用于人工骨的材料

发布时间:2020-10-19   来源:文档文库   
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用于人工骨的材料
目前用于骨修复的生物材料分为以下几种医用生物陶瓷、医用高分子材料、 用复合材料、纳米人工骨 .医用生物陶瓷材料
生物活性陶瓷,主要指磷灰石AP,包括羟基磷灰石HAP和磷酸三钙TCP 等。目前应用最多的是HAP人骨无机质的主要成分是HAP它赋予骨抗压强, 是骨组织的主要承力者人工合成的HA是十分重要的骨修复材料这是由于它 组成性质与生物硬组织的HAPS为相似,并具有良好的生物相容性可与自然骨形 成强的骨键合一旦细胞附着、伸展,即可产生骨基质胶原以后进一步矿化形成 骨组织。
a 2磷酸三钙a 2TCP骨水泥具有水合硬化特性,可作为一种任意塑型的新型人 工骨用于骨缺损填充。它在动物体内形成蜂窝状结构 动物组织可逐渐长入此蜂 窝状结构中,形成牢固的骨性键合3 B 2TCP 4 属可吸收生物陶瓷,在体内 要被逐渐降解和吸收但其强度较低主要用于骨修复或矫正小的骨缺损或骨缺 如骨缺损腔填充。尽管B 2TCP1入体内可被降解和吸收新骨将逐渐替换植 入体但由于其降解和吸收速度与骨形成速度难达到一致所以不宜作为人体承 力部件。目前磷酸钙陶瓷要用于作小的承力部件、涂层、低负载的植入体。 . 医用生物高分子材料
高分子聚合物已被广泛用作骨修复材料可降解聚乳酸PLA用于口腔外 ,甲基丙烯酸甲酯PMMA骨水泥用于骨填充,聚乙醇酸PGA作为可吸收螺 钉用于骨固定。
生物降解材料制作的接骨材料其弹性模量较金属更接近骨组织的弹性模量 利于骨折愈合且随着骨折的愈合材料逐渐在体内降解不需二次手术取出。 PLA 5 是一类有应用价值的生物材料它的降解速度取决于它的分子量、分子 取向、结晶度、物理及化学结构但其降解的机制主要是因为酯键的水解。目前 PLA主要用于骨外科部件例如骨针、骨板。Minori et al 7 用不同分子量的 PLA和聚乙二醇PEG制成PLA2PEG共聚物作为骨形成蛋白BMP 的载体 PLA 6 5002PEG3 000共聚物具有一定的弹性是较好的BM载体。 . 医用复合材料
复合人工骨13 的研究近年来取得了很大进展其基本原理是将具有骨传 导能力的材料与具有骨诱导能力的物质如骨生长因子、骨髓组织等复合制备成复 合人工骨,使它们既具有骨传导作用又具有骨诱导作用。 3. 1 磷酸钙复合人工骨 主要包括TCPHA与胶原、骨生长因子等复合人工 骨。原位自体骨与磷酸钙人工骨混合植骨应用在脊柱侧凸畸形矫正术中 是一种 实用、简易、可靠的植骨方法。
3. 2 聚合物复合人工骨 生物降解聚合物是近年生物材料研究领域中的一个 热点,通过技术工可合成各种结构形态一定的生物降解特性的各种聚合物。但 它们无骨诱导活需与其它骨诱导因子复合应用才能取得良好效果。 3. 3 红骨髓复合人工骨 骨髓由造血系统和基质系统两部分组成。健康红骨
髓的基质细胞中含有定向性骨祖细胞DOPC和可诱导性骨祖细胞IOPCDOPC 具有定向分化为骨组织的能力IOPC在诱导因子BMP作用下才能分化成骨。



