生物医用材料及其产业化概况与发展思考

生物医用材料可对机体组织进行诊断、治疤置换损伤组织、器官或增进其功能，属医疗器械范畴，其研究是介于生物学、医学、材料学和化学之间的交叉l生边缘学科，研究内容几乎覆盖材料科学与生命科学的整个领域，具有知识、技术密集和多学科交叉的耗电。

硬组织植入生物材料的研究近展

基于临床对硬组织生物材料的性能要求,本文详细阐述了近年来硬组织植入材料的研究及其发展状况,并提出了今后的重点发展方向。

抗水型钙磷水泥生物活性骨修复材料研究

采用纤维素作为添加剂、以非水相溶剂作为固化液,研究了一种抗水型磷酸钙骨水泥生物活性骨修复材料．对其抗水性能、理化性能、水化产物及生物相容性进行了研究．结果表明：该骨水泥可任意塑形,也可用针管注射成形,抗水性能优良,添加剂纤维素的加入,对骨水泥的凝结时间、抗压强度及最后的转化产物没有明显影响．培养细胞在材料表面粘附铺展且增殖良好,初步表明材料有较好的生物相容性．该材料有望用于骨缺损填充及椎体成形等微创手术．

骨修复用生物玻璃研究进展

生物活性玻璃和生物微晶玻璃因其优异的生物活性及组分与性能可设计性而引起广泛关注,人们力图在其基础上研制出性能优良的骨修复材料。近来有报道发现特定组分的玻璃能激活基因从而促进骨组织再生,为生物玻璃的应用开拓了新的领域。本文综述了目前的生物玻璃及生物微晶玻璃体系、组分与制备工艺对其理化性能和生物活性的影响、生物活性的评价方式及其活性机理。

医用316L不锈钢表面酸预处理工艺研究

研究酸洗预处理对高分子涂层在不锈钢表面粘附强度和浸润性的影响,利用SEM、AFM、RA-IR及接触角测试等技术分析了316L不锈钢表面经不同工艺酸处理前后基体表面微结构、化学状态及润湿性的变化。结果表明,适当的酸处理能显著提高聚乙烯-乙烯醇共聚物(EVAL)涂层在316L不锈钢表面的附着力及它在金属表面的浸润性。

从自固化磷酸钙人工骨的研制应用过程谈对生物材料产业化的思考

在生物材料的研究到产业化的漫长历程中,不同阶段其所面临的任务和困难也不尽相同,需要有针对性地进行有效的组织管理。随着生物材料产业化进程从科研阶段推进到工程化阶段,其核心主体将从科研院所转移到企业,而在企业运作阶段,生物材料产品的市场培育和市场开发难度非常大,面临的挑战也很多,具有其自身的特殊性,故组织管理模式及重点也应作相应的调整。

多孔磷酸钙人工骨与重组人骨形成蛋白2复合修复骨缺损的实验研究

目的研究多孔磷酸钙人工骨(porouscalciumphosphatecement,PCPC)与重组人骨形成蛋白2(recombinanthumanbonemorphogeneticprotein2,rhBMP-2)复合后体外的缓释作用及其对兔骨缺损的修复作用。方法采用物理吸附法将rhBMP-2(0.4mg)溶液吸附至PCPC中,制备成PCPC/rhBMP-2复合材料。冻干后,扫描电镜观察复合材料内部形态。以包覆壳聚糖的PCPC/rhBMP-2为实验组,单纯PCPC/rhBMP-2为对照组,测试在模拟体液中的rhBMP-2缓释行为。取新西兰大白兔12只,股骨远端制成直径4.2mm,深5.0mm的骨缺损模型。将包覆壳聚糖的PCPC/rhBMP-2复合材料修复骨缺损作为实验组,以植入单纯PCPC作为对照组。术后观察动物一般情况,于4周和8周取材行X线片和组织学观察。结果扫描电镜显示PCPC/rhBMP-2复合材料孔隙中吸附了大量的rhBMP-2。rhBMP-2体外缓释对照组rhBMP-2于150h基本全部释放;实验组rhBMP-2于350h缓释量约达99%,较对照组慢。动物实验动物术后切口无感染,于4周行动自如。X线片示术后4周对照组骨缺损区材料清晰,实验组骨缺损区密度大部分接近宿主骨,材料模糊;8周对照组材料边缘较术后4周模糊,实验组骨缺损区密度已基本接近宿主骨。组织学观察,术后4周对照组可见少量成骨细胞和破骨细胞,实验组可见成熟骨组织和骨髓腔,新生骨逐渐取代材料;8周对照组可见大量成骨细胞和破骨细胞,少量新生骨并向材料内长入,实验组可见成熟骨小梁和骨髓组织。结论PCPC是rhBMP-2较理想的载体材料,复合后具有良好的诱导成骨作用,可作为一种新型复合人工骨修复骨缺损,具有良好的临床应用前景。

