仿生人工骨修复材料研究

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1、万方数据第40卷第10期2012年10月华南理工大学学报(自然科学版)JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)V01．40NO．10October2012文章编号：1000—565X(2012)10—0051—08仿生人工骨修复材料研究米王迎军1’2杜昶1’2赵娜如1，2叶建东1'2陈晓峰1，2(1．华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州510640：2．华南理工大学国家人体组织功能重建工程技术研究中心，广东广州510006)摘要：骨缺损修复材料是临

2、床需求量最大的生物医用材料之一．自体骨和异体骨移植的局限性使得研发优异的人工骨修复材料意义重大．通过模仿天然骨本身的成分、结构特性及生物矿化过程，对材料的组成、结构进行设计与调控，可以获得新型仿生人工骨修复材料，这已成为生物材料发展的主要趋势之一．文中概述了仿生人工骨修复材料的研究进展，重点介绍本课题组的相关研究，即类骨微纳米磷酸钙矿物的仿生合成、生物医用高分子仿生纳米纤维支架的制备和具有多级孔结构的自固化磷酸钙基骨修复材料的构建．关键词：生物医用材料；骨修复材料；生物矿化；仿生合成中图分类号：R318．08doi：10．3969／j．i

3、ssn．1000—565X．2012．10．007骨缺损修复材料是临床需求量最大的生物医用材料之一．人口老龄化及工业、交通和体育运动事故造成的创伤骨折、骨组织坏死和骨肿瘤等疾病引起的骨组织缺损病患每年达数百万人，且有日益增多的趋势．骨修复材料市场巨大，寻找更好的骨组织再生修复材料，为患者再造健康，是生物医用材料研究的前沿和热点．尽管骨组织本身具有较强的再生能力，但其自我修复只能在缺损较小的情形下进行，对于无法自我修复的缺损，疗效最好的方式是采用自体骨移植(从病人自身的非承重健康骨组织取材修补缺损组织)．但是，自体骨移植会对患者造成二次损伤

4、、且不可能大量取骨。1。2J．同种异体骨和动物源性的异种骨移植具有“天然骨”或“类骨”特性，但无法完全避免疾病传播和免疫排斥的风险，应用受限．因此，研发对病损或缺失的骨组织进行有效修复和功能重建的人工骨修复材料具有广泛的临床需求和重要的意义．近年来国内外人工骨修复材料研究的一个热点是模仿天然骨本身的成分、结构特性及矿化过程，对材料的组成、结构进行设计与调控，获得新型仿生人工骨修复材料或者对传统材料进行仿生功能化修饰．这类新型仿生材料已成为生物材料发展的主要趋势之一L3引．天然骨的基本组分包括水、以磷灰石为主的磷酸钙系矿物以及以胶原纤维为主

5、的有机基质．骨中纳米尺度磷酸钙矿物的形核、生长、晶型、取向、大小、形状、有序排列等受到有机基质模板的调控，具有独特性质．胶原纤维的直径在50～500nm之间，这种纳米纤维构成的有机基质不仅对矿化过程起到调控作用，而且通过与细胞之间的相互作用影响细胞粘附、增殖、迁移、分化等行为．以这些纳米尺度的结构单元为基础，骨组织形成了从微观、介观直到宏观尺度的复杂分级结构’6J．在体外实现与天然骨中生物矿物类似的高活性磷酸钙粉体的精确调控合成，构建类细胞外基质的纳米纤维支架，以及获得类骨多级孔结构都是仿生人工骨修复材料研发中收稿日期：2012—08—0

6、1$基金项目：国家“973”计划项目(2012CB619100，2011CB606204)；国家自然科学基金资助项目(50830101，51072056)；NSFC一广东省自然科学联合基金资助项目(U0834003)作者简介：王迎军(1954一)，女，博士，教授，博士生导师，主要从事生物医用材料研究．E—mail：imwangyj@seut．edu．OIl万方数据52华南理工大学学报(自然科学版)第40卷的重要课题．文中概述了仿生骨修复材料的研究进展，重点介绍了本课题组在类骨微纳米磷酸钙矿物的仿生合成、生物医用高分子仿生纳米纤维支架的制备

7、和具有多级孔结构自固化磷酸钙基骨修复材料等方面的研究．1类骨微纳米磷酸钙矿物的仿生合成1．1类骨纳米磷酸钙粉体的模板法仿生合成骨中的天然磷酸钙为纳米尺度的矿物，不少研究者探索了采用湿法化学合成纳米磷酸钙粉体的技术，但仅能获得不规则形状的颗粒及尺寸分布较宽的混合物．对骨和牙齿等磷酸钙系生物矿化组织的研究表明，天然磷酸钙矿物(形貌和尺寸可控，典型尺寸40～60Dill)的形态形成和有序组装是在有机基质模板的精确调控下完成．受此启发，本课题组利用有机小分子有序模板对磷酸钙矿物的体外仿生矿化进行调控，实现了对纳米磷酸钙粉体材料的颗粒尺寸分布及形貌

8、的精确控制_J2

9、．对十二烷胺体系中的仿生矿化研究表明，十二烷胺自组装构成的有序模板能够介导磷灰石纳米棒沿晶体c轴定向生长，通过在模板与溶液界面处限定局部有序的反应空间，并规范相邻晶体的共取向