骨修复材料知识引入高中化学
骨科生物材料
骨科生物材料
骨科生物材料是指用于骨科治疗和修复的生物材料，它们可以用于骨折愈合、骨缺损修复、骨肿瘤治疗等领域。
随着生物技术和材料科学的发展，骨科生物材料的种类和应用范围不断扩大，为骨科医学带来了许多新的治疗方法和可能性。
首先，骨科生物材料可以分为天然材料和人工合成材料两大类。
天然材料包括骨膜、骨蜡、骨胶原等，它们具有良好的生物相容性和生物活性，可以促进骨细胞的生长和骨组织的再生。
人工合成材料则包括生物陶瓷、生物降解聚合物、金属材料等，它们具有一定的力学性能和稳定性，可以在骨科手术中起到支撑和修复的作用。
其次，骨科生物材料的应用范围非常广泛。
在骨折愈合中，可以利用生物陶瓷或者人工合成的骨蜡来填充骨折部位，促进骨折的愈合和恢复。
在骨缺损修复中，可以利用骨膜或者生物降解聚合物来修复骨缺损，恢复骨骼的完整性和功能。
在骨肿瘤治疗中，可以利用生物陶瓷或者金属材料来替代被切除的骨组织，减轻患者的痛苦和恢复时间。
此外，骨科生物材料的研发和应用也面临着许多挑战和机遇。
一方面，如何提高生物材料的生物相容性和生物活性，减少排斥反应和并发症，是当前研究的重点之一。
另一方面，如何利用生物技术和材料科学的最新成果，开发出更加先进和有效的骨科生物材料，也是当前研究的热点之一。
总的来说，骨科生物材料在骨科治疗和修复中发挥着重要的作用，它们不仅可以促进骨折的愈合和骨缺损的修复，还可以改善患者的生活质量和恢复时间。
随着生物技术和材料科学的不断进步，相信骨科生物材料会在未来发展出更多的新应用和新可能性，为骨科医学带来更多的希望和机遇。
人工骨修复材料 羟基磷灰石 磷酸三钙 骨形态蛋白
人工骨修复材料羟基磷灰石磷酸三钙骨形态蛋白文章标题：人工骨修复材料：探索羟基磷灰石、磷酸三钙和骨形态蛋白的应用与发展导言在医学领域，人工骨修复材料一直是备受关注的研究热点。
随着医学技术的不断进步和人们对健康的关注日益增强，对人工骨修复材料的需求也越来越大。
而羟基磷灰石、磷酸三钙和骨形态蛋白等材料因其优异的生物相容性和生物活性，成为当前研究和应用的热点之一。
本文将从深度和广度的角度，对这些人工骨修复材料进行全面探讨，并深入剖析其应用与发展。
一、羟基磷灰石的应用与发展1. 什么是羟基磷灰石羟基磷灰石是一种生物陶瓷材料，具有类似骨骼的化学成分和结构。
它在人工骨修复中起到了至关重要的作用。
2. 羟基磷灰石的优势羟基磷灰石具有优异的生物相容性和生物活性，能够促进骨细胞的生长和再生，有利于骨组织的修复和再生。
3. 羟基磷灰石的应用领域目前，羟基磷灰石已被广泛应用于骨科手术、牙科修复等领域，取得了显著的临床效果。
4. 羟基磷灰石的未来发展未来，随着生物技术和材料科学的不断进步，羟基磷灰石在人工骨修复领域的应用前景将更加广阔。
二、磷酸三钙的应用与发展1. 什么是磷酸三钙磷酸三钙是一种无机生物材料，能够与人体骨组织完美结合，成为人工骨修复材料的热门选择之一。
2. 磷酸三钙的优势磷酸三钙具有良好的生物相容性和降解性，对人体无害，同时还能刺激骨细胞的增生和成骨。
3. 磷酸三钙的应用领域磷酸三钙广泛应用于骨科、关节修复等领域，为临床治疗提供了有效的辅助。
4. 磷酸三钙的未来发展随着磷酸三钙材料制备技术的不断提升，其在人工骨修复领域的应用前景将更加广阔。
三、骨形态蛋白的应用与发展1. 什么是骨形态蛋白骨形态蛋白是一类能够诱导骨组织生长与修复的生物活性因子，对于人工骨修复具有重要的意义。
2. 骨形态蛋白的作用与机制骨形态蛋白能够促进间充质细胞向成骨细胞分化，从而促进骨生成和修复。
3. 骨形态蛋白的应用领域骨形态蛋白经过临床验证，已成功应用于髋关节、脊柱融合、骨折愈合等方面，取得了良好的疗效。
骨的结构特点及修复用材料
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生物材料