低频RF-等离子体处理对医用不锈钢表面润湿性能的影响

以聚乙烯-乙烯醇(EVAL)为模型高分子,研究了等离子体处理前后不锈钢表面EVAL溶液的铺展润湿情况、EVAL膜的形貌及其结合强度。并建立了医用不锈钢表面润湿性和表面自由能、表面结构之间的关系。研究结果表明等离子体处理后,不锈钢表面的铺展润湿性显著提高。等离子体处理的最佳工艺条件为氮气,偏压100V,时间10min。最佳条件处理后,不锈钢表面EVAL膜均匀性、致密度以及涂层与基体的结合强度均得到明显提高。反射红外(ATR-FTIR)、原子力显微镜(AFM)、X光电子能谱(XPS)分析结果显示Ar、N2气体等离子体,尤其是N2气体等离子体预处理后,材料的表面自由能(尤其是极性分量)显著增大,润湿性增强。极性分量的增加与等离子体对材料表面的清洗、刻蚀以及活性化有关。

MPC骨水泥纤维蛋白胶复合BMP人工骨支架材料对山羊松质骨缺损的修复

研制MPC/CPC骨水泥纤维蛋白胶复合BMP新型人工骨的制备及人工骨修复骨缺损的性能。通过对成年山羊双侧股骨髁部分别制备1处直径10mm、深15mm松质骨缺损,制备MPC/CPC/FG/BMP(A组)、MPC/CPC/FG(B组)、CPC/FG(C组)人工骨支架材料,分别植入各组实验观察材料,分别于6周、12周进行影像学、组织学、形态计量学观察骨缺损修复情况。说明新型MPC骨水泥纤维蛋白胶复合BMP新型生物活性人工骨支架材料在促进成骨、加快磷酸钙骨水泥降解速度上优于MPC/CPC/FG、CPC/FG的人工骨,同时新型MPC骨水泥复合纤维蛋白胶的成骨和促骨水泥降解作用优于单纯CPC复合FG的人工骨。

壳聚糖非对称多孔膜的制备和性能研究

以可降解壳聚糖为材料,运用浸渍沉淀相分离工艺制备了壳聚糖膜,用扫描电镜观察了膜的微观形态,并研究了聚合物溶液浓度、溶剂蒸发时间等工艺条件对膜孔隙率、溶胀性以及拉伸强度和断裂伸长率等性能的影响。结果表明:该膜具有非对称结构,由致密层、过渡层和疏松多孔层几部分构成;聚合物溶液浓度、溶剂蒸发时间是影响膜结构和性能的重要因素,聚合物溶液浓度增大和溶剂蒸发时间变长都使得膜的孔隙率和溶胀性降低,但却可提高膜的力学性能。

血红蛋白基纳米微囊表面物质传递行为的研究

表面三维结构是影响血红蛋白基纳米微囊表面物质传递行为的重要因素。本研究采用改性复乳法工艺制备血红蛋白基纳米微囊血代品,以具有不同分子量大小的PEG分子为探针,考察制备过程中不同工艺条件对微囊表面三维结构影响的规律。结果表明,在二氯甲烷中引入乙酸乙酯、丙酮等亲水性溶剂可有效调控微囊表面孔的大小。随着亲水性溶剂比例的增加,微囊表面的孔径先增大再减小;外水相体积的增加、溶剂挥发时间的延长以及随着搅拌速率的加快均会增加微囊的孔径,而油相体积的增加和聚合物的PEG改性均会减小微囊表面的孔径。