Zakrzewska et al[ 17 ] 将骨髓细胞与HAP吉合并分别加入成纤维细胞生长因子 bFGF成骨蛋白21QP21,通过测定胸腺嘧啶掺入到DN肿的量、ALP 的活性及新生骨的形成来了解它们的生物活性。结果表明bFGF能刺激骨髓细 的增殖,0P21能增加ALM活性及刺激新生骨形成,并能促进骨髓细胞的分 化。 四•纳米人工骨
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能自固化成型、 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修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。下面将近年来纳米级骨修复材料 的研究进展介绍如下。
4. 1 纳米羟基磷灰石nHAP 国外已制备出含有二氧化锆的nHA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。通过调节二氧化锆含量 可使该纳米人工骨材料具有优良的生物相容性。
4. 2 TCP^成纳米松质骨 Clarke etal用聚氨酯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、在体研究发现多孔 CP骨架能促进骨生长。多孔TC合成松质骨与人体松质骨的结构和化学成份相 Yuan et al[ 20 ] 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。
4. 3 氧化锆/氧化铝 Uchida et al[ 21 ] 将氧化锆/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面可生成骨样磷灰石层提示在活体内 可能形成生物陶瓷HAP TCP等。
Luke et al[ 22 ] 将大鼠颅骨的成骨细胞粘附在23 nm氧化铝上,发现细胞
形态具有很好的伸展性且成骨细胞的黏附能力比在硼硅酸盐玻璃上增 46% , 明氧化铝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 纳米复合陶瓷材料有良好的生物相容性。
4. 4 纳米复合材料由于单一类型材料难以满足骨组织工程细胞外基质材料
的要求研究者将几种单一材料进行适当组合,结合有机材料与无机材料的优缺 ,成有机/无机、HA /多聚体复合材料在实际应用中取得良好效果。
4. 4. 1 nHAP /聚左旋乳酸PLLA
Saeed et al[ 23 ] 对合成的HAP内米棒表面进行修饰,然后与PLLA聚合成nHAP / PLLA纳米化合物。OMOT化合物有较高的弹力系数,HAP/PLLA纳米化合物中 加入1%OTS,它的弹力系数上升40%,使HAP/PLLA的负载传导性得到明显改善。 4. 2 HAP /聚砜、HAP /聚乙烯复合物
多聚体生物瓷性增强研究发现聚砜是具有一定机械力学特性的多聚体高密 度聚乙烯是一种具有韧性的热塑性多聚体两者均被证明具有良好的生物相容 性。HA这两种多聚体聚合为新化合物通过两轴疲劳试验表明该化合物有良 好的力学性能。
4. 4. 3 纳米AP /聚酰胺PA复合材料
苏勤等用共沉淀法制成了纳米磷灰石/聚酰胺复合材料通过常压共溶法直接 用纳米磷灰石浆液制备了纳米HA晶体/聚酰胺生物活性材料。都获得了高nHAP 含量和分散均匀的复合材料。测试表明65%HA以纳米级均匀地分散在PA 基体中,在复合材料的两相界面间有化学键形成此复合材料的抗压、抗弯强度和 弹性模量与人体皮质骨类似。



444硫酸钙/纳米羟基磷灰石复合材料
羟基磷灰石(HA是一种可靠的骨修复材料,而HA勺塑型性能很差,体内降解也 比较慢。半水硫酸钙(CSH也是一种良好的骨诱导材料,其塑型性能颇为理想, 目前国外已开发出CSH勺新型骨诱导材料,并在创伤、脊柱外科等领域获得了广 泛的应用和良好的临床效果
4. 5纳米仿生骨天然骨是胶原纤维贯穿于HA形成的复合材料、HA占骨的7%, 胶原纤维为交联的螺旋状多肽链赋予骨很好的强度且使骨受应力时可弯曲。骨 内部保持成骨细胞和破骨细胞的生理平衡工程化骨就是利用支架培养细胞使骨 组织再生。常用多孔陶孔径200400m作为支架,在体外培养细胞,使其扩增, 形成骨组织再植入体内。HAf能吸收各种蛋白质其中包括骨形成与骨吸收相关细 胞因子、生长因子及细胞黏附蛋质。 4. 5. 1 多孔仿珊瑚人工骨 杨加峰等[28 ]HA为原料,采用湿化学法合成
粉料该粉料微粒呈细针状和类晶须结构,?1550 nm,用粉料制成的块料具有天 然骨类似结构。实验证明这种梯度结构多孔体的力学性能较普通珊瑚人工骨有 较大提高,其抗压缩强度大于人松质骨的压缩强度可满足大多数临床需要。 4. 5. 2 纳米磷酸钙/胶原材料 Wei etal[ 29 ]在研究大段骨的细胞载体材料
,根据仿生矿化原理采用纳米自组装技术研制出成分和结构都与天然骨组织 高度相似的纳米磷酸钙/胶原基骨材料其磷酸钙/胶原层间距为1117 nm,与天然 骨组织里的711 nm十分接近即均为倾斜的层状结构。实验证明成骨细胞在该支 架上能生长并分泌骨基质。
4. 5. 3 脱钙骨基质/胶原材料 胶原表面含有沉积矿物的位点当与非胶原基
质蛋白特别是生长因子结合可有效地引发和控制矿化过程促进骨形成并诱导 至植入物中。L i et al[ 30 ] 发现在胶原中加入HAPTCP制得复合物其骨 再生能力得到明显提高。脱钙骨基质中含有 BMP具有骨诱导作用试验证明 脱钙骨基质治疗骨不连、骨肿瘤和纤维损伤等骨科难症获得良好疗效。
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本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/82e158f327c52cc58bd63186bceb19e8b9f6ec66.html

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