以仿生思想造出新型骨修复材料 临床骨修复有了新方法

正我国每年由各类骨疾病、交通伤等意外伤害引起骨组织缺损或坏死的病人有数百万之多,骨修复材料有着巨大的临床需求。华南理工大学教授王迎军及其团队以仿生思想为指导,制备出磷酸钙类生物活性陶瓷骨修复体,并实现临床应用。其成果"磷酸钙类生物活性陶瓷和骨修复体模板法仿生制备新技术及临床应用",也获得了2013年度国家技术发明奖二等奖。     

羟基磷灰石基生物材料培养破骨细胞研究现状

骨重建是新骨组织替换旧骨或受损骨的生理过程,在无瘢痕骨愈合和受损骨再生中起着必要的作用。骨重建主要是骨形成细胞如成骨细胞（osteoblast,OB）,骨吸收细胞如破骨细胞（osteoclast,OC）,和巨噬细胞（macrophage,MP）等细胞之间的相互协调活动。OC作为生物体内唯一多核细胞,负责生物体内骨质的脱钙与骨基质的吸收。自然骨具有一定硬度、韧性,良好的生物活性,保证骨重建中细胞的增殖、分化、骨形成或骨再吸收等活性。以羟基磷灰石（hydroxyapatite,HA）为主的磷酸钙（HA-CaPs）是自然骨中矿物质的主要成分,具有优异的生物性能而被广泛应用于骨组织修复领域。总结了HA-CaPs物相成分、表面形貌等对OC等骨吸收细胞增殖、分化和骨吸收活性的影响,并通过OC对于骨修复材料体内吸收机制及细胞活性调控机制等探讨HA-CaPs与细胞间相互关系,以期为磷酸钙人工骨替代材料更加广泛的生物应用作理论参考。     

α-氮化硅对硅磷酸钙生物陶瓷力学强度和生物活性的影响

理想的骨再生材料需要具有良好的生物活性和力学强度.前期的研究表明硅磷酸钙（Ca₅（PO₄）₂SiO₄,CPS）陶瓷具有良好的生物活性,可诱导骨髓基质干细胞的成骨分化,并在体内可促进新骨的形成.研究了α-氮化硅（α-Si₃N₄）对CPS生物陶瓷显微结构、抗弯强度、体外磷灰石形成能力及细胞相容性的影响.结果表明：α-Si₃N₄的添加可在一定程度上提高CPS生物陶瓷的抗弯强度,当其质量分数为1.5%时,Si₃N₄-CPS陶瓷的抗弯强度为相同温度下纯CPS陶瓷的1.2倍.模拟体液浸泡实验表明：Si₃N₄-CPS生物陶瓷均具有良好的磷灰石形成能力.CCK-8细胞相容性实验结果表明：Si₃N₄-CPS生物陶瓷无明显细胞毒性,展示出良好的生物相容性.     

磷酸钙生物陶瓷

磷酸钙生物陶瓷材料包括磷酸三钙（β－TCP）和羟基磷灰石（HA）,具有较好的生物相容性和生物活性,本文总结了磷酸钙生物陶瓷材料的制备方法和力学性能研究的最新进展,指出溶液沉淀法和溶胶凝胶法是目前优先使用的精细磷酸钙陶瓷粉末制备工艺,由于磷酸陶瓷的韧性较低,必须对它进行补强增韧,以扩大在临床中的应用范围。     

多巴胺改性PCL纤维增强掺锶磷酸钙骨水泥的制备与表征

在掺锶磷酸钙骨水泥的基础上,利用多巴胺改性PCL纤维和未改性PCL纤维对其进行增强并表征。制备掺锶磷酸钙骨水泥样条,用多巴胺改性PCL纤维和未改性PCL纤维增强,制得骨水泥样条,对样条的凝固时间和力学性能等特征参数进行测定。结果显示,多巴胺改性纤维增强的骨水泥凝固时间更短,力学强度更高,在一定条件下改善了传统磷酸钙骨水泥的缺点。     

