仿生人工骨修复材料研究

骨缺损修复材料是临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.     

韧带-骨支架仿生界面设计与制造方法

针对当前软质韧带支架与硬质骨组织通过机械固定进行韧带修复存在的应力集中与疲劳断裂问题,提出了具有仿生界面的韧带-骨支架设计与制造方法。研究了自然韧带-骨界面的微观结构,通过工程简化设计了具有仿生界面的韧带-骨复合支架,提出了韧带-骨支架仿生界面的分层制造方法,从材料、力学及微观结构方面对所制备的韧带-骨支架仿生界面进行了分析评价。结果表明,所提出的分层制造方法可在软质韧带纤维支架与硬质陶瓷骨支架之间精确制造出所设计的仿生界面,其在材料成分、力学性能及微观结构上呈现分区变化特性。后期通过骨支架与自体骨融合生长以及仿生界面的多组织再生,有望实现韧带纤维支架与自体骨骨道的生理愈合及可靠固定,从而为临床韧带修复提供一种新思路。     

图像处理技术在人工骨三维仿生设计中的应用

基于图像的人工骨三维仿生设计,包括两方面内容:在对图像数字化处理分析的基础上进行的人工骨外部结构三维重建和内部微观结构仿生设计.由此能够设计出具有与人体实际骨外部形状极其相似的人工骨.图像处理包括图像预处理、图像分割、三维可视化三个功能子集.     

利用快速成型技术制造人工生物活性骨

以快速成型、三维重构和生物学技术为基础，建立了新型人工生物活性骨工程化制造系统。该系统制作的人工骨外形与被替代骨一样，内部都具有模拟真实骨组织微管系统的三维网架结构，可通过骨生长因子和活体细胞的复合，使其具有生物活性，因此弥补了传统生物填充材料由于缺乏活性布无法实现骨诱导的缺陷。动物实验的结果表明，所制造的内部仿真结构，为人工骨的快速活化和新生骨细胞的三维并行生长提供了理想的空间条件，其中骨引导和骨诱导的双重机制可有效地加速骨组织的生长，从而证明了人工骨具有良好的生物学性能。     

CPP/α-TCP骨水泥复合材料研究

自固化磷酸钙骨水泥(CPC)作为一种新型人工骨替代材料，以其良好的生物相容性、骨传导性和可任意塑形，可广泛用于临床骨缺损修复．但其强度低、脆性大，不能用于负重部位，使其应用受到限制．本文利用纤维增强机理，用CPP／α-TCP骨水泥为基体材料，具有良好生物相容性的聚磷酸钙纤维(CPP)为增强材料制备出了CPP／α-TCP骨水泥复合材料．实验结果表明，CPP纤维在一定程度上可对骨水泥起到增强作用．SEM显示两者结合程度适中，在Ringer溶液中浸泡两个月后，纤维未发生明显降解作用，仍具有一定的增韧效果．     

采用立体编织工艺构造人工骨仿生微结构

为了实现人工骨植入体内的有效活化,应用立体编织法制作人工骨的微管结构.以CAD设计人工骨的微结构,用三维立体编织技术将可吸收手术缝合线编织成人工骨微结构支架的负型,为控制人工骨的微管尺寸,在缝线上涂敷Ⅰ型胶原蛋白,在编织物内充填自固化磷酸钙骨水泥(CPC),固化后形成含有微孔结构的人工骨.实验表明,缝线的降解速度高于CPC的降解速度,能够早期在人工骨内部形成相互导通的微管道结构,这不仅有利于骨生长,还可以促进人工骨的活化,同时还具有一定的力学强度,可望用于骨缺损的修复.     

层状仿生生物活性人工软骨植入体的数字散斑相关分析

制备了一种仿生层状人工软骨/骨复合植入体,可将软骨植入体与宿主软骨的连接转变为骨-骨的界面结合,提高植入软骨固定效果.采用数字散斑等方法对仿生层状人工关节软骨/骨复合植入体的生物力学性能进行研究,比较了松质骨,PVA/骨复合体以及PVA-BG复合体在不同载荷作用下的位移变化,并从微观变形角度探讨了人工软骨/骨复合植入体中软骨层厚度对缓冲内部应力的作用.     

人工活性骨内部结构建模方法的探索

骨内部结构是影响人工活性骨制造的一个重要因素。在分析骨组织结构和人工骨内部结构应具备条件的基础上，建立了一种人工骨内部微细结构的简化模型，并利用Visual C 及Open GL实现了建模方法。对该建模方法进行改进，可进一步提高对模型中骨单位和微孔的数量、大小及其分布的控制，以满足制造人工活性骨的需求。     

珍珠层作为骨修复材料的研究进展

寻找和研制理想的骨修复材料一直是生物材料研究的热点之一。珍珠层作为生物骨替代材料,其优势在于含有具有诱导成骨作用的有机成分、合适的降解性能以及与人骨组织接近的力学性能。本文综述了珍珠层的结构、无机成分、有机成分、细胞相容性和生物降解性,这些研究结果表明,珍珠层具有很好的生物相容性。同时还分析了珍珠层作为骨修复材料存在的问题,展望了珍珠层作为骨修复材料应用的前景。     

珍珠层作为骨修复材料的研究进展简

寻找和研制理想的骨修复材料一直是生物材料研究的热点之一。珍珠层作为生物骨替代材料,其优势在于含有具有诱导成骨作用的有机成分、合适的降解性能以及与人骨组织接近的力学性能。本文综述了珍珠层的结构、无机成分、有机成分、细胞相容性和生物降解性,这些研究结果表明,珍珠层具有很好的生物相容性。同时还分析了珍珠层作为骨修复材料存在的问题,展望了珍珠层作为骨修复材料应用的前景。     

