狀容器 ,容納 HAP 材料 ; (2) 一定濃度的膠原溶液與顆粒狀 HAP 混合成糊狀 ,采用注 射法植入 ; (3) 一定濃度的膠原溶液與顆粒狀 HAP 按一定比例復(fù)合后凍干成型或干燥成型后植入84 ,85。關(guān)于 HAP 和膠原復(fù)合物中兩種成分的作用 , Katthagen 曾認(rèn)為 HAP 顆粒起到中心支架作用 ,膠原則促使肉芽組織長

20、入并對(duì)成纖細(xì)胞和成骨細(xì)胞起營養(yǎng)作用86 。313磷酸鈣材料和人工合成的非降解高分子材料的復(fù)合人體內(nèi)某些器官或組織比如關(guān)節(jié)和心臟瓣膜等損害后 ,需要永久性替換 ,這時(shí)就要用到非降解 的生物材料 。人體內(nèi)常用的非降解高分子材料有聚乙烯 、聚甲基丙烯酸甲酯 、聚氨酯 、滌綸等 ,它們都具有較好的生物相容性 。塊狀 HAP 材料也是一種非降解的材料 ,由于其不耐磨損 ,無法誘導(dǎo)周圍結(jié)締組織的生長 ,因而不適于作關(guān)節(jié)的修復(fù)材料來使用 。滌綸布在臨床上可用作心臟 ,血管的修 補(bǔ)以及人工肌腱等 ,在人體內(nèi)穩(wěn)定 ,不引起不良反應(yīng) ,力學(xué)性能上則具有柔韌性好 ,能承受張力等優(yōu)點(diǎn) 。另外滌綸布還可誘導(dǎo)纖維結(jié)締組織

21、增厚反應(yīng) ,因此以滌綸布來包裹塊狀的 HAP 人工胸骨假 體 ,可以重建關(guān)節(jié)囊 ,起到穩(wěn)定和恢復(fù)關(guān)節(jié)的功能 ,防止假體移位而損傷周圍器官87 ?；谏锘钚圆ＡУ挠袡C(jī)無機(jī)復(fù)合材料除磷酸鈣材料 ,生物活性玻璃 (B G) 是另一類廣泛用于骨修復(fù)的無機(jī)活性材料88 。為了能更好 地利用這一材料 ,人們將 B G 與可生物降解高分子材料進(jìn)行了復(fù)合 ,制成了具有連續(xù)孔洞結(jié)構(gòu)的三4維骨架材料 。這一骨架材料是由 B G 與可降解高分子材料形成的復(fù)合微球構(gòu)成 ,微球之間通過熱處理粘附在一起 ,骨架的空隙就是微球之間的間隙89 ,90 。Lu 等制備了 B G 與聚乳酸和聚乙醇酸共聚物 ( PLAGA) 形

22、成的三維復(fù)合骨架材料 , 其彈性模量要高于純聚合物形成的骨架材料 ( 5113 vs.2615MPa) ,而壓縮強(qiáng)度則有所下降 (01417 vs. 01533MPa) 89 。另外對(duì)材料的體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明 ,復(fù)合骨架材料能夠促使 I 型膠原的形成和破骨細(xì)胞的繁殖 ,并且其 I 型膠原的含量要高于純聚合物骨架材料 ,此外復(fù)合骨架材料的表面還發(fā)現(xiàn)有純聚合物骨架材料不具有的礦化物質(zhì)沉積 ,這一切都表明 B GPLAGA 復(fù)合骨架材料是一種比純聚合物骨架材料更優(yōu)越的可降解的骨修復(fù)材料89 。5模擬人工骨的有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合材料從生物模擬的角度來看 ,若骨修復(fù)材料與人骨的結(jié)構(gòu)和組分越相近 ,則其骨誘導(dǎo)功

23、能越強(qiáng) 。人骨的基體材料主要由無機(jī)磷灰石微晶和有機(jī)膠原纖維組成 ,并且磷灰石微晶沿膠原纖維方向做定向排列 。對(duì)應(yīng)于人骨這樣的組分和結(jié)構(gòu) ,構(gòu)建模擬人工骨的有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合材料主要有以下三方面的考慮 : (1) 組分的相近性 ; (2) 磷灰石微晶的生物模擬合成 ; (3) 磷灰石微晶的定向排列 。其中 (1)(2) 兩點(diǎn)是為了使復(fù)合材料獲得最佳的骨誘導(dǎo)性能 ,能夠代替自體或異體移植骨來使用 ,而 (3) 則是 希望材料獲得較好的力學(xué)性能 。無機(jī)磷灰石組分對(duì)整個(gè)材料的骨誘導(dǎo)性能至關(guān)重要 ,一些研究工作者對(duì)其在類似體液的條件下 ( SBF 緩沖溶液) 生物模擬合成進(jìn)行了研究 。對(duì)于人體來說 ,體液

24、中的鈣 、磷離子的含量相對(duì)于磷灰石沉淀已經(jīng)是過飽和溶液了 ,但人體內(nèi)并未發(fā)現(xiàn)有磷灰石的均勻沉淀出現(xiàn) 。這主要是由于磷灰石晶核形成時(shí)需要較高的能量 ,只有在含有利于晶核形成的組分的骨區(qū) ,才可能有大量的磷灰石微晶出現(xiàn) 。與此類似 ,與人體體液相似的 SBF 緩沖溶液通常情況下也不會(huì)出現(xiàn)磷灰石沉淀 。為制備含有生物模擬合成磷灰石的有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合材料 ,就要在聚合物基體材料中引入能誘使磷灰石成核的物 質(zhì) 或 在 分 子 鏈 上 接 上 相 關(guān) 的 官 能 團(tuán) 。研 究 表 明 , Si OH , Ti OH , Ta OH , Zr OH , H2 PO4 ,COOH 等組分或官能團(tuán)能夠促使 SB