骨的功能
• 动物体内的骨是一种活器官，坚硬而有 弹性，有丰富的血管、淋巴管和神经。
• 具有新陈代谢和生长发育的特点 • 有改建和再生的能力 • 骨基质内含大量的钙盐和磷酸盐，是动
物体内的钙磷库。 • 造血功能（红骨髓） • 支持与保护功能，如颅腔、胸腔等保护
脑及心肺
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适应症
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生物材料
骨的损伤与治疗
锁骨骨折切开复位内固定术
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生物材料
骨的损伤与治疗
1.血肿形成：骨折处大量出血---形成血肿---血肿凝固---粘 合骨折断端。
2.肉牙组织形成：肉芽组织取代血肿---机化为肉芽组织
3. 纤维性骨痂：形成纤维性骨痂—连接断端—以软骨样组 织代替纤维血管性间质。
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生物材料 22
生物材料
骨的损伤与治疗（二）脊椎
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生物材料
骨的损伤与治疗（二）脊椎
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生物材料
骨的损伤与治疗（二）脊椎
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生物材料
骨的损伤与治疗（三）骨缺损
• 骨缺损
• 由于某种因素如外伤、感染、肿瘤等而使骨丧失 了一些骨质，形成较大的间隙，称为骨缺损。
弹性模量（加载方向平行于骨的轴向） 10.4-19.6×109N/m2
泊松比（胫骨）
0.119-0.622
剪切模量（胫骨）
2.41-4.91
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生物材料
骨的组成
磷酸钙骨修复材料的研发与应用
磷酸钙骨修复材料的研发与应用磷酸钙骨修复材料是一种新型的生物材料，它由磷酸钙和其他成分组成，具有良好的生物相容性和生物活性。
在众多的骨修复材料中，磷酸钙骨修复材料具有优异的性能表现，近年来得到了广泛的研究和应用，具有重要的医学和生物学意义。
一、磷酸钙骨修复材料的研发历程及成分磷酸钙骨修复材料是一类新型的生物材料，早在20世纪50年代就开始研究。
随着科技的进步，磷酸钙骨修复材料得到了更快的发展。
目前，磷酸钙骨修复材料的研发已经进入了一个新的阶段，具有了更广泛的应用前景。
磷酸钙骨修复材料的主要成分是磷酸钙，在磷酸钙的基础上，添加了适量的其他生物材料，形成了磷酸钙骨修复材料。
二、磷酸钙骨修复材料的性能与应用磷酸钙骨修复材料具有很多优异的性能。
首先，它的生物相容性和生物活性都是非常好的。
其次，它能够促进骨组织的再生和修复，有助于促进骨折愈合和骨缺损的修复。
此外，磷酸钙骨修复材料还具有良好的物理化学性能，如硬度、强度、耐久性等。
磷酸钙骨修复材料已经得到广泛的应用。
它可以用于骨折的治疗、骨缺损的修复、牙齿的修复等。
在骨组织工程领域，磷酸钙骨修复材料也是一个重要的组成部分。
三、磷酸钙骨修复材料的研究进展在研究方面，磷酸钙骨修复材料的研究已经进入了一个新的阶段。
研究人员正在尝试利用不同的技术，制备出各种形态和性能的磷酸钙骨修复材料，如海绵状、纳米级等。
此外，还有研究人员研究将生物因子等添加到磷酸钙骨修复材料中，以促进骨组织的再生和修复。
磷酸钙骨修复材料的研究，是一个需要长期努力的过程。
