什么是“纳米人工骨材料”？

程初春 2024-02-07 10:43:15 装修达人 11

今天装修百科网给各位分享仿生骨的作用有哪些特点的知识，其中也会对什么是“纳米人工骨材料”？(人工纳米材料的四种类型)进行解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在我们开始吧！

什么是“纳米人工骨材料”？

纳米磷酸钙胶原基人工骨材料是在天然骨微结构研究基础上，以结构仿生的思路设计，采用自组装方法制备的生物组织修复材料。材料自获得国家药品监督管理局人体临床许可以来，已成功完成4000多例手术，患者术后均无**反应，取得良好修复效果。病种分布如下：四肢骨折骨缺损植骨融合，腰椎横突间植骨融合，颈椎前路椎间植骨融合，良性骨肿瘤刮除植骨融合，股骨头无菌性坏死的植骨修复，整形外科和***骨性缺损的植骨填充等。纳米磷酸钙胶原基人工骨材料是一种可生物降解的材料,且整体上材料的降解与新生骨组织的长入相匹配。材料种植体内后,体液介导的溶解和细胞介导的吸收使得材料表面形成众多凹陷,而部分凹陷逐渐被新生骨组织所填充。随着材料进一步降解,最终为自身骨组织所替代,此过程与骨重建的过程相似，磷酸钙胶原基人工骨材料是一种理想的骨修复材料。

人工骨是什么

简单地讲，人工**骨就是用自然界或者是人工合成的生物材料制备成的 “支架”以及人工提取的活的骨细胞结合来制备一种可以植入人体内骨缺损部位，从而达到骨修复目的的一个“**骨组织”。为什么称它为“**骨”呢？因为这种人工制成的“骨”具有自然骨所具有的特殊功能和形态，实际上在体外培养时就是一块“小小的有生命力的骨”，可以被植入人体的骨缺损部位去修复骨创伤。