25、P 緩沖溶液中磷灰石沉淀的出現(xiàn)91 95 。Tanahashi 等將對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維織物置于 SBF 緩沖溶液中的 CaO SiO2 玻璃粒子上 ,處理一段時(shí)間后 ,取出再浸入新鮮的 SBP 緩沖溶液中 ,則發(fā)現(xiàn)織物上與玻璃粒子接觸的一面會(huì)出現(xiàn)一層均勻的磷灰石沉淀96如果織物事先經(jīng)等離子氧處理后 ,磷灰石沉淀與其之間的粘結(jié)強(qiáng)度可以達(dá)到 10Mpa97 。除生物模擬合成磷灰石微晶外 ,如何讓微晶在有機(jī)基體材料中定向排列也是科學(xué)家們關(guān)注的一個(gè)課題 。人體內(nèi)磷灰石微晶的定向排列與骨所承受的外力狀況相關(guān) ,某個(gè)區(qū)域內(nèi)微晶的排列方向也就是骨所承受最大外力的方向 。Kikuchi 等采用共沉淀法 ,

26、在 40 和溶液 p H 為 9 的條件下制備了膠原與磷灰石形成的有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合材料 ,其抗彎強(qiáng)度可以達(dá)到 3915MPa98 。X 射線衍射表明該強(qiáng)度可能與材料中磷灰石微晶的定向排列有關(guān) 。6結(jié)論和展望綜上所述 ,復(fù)合生物材料確實(shí)具有單一組分或結(jié)構(gòu)的材料所無法比擬的性能優(yōu)勢 。通過將不同降解特性或力學(xué)性能的材料進(jìn)行復(fù)合 ,改變組分之間的配比 ,就有可能得到降解速率可調(diào) ,力學(xué)性能有所改善的新材料 。另外 ,復(fù)合生物材料還可集中多種組分的性能優(yōu)點(diǎn) ,摒棄其各自不足之處 ,使材料具備綜合性能優(yōu)勢 ,更好地實(shí)現(xiàn)其在人體內(nèi)的輔助治療功能 。因而 ,復(fù)合生物材料的發(fā)展將會(huì)為組織工程提供性能更為優(yōu)越的

27、新材料 。在復(fù)合生物材料中 ,有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合材料是應(yīng)用研究最為廣泛的一類 ,主要用作骨修復(fù)或骨固定材料來使用 。這些種類繁多的復(fù)合材料 ,為不同部位的骨缺損的修復(fù)提供了豐富的選擇機(jī)會(huì) 。其中非生物降解的復(fù)合材料作為人體的異物 ,其長期存在會(huì)引發(fā)人體免疫反應(yīng)或相關(guān)的免疫綜合癥 。而可生物降解高分子與磷酸鈣粒子形成的復(fù)合材料雖然能被降解 ,但由于無機(jī)粒子是經(jīng)高溫 燒結(jié)而后碾磨而成的 ,粒子無論在尺寸 、組成還是結(jié)構(gòu)上都與人骨中的磷灰石微晶有較大差別 ,因而其最終被人體吸收利用的狀況和骨誘導(dǎo)性能不如自體骨或異體骨 。相比較而言 ,生物模擬合成 的復(fù)合材料骨誘導(dǎo)性能優(yōu)越 ,力學(xué)性能較佳并且具有降解特

28、性 ,是較為理想的骨修復(fù)材料 。因而生 物模擬合成骨修復(fù)材料是有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合生物材料領(lǐng)域值得深入進(jìn)行研究的一個(gè)方向 。近年來有人通過水熱合成法制備了羥基磷灰石納米粒子 ,所得納米粒子無論在尺寸 、組成還是 結(jié)構(gòu)上都與人骨中的磷灰石微晶相似99 ,100 。因而 ,將羥基磷灰石納米粒子引入到非親水性的可生物降解聚酯基體材料中去 ,就有可能得到能被降解 ,力學(xué)性能較好 ,骨誘導(dǎo)性能優(yōu)越的新型骨修復(fù) 材料 。作者進(jìn)行了前期的探索性工作 ,首次制得納米粒子在非親水性的的聚乳酸基體材料中能夠 良好分散的納米復(fù)合材料 ,該納米復(fù)合材料在降解特性和力學(xué)性能的表現(xiàn)上都顯示出異于純聚合物的獨(dú)特性質(zhì)101 ,1

29、02。含羥基磷灰石納米粒子的可降解復(fù)合材料的研究將成為有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合生物材料領(lǐng)域令人矚目的新的研究方向 。參考文獻(xiàn) :何天白 ,胡漢杰 ,主編 1 功能高分子與新技術(shù) 1 北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2001 ,95 .Lanza R T ,Langer R. Principles of Tissue Engineering ,USA :Academic Press 1996 . Urry D W. Sixth World Biomaterials Congress Transactions 2000 ,vol (1) ,128 .Yao C H ,Sun J S ,Lin F H ,et a

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