只有不断地探索和尝试，才能让磷酸钙骨修复材料更好地发挥其治疗和修复作用。
四、磷酸钙骨修复材料的未来前景磷酸钙骨修复材料的应用前景非常广阔。
在未来，磷酸钙骨修复材料将会得到广泛的应用，不仅可以用于骨折的治疗和骨缺损的修复，还可以用于其他领域，如牙齿的修复、软骨的修复等。
同时，磷酸钙骨修复材料的研究和发展也需要长期的努力和探索。
只有不断地提高它的性能和应用范围，才能更好地发挥其在医学和生物学方面的作用。
骨组织修复材料
骨组织修复材料生物材料――骨组织工程讨论组织工程（tissueengineering）是近年来正在兴起的一门新兴学科，组织工程一词最早是由美国国家科学基金会1987年正式提出和确定的。
它是应用生命科学和工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下结构与功能关系的基础上。
研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态生物替代物的科学。
组织工程的核心就是建立细胞与生物材料的三维空间复合体，即具有生命力的活体组织，用以对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代。
共基本原理和方法是将体外培养扩增的正常组织细胞，吸附于一种生物相容性良好并可被机体吸收的生物材料上形成复合物，将细胞-生物材料复合物植入机体组织、器官的病损病分，细胞在生物材料逐渐被机体降解吸收的过程中形成新的在形态和功能方面与相应器官、组织相一致的组织，而达到修复创伤和重建功能的目的。
骨组织构建构筑非政府工程骨的方式存有几种：①支架材料与成骨细胞；②支架材料与生长因子；③支架材料与成骨细胞提生长因子。
生长因子通过调节细胞增殖、分化过程并改变细胞产物的合成而作用于成骨过程，因此，在骨组织工程中有广泛的应用前景。
常用的生长因子有：成纤维细胞生长因子（fgf）、转化生长因子（tgf-ρ）、胰岛素样生长因子（igf）、血小板衍化生长因子（pdgf）、骨形态出现蛋白（bmp）等。
它们不仅可以单独促进作用，相互之间也存有着紧密的关系，可以无机采用。
目前国外重点研究的项目之一，就是计算机辅助设计并无机生长因子的非政府工程生物仿真下颌骨支架。
有人使用rhbmp-胶原和珊瑚羟基磷灰石（cha）复骨诱导性的骨移植、复原大鼠颅骨坏死，证实了无机人工骨具备较好的骨诱导性和骨传导性，可以早期与宿主骨融合，并推动宿主骨长大及新骨构成。
用rhbmp-胶原和珊瑚无机人工骨复原兔下颌骨坏死，结果显示：2个月时，复合人工骨修复缺捐赠的交果优于单纯珊瑚3个月时，与自体骨移植的修复交果无明显差异。
生物材料在骨修复中的应用
生物材料在骨修复中的应用随着生物材料的不断发展，其在医学领域中的应用越来越广泛。
其中，生物材料在骨修复中的应用备受青睐。
骨是人体内最强硬的组织之一，但一旦受到严重的创伤或疾病侵袭，就会出现骨折、骨缺损等情况。
而生物材料在这些情况下能够起到重要的作用。
1. 生物陶瓷材料的应用生物陶瓷是一种高纯度陶瓷材料，它可以与骨组织完美地融合。
在骨折或骨缺损修复中，生物陶瓷材料可以被植入到人体内部，帮助恢复骨的形态和功能。
此外，由于其稳定性和亲和性，生物陶瓷可以经过长时间的使用而不会出现任何负面影响。
2. BMP的应用BMP即骨形态发生蛋白，是一种生长因子，可以促进骨组织的再生和修复。
在骨缺损修复中，将BMP注射到植入材料或患者的身体内，可以促进骨的再生和修复，快速恢复患者的正常生活。
此外，BMP还可以作为一种非常有效的替代物，帮助患者恢复骨组织的功能。
3. 纤维素材料的应用纤维素是一种天然的多糖物质，可以从植物、真菌等生物中提取。
在骨缺损修复中，将纤维素材料注射到植入材料或患者的身体内，可以促进骨组织的再生和修复。
纤维素材料与骨组织之间的完美融合，可以有效地防止植入物的松动和脱离，降低再次手术的几率。
