第4章__生物医用陶瓷材料.ppt

HA-生物活性玻璃复合材料 HA具有良好的组织相容性和骨引导性,而生物活性玻璃具有骨形成作用及较快的降解速率 ,可以加速新骨的形成。而且生物玻璃中的Na+、K+等离子交换和Si的渗出,会减弱HA的稳定性,促进Ca2+的溶解 ,故多孔HA-BG具有比多孔HA更快的溶解速率。将这二者复合,可以得到既具有良好的生物相容性及降解性,又有一定机械强度的较理想的骨修复材料。 HA-ZrO2 复合材料 氧化锆(ZrO2)特别是含钇的四方氧化锆(Y-TZP)是一种具备优良室温力学性能的结构陶瓷，在复相材料受到破坏时，氧化锆可以更多地承担负荷，从而使HA的抗弯强度得以提高。Y-TZP的粉体非常细小，细小粉体的存在有效地阻碍了HA在预烧过程中生长和团聚，使HA粒子得以细小化及趋于球形化。因此，含Y-TZP的HA，基体晶粒较细，减小了初始裂纹的尺寸，从而改善了材料的力学性能。同时，Y-TZP的存在不但没延缓细胞生长，而且似乎更有利于上皮细胞的生长。这表明含Y-TZP的HA陶瓷有望成为良好生物相容性的复相陶瓷。 4.6.3 生物陶瓷与高分子复合材料 目前几乎所有的生物体组织都是由两种或者两种以上的材料所组成。比如人体的骨骼、牙齿就可以看做是由胶原蛋白、多糖基质等天然高分子构成的连续相和弥散于基质中的羟基磷灰石复合而成的复合材料。生物陶瓷与高分子复合材料一方面利用高弹性模量的生物无机材料增强高分子材料的刚性，并赋予其生物活性；另一方面又利用高分子材料的可塑性改善陶瓷材料的韧性。 HA-胶原复合材料 由于羟基磷灰石和胶原蛋白是天然骨中最主要的无机和有机成分，且从仿生角度出发，合成的材料与天然骨的成分越相似，越有利于细胞在材料上的粘附和增殖。所以，合成成分和结构与天然骨类似的羟基磷灰石/胶原复合材料最近几年成为国内外生物材料学家研究的热点。 把HA-胶原复合材料切割成直径为5mm、厚度为2mm的薄片置于载玻片上，并加入1 mL细胞密度为7×104mL-1的DMEM培养基进行成骨细胞培养。培养4天后材料表面上的成骨细胞非常稀少；培养11天后细胞迅速增值，覆盖了复合材料的部分 表面，并牢固的附着在HA颗粒（图4-11）和胶原纤维上了。胶原纤维极好的生物相容性和HA优异的骨诱导性使得复合材料成为了人体成骨细胞良好的附着和生长基体，有望成为骨传导和骨诱导的理想材料。 图4-11 培养11天后成骨细胞紧紧附着于HA颗粒上 HA-PDLLA复合材料 PDLLA(聚DL-丙交酯)具有良好的生物相容性和可降解性，是一种中等强度的聚合物，已被用作控制释放药物载体材料和内固定材料，但此材料缺乏刚性和骨结合能力，对X射线具有穿透性，不便于临床上的显影观察。将PDLLA与HA颗粒复合有助于提高材料的初始硬度和刚性，延缓材料的早期降解速度，便于骨折早期愈合，还可提高材料的生物活性和骨结合能力；此外还可提高材料对X射线的阻拒作用，便于临床上的显影观察。 碳纤维增强PMMA复合材料 PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)具有生物相容性好、强度高、成本低和易成型等优点，在国内外大量应用于临床领域。但作为骨组织支撑材料，PMMA脆性较大，抗冲击性能差；在骨水泥界面易形成纤维，既不能被吸收，也不利于骨骼生长。而广泛应用于航空航天领域的碳纤维具有密度低，比强度、比模量高的特点，同时它又是一种生物惰性材料，在人体中的化学稳定性好，无毒性，与人体肌肉、韧带组织的生物相容性也较好。 4.6.4 生物陶瓷复合材料的展望 生物陶瓷复合材料已经成为生物复合材料最为活跃的分支，目前生物陶瓷复合材料的发展趋势主要包括以下几个方面： 仿生材料 生物体自身的组织就是最为理想的生物材料，天然生物材料经过亿万年的演变进化，形成具有结构复杂精巧的结构和千变万化的效能奇妙多彩的功能。所以遵循自然规律，从材料科学的观点对其进行观察、测试、分析、计算、归纳和抽象，找出有用的规律来指导复合材料的设计与研究，制备成分、结构与天然骨组织相接近的复合材料，获得生物相容性好、具有良 好的生理效应和力学性能的人工骨替代材料。 生理活化 材料生理活化研究是利用现代生物工程技术，将生物活性组元引入生物材料，加速材料与机体组织的结合，并参与正常的生命活动，最终成为机体的一部分。例如：具有诱导成骨作用的骨形态蛋白同磷酸钙生物陶瓷复合，可赋予仅具有传导骨生长作用的磷酸钙生物陶瓷以诱导成骨能力，从而为具有长寿命的新一代人工骨材料的研制展现良好的前景。 组织工程材料研究 生物材料的研究目前已从植入材料与生物组织的界面相容性、植入材料的力学相容性研究转移到组织工程材料研究。它通过建立适当的组织再生环