个体化骨肌多体动力学和有限元联合建模的肩胛骨锁定板生物力学评估方法

为解决难以在体内生理载荷条件下评估植入物力学性能的问题,建立了个体化骨肌多体动力学联合有限元建模方法,在个体抬高运动体内载荷状况下调查肩胛骨骨折板的设计和生物力学性能。以一例个体的相关数据为材料,基于骨肌多体动力学软件Anybody和有限元软件Abaqus,建立与个体上肢相对应的骨肌多体动力学模型和肩胛骨骨折固定有限元模型,模拟右臂外展90°和前屈45°运动;采用骨肌多体动力学方法,预测个体体内所有的肌肉力和关节力,然后将预测的肌肉力和关节力加载至肩胛骨骨折固定有限元模型,调查新设计骨折板的生物力学性能,并与传统重建板进行了对比。结果表明:在右臂外展和前屈运动中,最大盂肱关节接触力分别为428 N和379 N;2.6 mm厚度新设计骨折板的最大范氏应力分别为118 MPa和113 MPa,均小于3 mm厚度重建板的最大范氏应力128 MPa和142 MPa。与传统的植入物失效评估方法相比,个体化联合建模方法增加考虑了个体的解剖差异和体内生理载荷状况,允许在个体日常活动体内载荷下调查植入物的生物力学性能,可为假体设计、医生手术和术后康复提供理论指导。     

一种新型骨组织工程材料——CPP纤维的制备和性能

采用化学成分与人体骨矿物质相近的磷酸钙为主要原料,通过添加适量的稳定剂、阻降剂研制出具有可控降解速率的聚磷酸钙纤维。测试了聚磷酸钙纤维的力学性能、降解性能、毒理学性能和生物相容性能,讨论了聚磷酸钙纤维的降解机理。     

载rhBMP-2聚乳酸/磷酸钙支架在兔脊柱融合中的应用

脊柱融合术是治疗脊柱退变性疾病的常用方法，提高植骨材料的成骨活性对提高脊柱融合效果具有重要意义。重组人骨形态发生蛋白-2(rhBMP-2)是一种促进新骨生成的生长因子，能够快速诱导骨修复。将rhBMP-2通过物理吸附负载于聚乳酸/磷酸钙多孔支架表面，再将表面涂覆羟丙甲基纤维素（HPMC）涂层，得到HPMC涂层改性的载rhBMP-2聚乳酸/磷酸钙支架。rhBMP-2的负载使支架具有诱导成骨活性，而HPMC涂层能够使rhBMP-2的释放减缓，有利于促进新骨生成。将该支架植入兔脊柱84 d后发现脊柱椎体间生成了连续的骨组织，达到了骨性融合，因此HPMC改性的载rhBMP-2聚乳酸/磷酸钙支架是一种可用于脊柱融合植骨的理想材料。     

β—TCP／HA双相多孔磷灰石陶瓷成骨机制的研究

通过体外实验，确定了骨形成蛋白因子ＢＭＰ在多孔磷灰石陶瓷上的吸附位点，以及两者之间的吸附性能。在β－磷酸三钙／羟基磷灰石（β－ＴＣＰ／ＨＡ）双相多孔磷灰石陶瓷诱导成骨中，ＨＡ为宿主骨及β－ＴＣＰ降解提供钙、磷源有成骨机制。这些实验结果有助于增进对羟基磷灰石骨修复材料成骨作用的了解，并能较好地解释β－ＴＣＰ／ＨＡ双相磷灰石陶瓷在体内非骨环境中的诱导成骨作用。     

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.     

炭泡沫中Si含量对碳化硅多孔陶瓷 组织和性能的影响

研究炭泡沫预制体中Si添加量的变化对碳化硅多孔陶瓷的组织及性能的影响. 以中间相沥青添加一定质量分数的Si粉为原料,经发泡工艺制备含Si的炭泡沫预制体并结合反应烧结工艺制得碳化硅多孔陶瓷. 对碳化硅多孔陶瓷的微观形貌、相组成、孔隙率、孔筋密度和抗弯强度进行分析与测试. 结果表明:随着炭泡沫预制体中Si量的增加,碳化硅多孔陶瓷的孔隙率下降,孔筋密度增加,抗弯强度提高. 当Si的质量分数为50%时,多孔陶瓷孔筋完全由SiC相组成,孔筋密度为3.14g/cm3,多孔陶瓷的抗弯强度达到23.9MPa,对应孔隙率为55%.     

Al2O3多孔陶瓷制备工艺研究

研究了氧化铝多孔陶瓷的制备工艺，探讨了工艺参数对多孔陶瓷性能的影响，研究结果表明，氧化铝骨料粒度、粘结剂及外加剂含量对多孔陶瓷的孔隙率和强度有较大的影响，烧结工艺是影响高性能多孔陶瓷的重要因素。     

利用硅灰粉尘研制多孔陶瓷

以硅灰粉尘为主要原料制备高比表面多孔陶瓷.主要探讨粘土结合剂及不同烧结温度对该多孔陶瓷的孔结构及气孔率、体积密度等性能指标的影响,采用SEM、BET等分析测试手段表征各试样的微观结构.结果表明,硅灰粉粒子超细、比表面积大、成本低廉,是制造大比表面多孔陶瓷的理想原料.粘结剂的加入会降低样品的气孔率,确定5%(质量分数)的粘土为最佳,烧结温度选择为750℃,此时多孔陶瓷的气孔率为41.91%,强度为23.61 MPa,比表面积达到24.22m2·g-1.     