重组骨形成蛋白—2与珊瑚人工骨复合物应用于拔牙窝修复的动物实验研究

目的：探讨重组骨形成蛋白－2（recombinant human bone morphogenetic protein rhBMP-2)/珊瑚人工骨复合物（复合骨）与珊瑚人工骨（珊瑚骨）在拔牙窝修复中的作用,方法：12只成年狗作为实验动物,拔除两侧上颌 第2及第3切牙,并去除牙槽窝之间的牙槽间 ,一侧随即植入复合骨,对侧植入珊瑚内作为对照,于并植骨后4,8,。12周取材,采用组织学观察及计算机图像分析方法,观察比较两种植入材料在拔牙窝内的骨修复能力及修复效果,结果：复合骨具有较强的骨修复作用,植入牙槽窝后,材料被逐渐降解吸收,新骨不断形成,12周后,植入材料完全被成熟的骨组织取代,图像分析结果显示复合骨组新生骨形成的比值明显高于珊瑚骨组,两组比较均有显著性差异（P＜0．05）,结论：复合骨在拔牙窝中的骨修复能力和修复效果明显优于珊瑚骨。     

显微损伤修复过程中骨组织纳米力学性能的变化

人工关节置换、骨折内固定等骨科植入物手术会在其周围造成显微损伤,这些机械性显微损伤会降低植入物周围骨的质量,影响其与植入物界面之间的结合强度,并进而影响植入物的长期稳定性.通过在山羊胫骨植入螺钉建立显微损伤模型,比较螺钉植入近端和远端两种不同情况下机械性显微损伤的产生和修复,以及修复过程中骨微观力学性能和骨组织元素成分的变化.结果发现:显微损伤产生和修复过程中,局部骨组织的硬度和弹性模量都呈现下降趋势;随着显微损伤修复的逐渐完成,其微观力学性能又有所恢复.     

海藻酸盐复合凝胶在骨组织工程中的研究进展

骨组织工程支架是以修复缺损的骨并恢复其功能为目的而开发出的人工支架。海藻酸盐是世界上含量最丰富的海洋生物高分子聚合物,其在骨组织工程材料中的应用已被大量研究报道。虽然海藻酸盐作为骨组织支架材料具有优异的生物相容性、良好的生物可降解性和无免疫原性等优点,但是仍存在机械强度较弱、缺乏细胞特异性结合位点、支架结构在生理环境中易被破坏等缺点,严重限制其在骨组织工程中的应用。目前,研究者已经研究出几大类海藻酸盐复合支架材料,这些材料均表现出优异的力学性能和生化性能,因此,海藻酸盐复合支架材料可能在骨组织修复和再生方面具有较高的应用价值。本文主要针对海藻酸盐复合支架材料在骨组织工程中的应用作简要概述。     

Fine structure of bone in dinosaurs, birds and mammals

After observation of detailed structural evidence for the origin of birds from dinosaurs, and in light of evidence that dinosaur bone tissue resembles the histology in mammals, the histology of bone has become one of the focal points in discussions of the physiology of dinosaurs and Mesozoic birds. Most of this microstructural information has focused on features related to the vascular organization and the amount of remodelled bone around vascular canals. However, the finer structures have received less attention, although differences in such structures have been observed among modern vertebrates. Here we present evidence that canaliculi--the submicrometre-sized channels that interconnect bone cells and vascular canals--and the collagen fibre bundles in bone are differently organized among certain dinosaur lineages. Ornithomimid dinosaurs are more like birds than mammals in these features. In canalicular structure, and to some extent in fibre bundle arrangement, ornithischian dinosaurs are more like mammals. These differences in both canalicular and lamellar structure are probably linked to differences in the process and rate of bone formation.     

BMSCs过表达BMP-4复合同种异体骨修复软骨缺损

目的 针对关节软骨损伤后修复困难,采用腺病毒(Ad)载体介导骨形态发生蛋白(BMP-4)修饰骨髓间充质干细胞(BMSCs),并复合同种异体骨软骨柱支架,以期实现关节软骨有效再生.方法 制备同种异体骨软骨柱,BMSCs过表达BMP-4复合同种异体骨修复关节软骨损伤,膝关节标本取材大体观察及分析,HE、番红固绿、Masso...     

外压式与内压式软填料密封的试验研究

以石棉线浸渍聚四氟乙烯编织填料和碳素纤维编织填料为试验样品，通过静态试验确定两种密封结构的压力变化因子．试验结果表明，内压式密封结构比外压式密封结构的侧向压力分布较为均匀．用动态试验分析了填料密封的摩擦特性和密封特性，证实内压式密封结构比外压式密封结构的摩擦功耗少、泄漏量小，且工作状态相对稳定．内压式密封结构是一种值得深入研究和推广应用的新型软填料密封结构．     

聚乙烯醇水凝胶人工软骨的连接试验

首先使水凝胶与金属纤维网实现微观机械嵌锁连接,然后用骨水泥（ＰＭＭＡ）将纤维网面与底层骨（或金属）粘接．这种方法可实现人工软骨与底层骨（或金属）的机械一化学连接．微观结构分析及力学测试表明界面连接牢固．     

硬弹性聚丙烯纤维的结构特点

将聚丙烯树脂在熔融指数仪上熔融挤出、快速牵伸并退火处理,制得了硬弹性聚丙烯纤维。不同纺丝条件下得到的纤维试样的WAXD、SAXS、DSC、密度、双折射及动态力学性能的测试结果表明,硬弹性聚丙烯纤维除了具有平行排列的片晶超结构外,另一重要的结构特点是非晶区分子链具有较好的活动性。