什么是“纳米人工骨材料”？

人工骨的人工骨的种类和生物学特点

人工骨按材料的结构和性能大致可分为无机材料、有机材料和复合材料。使用较多的材料有磷酸钙生物陶瓷、**硅生物玻璃、羟基磷灰石等。这些作为植入物能满足人工骨的一般要求，其优点是生物相容性好，缺点是机械性能较差，硬而脆，易断裂。根据植入物与受体骨组织界面所发生组织反应的类型，可以将生物陶瓷分为四类：1) 近乎惰性的晶体生物陶瓷：无生物活性，植入后与骨组织之间形成纤维膜，易松动脱落。临床上得到广泛应用的是**铝，可用作人工髋关节假体部件；2) 多孔陶瓷：包括多孔多晶**铝和羟基磷灰石涂层的金属，其特点为呈生物惰性，但在骨组织长入其缝隙时却形成高度迂曲的曲面，从而提供了机械稳定性；3) 表面活性陶瓷：生物活性玻璃、玻璃陶瓷和羟基磷灰石，其化学组成与人体骨组织相近，可借助化学键直接与骨结合，即具有生物活性。有一种称为ceravital的玻璃陶瓷，与骨结合性能甚好，已成功地应用于脊柱外科和制造人工骨盆。HA陶瓷多与其他材料复合使用，如HA与自体骨、自体红骨髓、胶原、BMP、同种骨(脱钙骨基质或去抗原自溶脱钙同种骨)、煅石膏、聚合物和**铝陶瓷等复合，可克服HA缺乏骨诱导性和颗粒性材料成形困难的缺点。HA植入后不吸收；4) 可吸收的陶瓷：在宿主体内逐渐吸收而被形成的新骨替代，以磷酸三钙（TCP）为其代表。TCP之生物学特性与HA大致相同，其优于HA之处为植入后在体内缓慢降解吸收。现多用TCP作为载体复合各种生物活性因子使用，如TCP复合BMP．可发挥骨传导与骨诱导之双重作用。这种材料是从动物结缔组织或皮肤中提取的，是进过特殊化学处理的蛋白质物质。由于其中含有某些成骨因子，因而具有较好的诱导成骨能力。此类材料包括胶原、骨形态发生蛋白以及各种成骨因子等。1) 胶原Nehrers 等用UV交联胶原海绵进行软骨组织工程的研究，显示支架支持细胞生长的效果良好。其中Ⅱ型胶原支架上的细胞保持较好表型,并合成较多的糖氨聚糖等胞外基质，Ⅰ型胶原支架上的细胞能很好扩增,但多数呈纤维细胞状的形态，且仅有少量的细胞外基质合成。Stone 等将牛跟腱经纯化得到胶原Ⅰ，然后将胶原—软骨细胞移植物植入9 例半月板撕裂或缺损患者的膝关节中，术后3～6 个月后，二期关节镜检证明胶原支架被吸收，替代以新形成的软骨组织，36 个月后，9 例患者症状减轻，未发现免疫反应。MRI 证实,形成的半月板中存在进行性的软骨成熟信号。实验证明,胶原支架是一种可移植的、安全且能够支持软骨细胞生长的基质材料。2) α- 聚酯α- 聚酯为人工合成的有机高分子材料,其中研究较多且结果较理想的材料主要有聚*酸(polylacticacid ,PLA) 、聚乙醇酸(polygiycolic acid ,PGA) 、聚*酸- 乙醇酸共聚物( PL GA) 。PLA、PGA 已被美国FDA批准广泛用于临床。Mikos等利用层压技术制造有精确解剖形状的三维生物降解聚合物泡沫。该技术包括空隙率为90 %的多孔膜的层压。这种模板为植入细胞提供附着，并成为移植复合物的内在结构，控制和调节植入细胞的环境和生长。Vacanti 等首先将PGA、PLA 用作软骨细胞体外培养基质材料，通过组织工程方法获得新生软骨成功。人工合成的聚合物可以准确地控制其分子量、降解时间以及其它性能。但人工合成材料没有天然材料所包含的许多生物信息(如某些特定的氨基酸序列)，使其不能与细胞发挥理想的相互作用。目前已有研究将天然材料的某些重要氨基酸序列接在合成聚合物的表面，以克服两种材料的**。3) 骨生长因子骨生长因子是由骨细胞产生，分泌到骨基质中的一些多肽，它们在骨组织的修复和形成过程中起着重要的调控作用。随着基因工程技术的发展，许多骨生长因子如BMP、bFGF 等已能通过人工基因重组产生。