电致发热SiC多孔陶瓷导电性能研究

研究了Al，B和Zr元素对电致发热多孔碳化硅陶瓷导电性的影响。室温电阻率测定表明，加入Al，B和Zr都可显著降低电致发热多孔碳化硅陶瓷的电阻率，随着Al，B和Zr加入量的增加，试样的室温电阻率下降。讨论了Al，B和Zr在碳化硅中的存在形式，并分析了试样的导电机理。     

大气压下多孔陶瓷内放电的特征(英文)

在外加交流高压的条件下,多孔陶瓷内可以产生稳定的大气压微放电.通过对放电的图片以及电压、电流的分析得出微放电的部分物理特性.结果显示:陶瓷微孔内的微放电并不是由陶瓷的表面放电转变而成;多孔陶瓷孔内微放电的起始放电电压随着陶瓷厚度增加而升高,而随着多孔陶瓷孔隙率的增加而降低.     

用于厨房油烟净化的多孔陶瓷及催化剂

选用普通陶瓷粉（硅藻土）为主要原料, 通过适当添加造孔剂（木屑）和高温粘合剂（水玻璃）制备一种性能优良的多孔陶瓷. 以该多孔陶瓷为过滤体, 担载一定量的Cu,Mn,Ni,Ag,Pd金属催化剂进行厨房油烟净化, 并采用X射线衍射(XRD)、 扫描电镜(SEM)和程序升温还原(TPR)分析了该多孔陶瓷的性能及所制备催化剂的活性.      

粉煤灰多孔陶瓷的制备及其对亚甲基蓝吸附性能

以粉煤灰为主要原料,辅以石膏、白色陶土,将三者混合压制成型,采用二次烧成法,得到具有高比表面积的粉煤灰多孔陶瓷,并试验了该产品对亚甲基蓝染料的吸附性能及其重复利用问题。结果表明：本次实验所用原料的最佳质量配比粉煤灰∶石膏∶白陶土为67∶15∶18,获得的多孔陶瓷的比表面积为30.48 m^2/g;吸附亚甲基蓝时,最终脱色率达97.74%,并且有较好的重复利用性。     

多孔陶瓷材料在环境工程中的应用

综述多孔陶瓷材料在污水处理、大气污染控制、固体废物处理及噪声控制等方面的应用研究现状.阐述多孔陶瓷材料在环境工程中应用的吸附、筛滤等机理及孔隙率、孔径、孔径分布等参量指标是影响多孔陶瓷材料作为环境功能材料性能的决定因素.其韧性、脆性和形貌的控制及再生利用等是当前研究的热点和难点.低成本、大规模以及与生物技术相结合是多孔陶瓷材料研究的发展趋势.     

炭粉作造孔剂制备工艺对多孔羟基磷灰石陶瓷性能的影响

以炭粉作造孔剂,制备了孔径在50 nm~1mm的多孔羟基磷灰石陶瓷。运用TG-DTA、SEM等测试手段对产品的微观形貌、力学性能进行了测试分析,并对烧结温度、炭粉加入量等这些影响陶瓷性能的工艺参数进行了研究。     

磷酸钙/氧化锆复合陶瓷的微观结构及力学性能

利用冷等静压成形, 经不同的温度烧结制备了不同比例的磷酸钙与钇稳定四方氧化锆系列复合陶瓷, XRD、 SEM及力学性能测试结果表明, 随磷酸钙含量的增加, 陶瓷的相对密度降低, 晶粒尺寸变大, 四方氧化锆(t-ZrO2)减少, 单斜氧化锆(m-ZrO2)增加, 导致力学性能下降; 1 350 ℃烧结含磷酸钙质量分数为12％~15％的样品及1 400 ℃烧结含磷酸钙质量分数为15％的样品以t-ZrO2为主, 并含有少量m-ZrO2和TCP(Ca3(PO4)2), 其相对密度大于95％, 综合力学性能评价分析表明, 它可用于CAD/CAM加工口腔修复材料. 