4. 生物降解性材料的应用生物降解性材料在近年来的医学领域中得到了广泛的应用。
在骨缺损修复中，生物降解性材料可分解成为可吸收的材料，可以有效地再生骨组织和修复缺损处。
由于其稳定性和亲和性，生物降解性材料可以经过长时间的使用而不会出现任何负面影响。
综上所述，生物材料在骨修复中的应用有着广泛的发展前景。
随着生物材料的技术不断地更新和改进，它们在骨缺损修复中的应用也将不断增强。
在未来，生物材料将能够更好地帮助人们恢复骨组织的正常功能，从而提高生活质量。
骨修复材料知识引入高中化学
骨修复材料知识引入高中化学骨骼是人体的支架，担负着支持、承重、造血等功能。
由于创伤、肿瘤、感染所造成的骨缺损很普遍，临床上可采用自体骨或异体骨移植治疗。
但自体骨来源有限且取骨区可能产生并发症，而异体骨移植存在免疫排斥反应，并有感染HIV和肝炎病毒的可能。
现实要求人们找到一种材料代替天然骨骼，解决骨的修复问题。
经过漫长的探索，生物活性材料进入人们的视线。
一、羟基磷灰石羟基磷灰石(HA)是一种典型的骨修复生物活性材料，分子式为Ca10(PO4)6(OH)2，是人骨的主要无机成分。
植入体内后，纤维细胞、新生毛细血管等结缔组织可在它的孔隙内逐步生成，进而生成骨细胞和成骨细胞等骨组织，因此自20世纪70年代人们即研究用它作为骨修复的植入体。
但是，在动的强度实验或急剧弯曲时，HA又表现出脆性。
20世纪80年代发现，HA–聚乙烯(PE)复合材料既保留了羟基磷灰石材料良好的组织相容性，又具有聚乙烯材料的良好力学特性。
实验表明，40%体积的HA均匀热压进入PE，获得的材料力学性能和生物学性能最佳。
二、生物活性玻璃生物活性玻璃是另一种骨修复生物活性材料。
普通玻璃的主要成分是硅酸盐，多为硅酸钠和硅酸钙，通常为无定形体。
生物活性玻璃的主要成分为CaO·2SiO2·2P2O5，可以通过某些方法使体系中部分析出洁净的磷灰石和硅灰石晶体，得到的玻璃强度较高，称为微晶玻璃。
生物活性玻璃可与骨组织形成稳定的、高机械强度的界面结合。
它可以通过激活成骨细胞的一些基因来增强成骨细胞在其表面的分化和增殖能力，使骨再生的速率大于或等于自体骨。
一些生物活性玻璃或微晶玻璃已大量用于临床。
1968年，Hench提出生物活性玻璃是通过在其表面诱导生长出羟基磷灰石而体现骨修复功能的，即生物活性玻璃是促进骨的再生，而不是进行骨的替代来实现修复的。
大量体外实验和体内实验结果都支持这一猜想。
例如，将含80%SiO2，17%CaO，3%P2O5的玻璃放入模拟体液(其成分与人血浆组成相近，见表1)中，7天后在玻璃表面形成一层球形颗粒，每个球体都是由数以千计的、50nm左右大小的晶体形成。
骨组织修复材料
生物材料——骨组织工程讨论组织工程（Tissue Engineering）是近年来正在兴起的一门新兴学科，组织工程一词最早是由美国国家科学基金会1987年正式提出和确定的。
它是应用生命科学和工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下结构与功能关系的基础上。
研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态生物替代物的科学。
组织工程的核心就是建立细胞与生物材料的三维空间复合体，即具有生命力的活体组织，用以对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代。
共基本原理和方法是将体外培养扩增的正常组织细胞，吸附于一种生物相容性良好并可被机体吸收的生物材料上形成复合物，将细胞-生物材料复合物植入机体组织、器官的病损病分，细胞在生物材料逐渐被机体降解吸收的过程中形成新的在形态和功能方面与相应器官、组织相一致的组织，而达到修复创伤和重建功能的目的。