磷酸钙骨水泥的研究进展

人体组织的损伤修复与重建是现代医学力求解决的难题。骨是人体重要的组织器官,虽然具有再生和自修复能力,但对于由肿瘤、外伤、骨疾及骨异常生长所造成的骨缺损,在单纯依靠骨的自修复无法愈合的情况下,则需采用外科手术治疗。骨修复材料的研究与开发是生物材料研究中一个非常活跃的领域。近年来,在骨修复材料领域,可任意塑形并能够在体液条件下快速自固化的磷酸钙骨水泥(CPC)是目前研究较多并被认为是很有发展前途的一种生物活性骨水泥材料。CPC固化后产物的化学成分与骨组织的无机成分相似,晶相结构与骨组织相近,可根据缺损部位任意塑形,操作简便,克服了使用粉料和颗粒料成型困难,力学性能差,易于流失等问题,这些特点在很大程度上符合临床骨缺损修复的要求,从而具有广阔的应用前景。本文就可注射型磷酸钙骨水泥(ICPC)以及高性能化复合骨水泥的最新研究进展作一介绍。

可注射聚富马酸丙二醇酯/β-磷酸三钙骨水泥的体外生物活性及其降解性

背景:聚富马酸丙二醇酯具有室温固化特性,β-磷酸三钙具有良好的生物相容性,但是目前缺乏聚富马酸丙二醇酯/β-磷酸三钙复合骨水泥的系统研究。目的:制备聚富马酸丙二醇酯/β-磷酸三钙复合骨水泥,考察其体外生物活性和降解性。方法:采用液相沉淀法制备β-磷酸三钙,两步法合成聚富马酸丙二醇酯高分子,制备可注射聚富马酸丙二醇酯/β-磷酸三钙复合骨水泥。(1)体外矿化:将聚富马酸丙二醇酯/β-磷酸三钙复合骨水泥、聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥分别浸泡于模拟体液中7 d,检测材料表面羟基磷灰石沉积。(2)体外降解:将聚富马酸丙二醇酯/β-磷酸三钙复合骨水泥浸泡于PBS中,在相应的时间点检测吸水率、失重率、体系pH值、压缩强度及表面和断面形貌变化。结果与结论:(1)体外矿化:可注射聚富马酸丙二醇酯/β-磷酸三钙复合骨水泥表面能够沉积羟基磷灰石,聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥表面未沉积羟基磷灰石;(2)体外降解:聚富马酸丙二醇酯/β-磷酸三钙在PBS中63 d内体系pH值稳定,材料降解温和;84 d材料失重率为13.5%;扫描电镜显示聚富马酸丙二醇酯/β-磷酸三钙表面为溶蚀降解,压缩强度随着降解时间延长逐渐降低,有利于降解过程中力学性能的完整性和持续性;(3)结果表明:聚富马酸丙二醇酯/β-磷酸三钙复合骨水泥是一种具备体外矿化和降解能力的材料。

具有高效阳性菌抗菌活性的合成多肽聚合物研究

合成了具有抗菌活性的β-氨基酸聚合物,采用核磁共振和凝胶渗透色谱表征聚合物的数均分子量,通过最低抑菌浓度实验测试了β-氨基酸聚合物对多种革兰氏阳性菌(包括多株耐药菌)的抗菌活性,并开展了可能的耐药性研究。通过细胞膜去极化实验和扫描电子显微镜探究了抗菌聚合物对革兰氏阳性菌,尤其是对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的抗菌机理。结果表明,β-氨基酸聚合物通过作用于细菌的细胞膜杀死革兰氏阳性菌从而获得高效的抗菌活性,其对枯草芽孢杆菌的抗菌活性最好,最低抑菌浓度为3.13μg/mL。金黄色葡萄球菌对β-氨基酸聚合物不产生耐药性,但在相同条件下测试的对照抗生素诺氟沙星的最低抑菌浓度增加了124倍,表明细菌对抗生素很快产生了耐药性。

壳聚糖季铵盐基杂化支架的制备及其作为rhBMP-2载体的研究

采用环氧衍生物开环法制备壳聚糖季铵盐,通过其与甘油磷酸钠的分子间作用力交联成凝胶,冻干后得多孔支架,用于装载骨形态发生蛋白-2应用于骨修复领域;同时引入β-TCP作为物理交联点,在提高支架力学强度的同时,更好地调控支架的溶胀行为,延长rhBMP-2的释放时间,并且在异位诱导成骨的动物实验中取得良好效果。