现在急需解决的问题主要有:(1) 弄清各种生长因子各自的生物学特性以及多种生长因子联合应用时的成骨效应、释放顺序等;(2) 选择出最理想的骨生长因子的释放方式;(3) 对其应用的安全性、功效及可靠性建立明确的定义及期望, 以便尽早应用于临床。由于无机材料不易被吸收，尤其是经高温灼烧的无机材料，植入后与周围组织的界面长期存在；而有机材料虽然诱导成骨性能较好，但植入早期缺乏足够的力学强度，且提取量较少；因而人工骨的研究趋向有向复合材料发展，即使材料含有有机和无机两种成分，使之兼具二者的优点。1) 磷酸钙复合人工骨　主要包括TCP 及HA 与胶原、骨生长因子等复合人工骨。肖建德等通过透射电镜和扫描电镜观察了胶原羟基磷灰石(collagehydroxyapatite ,CHA) 诱导成骨的基本过程，观察认为，在成骨过程中，胶原对间质细胞具有趋化作用和促分化作用，HA 起“核心作用”，并参与基质钙化，促进新骨形成。王丹等报道了可降解多孔β- TCP/rhBMP - 2 人工骨的诱导成骨能力，结果证实，实验组有大量新生软骨和骨形成，对照组无软骨和骨生成。认为β- TCP/ rhBMP - 2 具有良好的骨诱导作用，是一种较理想的骨移植替代材料。2) 聚合物复合人工骨　生物降解聚合物是近年生物材料研究领域中的一个热点，通过技术加工可合成各种结构形态，一定的生物降解特性的各种聚合物。但它们无骨诱导活性，需与其它骨诱导因子复合应用才能取得良好效果。Isobe 等用含3ug/ rhBMP - 2的PL GA 胶囊修复5mm 大的鼠股骨缺损，术后4 周及8 周取标本作X 线检查及组织学检查，结果显示:PL GA - BMP 组已形成骨愈合，而对照组无骨连接。有人认为rhBMP - 2/ PL GA 胶囊是一种有前途的骨再生释放系统。Hollinger 等用人的脱抗原自身消化骨(即AA 骨) 和PLA/ PGA 的复合材料修复直径24mm 的猴颅骨缺损。术后6 周时，复合材料组形成的新骨相互融合，并出现内、外骨板和中间发育良好的骨髓腔。3) 红骨髓复合人工骨骨髓(Bone marrow ,BM)由造血系统和基质系统两部分组成。人和动物健康红骨髓的基质细胞中含有定向性骨祖细胞( determined osteogenic precursor cells ,DOPC) 和可诱导性骨祖细胞( inducible ostegenic precursor cells , IOPC) 。DOPC 具有定向分化为骨组织的能力，IOPC 在诱导因子(如BMP) 作用下才能分化成骨。Grundel 等采用TCP(占40 %) 和HA (占60 %) 合成双相磷酸钙陶瓷与BM 复合后植入治疗骨缺损,术后24 周发现骨髓与块状陶瓷复合物组6 例中，有3 例呈现骨性连接，3 例有纤维连接;骨髓与颗粒状陶瓷复合物组6 例中有5 例获骨性连接，1 例纤维连接，单纯骨髓植入的5 例均获骨性连接;空白对照组3 例无1 例连接。东中川将骨髓细胞与HA 结合,并分别加入bFGF 和/ 或成骨蛋白- 1 (osteyenic protein - 1 ,OP - 1)，通过测定胸腺嘧啶掺入到DNA 中的量、AL P 的活性及新生骨的形成，来了解它们的生物活性。结果表明，bFGF 能**骨髓细胞的增殖，OP - 1 能增加AL P 的活性及**新生骨形成，并能促进骨髓细胞的分化。4) 其它种类的复合人工骨　主要包括两种以上材料组成的人工骨(如陶瓷、胶原与生长因子或有关细胞的复合人工骨) 及与多种生长因子复合的人工骨等。马秦等报道了复合骨预制髂骨瓣的实验研究。熊建义将一定形状的rhBMP - 2 、胶原、珊瑚复合骨植入狗髂骨区，显示，复合骨术后3 个月时，已转变成骨组织，髂骨形状改变，4 个半月时新生骨改建为成熟骨。认为rhBMP - 2 、胶原、珊瑚复合骨适用于体内预制具有一定形状和结构的骨组织瓣。

仿生材料有什么，在生产生活中的用途有哪些？

例1 最早开始研究并取得成功的仿生材料之一就是模仿天然纤维和人的皮肤的接触感而制造的人造纤维。对蚕或者蜘蛛吐出的丝,人类自古就有很大的兴趣,这些丝纯粹是由蛋白质构成,特别是蚕丝,具有温暖的触感和美丽的光泽。二十世纪以来,人们模仿蚕吐丝的过程研制了各种化学纤维的纺丝方法,此后又模仿生物纤维的吸湿性、透气性等服用性能研制了许多新型纤维,例如,牛奶蛋白质与丙烯晴共聚纤维(东洋纺) ,商品名为稀苤的高吸湿性纤维(旭化成) 等等。这些产品的出现显示了人类仿造生物纤维表面细微形态与内部构造取得了成功。另外人们还对蚕的产丝体进行了卓有成效的研究(日本农业生物资源研究所) ,并且对蜘蛛丝也进行了研究(日本岛根大学) ,研究者们期待着有朝一日能够制造出与蚕丝完全一样的人造丝。
例2 在陆地上生活的动物有肺,能够分离空气中的氧气,水里的鱼有鳃,能够分离溶解在水中的氧气,供给身体使用。人们仿造这种特性,制作了薄膜材料,用于制造高浓度氧气、分离超纯水等,以达到节省能源以及高分离率的目的。目前人们正在研制具有动物肺和鱼鳃那样功能的材料,如果研制成功的话,人类在水底世界的活动将发生一场新的**。
例3 生物为了维持生命,能够非常高效地进行各种能量之间的相互转换,这是在广阔的生物界都能看到的现象。例如,人们对萤火虫的发光机制作了研究,其发光原因是由于化学能高效率地转化为光能。虽然人类在化学领域中已体验了遗传信息的钥匙- 核酸的魅力,在试管中实现其功能的研究也取得了很大的进步,但是像萤火虫的这种能量变换方法目前人类还做不到。随着地球上现在所使用的能源逐渐枯竭,人类寻求新能源的任务已迫在眉睫,如果能够找到象某些生物那样能够高效率地进行能量变换或者能量重组的材料与方法,将为人类的未来带来希望和光明。
例4 卵是鸟类和爬虫类生育在体外的动物的最大细胞。它的壳,是石灰质构成的,内部有卵白和卵黄。美国学者Finks 对此发表了非常有趣的假说,认为卵的结构无论从力学或者工学的观点来思考,都有许多值得学习的地方,人类现在的包装技术与之相比相形见绌。卵壳的形成过程与牙齿和骨头的发育过程相同,被称之为钙化过程,与无机和有机的界面化学相关,据有关报道,人们正在研究一种人造骨。相信在不远的将来,通过对有机和无机复合材料形成技术的研究,不仅在包装技术方面人们会学习和采用生物卵壳的形成方式,同时在医学科学中也会开创新的领域。
例5 植物也为我们提供了许多有趣的现象,例如我们常见的西瓜是一种含水量极高的水果,在它的启发下,人们研制了一种与西瓜纤维素构造相似的超吸水性树脂,它是用特殊设计的高分子材料制造的,能够吸收超越自身重量数百倍到数千倍的水份,现在已用于废油的回收,既经济又高效。这种材料如果进一步得到完善的话,将来液体的包装和输送就可能用一种全新的技术来代替。比如,将来的饮料就不再是用现在的杯子来装,而是只要用一片薄膜即可。
例6 植物在复合材料力学性能方面,也有许多独特的魅力。例如,从竹子的断面来看,一种称之为纤维束的组织密布在竹子的表皮,竹子的内部却很稀少,这样的结构形成了一种高强度的复合材料。但是当竹子还是竹笋的时候,这种纤维束在竹笋的断面上是均匀分布的,随着竹笋的生长,纤维束逐渐向外侧移动,最终形成最佳构造。再例如,树的年轮是由在冬天和夏天的生长不同而形成。这些能够方向性生长,形成高强度复合材料的过程,使人们受到了启示,最近,高分子世界已出现了研制这种方向型复合材料的动向,当然这并不是件易事。但这种成长型复合材料,也将是复合材料未来的研究方向之一。
例7 最后再举一例,用手触摸含羞草的叶片,它就会像动物那样收缩。在这一种启发下,日本奥林巴斯公司的植田康弘研制了一种可以伸到小肠里的内视镜,他在内视镜的筒状部分使用了一种与含羞草叶片表面结构相似的弹性膜材料,它在肠道流体的压力下,会沿着轴向自动伸长或弯曲,从而使内视镜的筒状部分与肠道保持同一形状。
抱歉，楼主，从网上抄的，有点长