微流芯片表面生物改性用于重组人骨形态发生蛋白-2的检测

为了开发一种快速、特异、精准的基于大肠埃希菌表达系统制备的重组人骨形态发生蛋白-2(recombinant human bone morphogenetic protein-2, rhBMP-2)质量浓度检测方法,将酶联免疫吸附测定(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)与微流控技术相结合,筛选合适的用于rhBMP-2的特异抗体,并基于调控抗体的特异性方向的策略,采用等离子体-蛋白A方法对高分子微流芯片的检测微流道孔进行修饰,以评价抗体蛋白在微流芯片表面的吸附效率以及最终的检测信号强度。结果表明:用等离子体处理微流道后,蛋白A和筛选的抗体成功包埋到微流芯片的检测孔表面。等离子体处理功率越高,抗体的吸附效果越好;当等离子体功率为100 W、处理时间为30 s时,第1抗体的吸附效果最好。改性后的微流孔可以有效地检测rhBMP-2质量浓度,在0~2 000 pg/mL范围内,rhBMP-2的质量浓度与荧光平均密度呈线性相关,而传统96孔ELISA法的线性区间范围是0~250 pg/mL。与传统ELISA法的试剂用量(600μL/样品)相比,微流芯片-ELISA方法试剂用量减少约97.3%。可见,本文开发的微流芯片表面改性技术具备应用于生物医药、食品安全及环境检测的潜力。

硅烷偶联剂对不锈钢表面膜基结合强度的影响

运用拉伸法研究了硅烷偶联剂对316L不锈钢高分子涂层的结合强度的影响。并对硅烷偶联剂的含量、预处理时间及pH值等工艺条件进行了优化。采用ATRIR,XPS等技术表征了偶联剂提高膜基结合强度的机理。结果表明:硅烷偶联剂能够显著提高不锈钢与高分子涂层之间的结合强度,最佳的工艺条件为:偶联剂含量w=0.05,处理时间为10s,溶液的pH值为6。作用机理是:偶联剂一端与金属生成了Si-O-Me键,另一端与高分子相互缠绕形成了复杂的互穿网络结构。

添加成孔剂法制备孔径、气孔率可控的多孔玻璃陶瓷

研究了采用添加成孔剂法制备具有相互贯通气孔的多孔生物玻璃陶瓷的方法及其性能.多孔玻璃陶瓷主晶相为氟磷灰石和β-硅灰石,气孔率在49％-82％间连续可控,气孔由成孔剂热解排除形成的球形宏观孔(孔径200-850μm)和玻璃粉体烧结形成的微观孔(孔径2-4μm)组成,宏观孔孔径取决于成孔剂粒径并通过孔壁上的孔洞(孔径50-300μm)相互连通.塑性成孔剂硬脂酸受压产生塑性变形,添加硬脂酸的素坯强度高、可加工,烧结产物强度较高、气孔为扁球状;刚性成孔剂聚苯乙烯受压产生弹性变形,添加聚苯乙烯的素坯疏松、不可加工,烧结产物强度较低、气孔呈圆球状.成形压力对添加塑性成孔剂的样品性能影响显著,而对添加刚性成孔剂的样品性能无显著影响.气孔率与成孔剂的含量成良好的线性关系,通过控制成孔剂粒径和加入量可达到气孔率、孔径可控的目的.孔径一定时抗压强度与总气孔率成良好的二次曲线关系.

不同载药方式对载三氧化二砷(As_2O_3)磷酸钙骨水泥(CPC)固化时间和抗压强度的影响

目的探讨不同载药方式对载三氧化二砷(arsenic trioxide,As2O3)磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)固化时间和抗压强度的影响。方法将As2O3粉末与CPC粉末的混合物或载As2O3壳聚糖微球与CPC粉末的混合物加入固化液制备载药CPC。分别在不同固化液和固液比的条件下,测定载药CPC的固化时间及抗压强度。结果固化液为4%磷酸氢二钠(Na2HPO4)时,无论CPC直接荷载As2O3或复合载As2O3壳聚糖微球,CPC的固化时间都有明显延长。CPC直接荷载As2O3时,药物含量和固液比越大,其固化时间也越长。将固化液改进为含柠檬酸混合溶液后,复合载药微球的CPC的固化时间延长不明显。直接荷载As2O3使CPC的抗压强度有所下降,而固化液的改进和壳聚糖微球的复合则能显著提高CPC的抗压强度。结论相比直接荷载As2O3的CPC,复合载As2O3壳聚糖微球的CPC具有更好的生物力学性能,并在固化液改进后能维持适宜的固化时间。