骨组织构建构建组织工程骨的方式有几种：①支架材料与成骨细胞；②支架材料与生长因子；③支架材料与成骨细胞加生长因子。
生长因子通过调节细胞增殖、分化过程并改变细胞产物的合成而作用于成骨过程，因此，在骨组织工程中有广泛的应用前景。
常用的生长因子有：成纤维细胞生长因子（FGF）、转化生长因子（TGF-ρ）、胰岛素样生长因子（IGF）、血小板衍化生长因子（PDGF）、骨形态发生蛋白（BMP）等。
它们不仅可单独作用，相互之间也存在着密切的关系，可复合使用。
目前国外重点研究的项目之一，就是计算机辅助设计并复合生长因子的组织工程生物仿真下颌骨支架。
有人采用rhBMP-胶原和珊瑚羟基磷灰石（CHA）复骨诱导性的骨移植、修复大鼠颅骨缺损，证实了复合人工骨具有良好的骨诱导性和骨传导性，可早期与宿主骨结合，并促进宿主骨长大及新骨形成。
用rhBMP-胶原和珊瑚复合人工骨修复兔下颌骨缺损，结果显示：2个月时，复合人工骨修复缺捐赠的交果优于单纯珊瑚3个月时，与自体骨移植的修复交果无明显差异。
生物材料骨的结构特点及修复用材料 1
生物材料 材料科学与工程学院
• 新鲜骨密质的生物力学性能：弯曲强度160Mpa， 剪切强度54Mpa，拉伸强度120～150Mpa，杨氏 模量18Gpa。新鲜骨抗压性能比砖块大30倍，比 花岗岩大2.5倍。在建筑材料中只有钢筋水泥在弹 性与坚固性相结合方面能与骨相比。
弹性模量（加载方向平行于骨的轴向） 10.4-19.6×109N/m2
• 骨的无机质也称为骨盐, 以钙、磷的化合物为主， 还含有镁、钠、钾和锶等阳离子，碳酸根、氟和 氯等阴离子。
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骨的组成
生物材料 材料科学与工程学院
• 骨盐的钙、磷的化合物主要是羟基磷灰石和磷酸 钙，其分子结构与自然界存在的羟基磷灰石相似， 基本分子式为 Ca10(PO4)6(OH)2或 3Ca3(PO4)2Ca(OH)2。
适应症
2020/9/21
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骨的损伤与治疗
锁骨骨折切开复位内固定术
生物材料 材料科学与工程学院
2020/9/21
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骨的损伤与治疗
生物材料 材料科学与工程学院
1.血肿形成：骨折处大量出血---形成血肿---血肿凝固---粘 合骨折断端。
2.肉牙组织形成：肉芽组织取代血肿---机化为肉芽组织
3. 纤维性骨痂：形成纤维性骨痂—连接断端—以软骨样组 织代替纤维血管性间质。
多余的骨则被吸收，以适应局部的负荷。
2020/9/21
第四讲
骨的结构特点及修复 用材料
一、骨的组成
生物材料 材料科学与工程学院
物质水平（化学组成）
• 骨骼含水约20%～30 %，其余大部分为固体成分。 其中65%以上为无机盐（骨盐），35%为有机质。
• 无机质决定骨的硬度，有机质决定骨的弹性和韧 性。
骨科生物医用材料
骨科生物医用材料
骨科生物医用材料是一种专门用于治疗骨科疾病和损伤的材料，可以促进骨组织再生和修复。
这种材料通常由人工合成的生物活性物质、天然生物材料或纯化物等，根据不同的治疗需求可以采用不同的材料。
常见的骨科生物医用材料包括：
1. 生物活性成分：例如人工合成的生长因子、转化生长因子等，可以促进骨细胞增殖和骨组织再生。
2. 天然生物材料：例如骨基质、骨骼等，可以提供支撑和力学环境，促进骨组织再生。
3. 纯化物：例如羟基磷灰石等，可以作为骨组织模板来促进骨组织的形成和表现。
骨科生物医用材料具有安全性高、生物相容性强、可塑性好、生物活性高等特点，因此在临床上得到广泛应用。
常见的应用包括骨折固定、骨缺损修复、关节置换等。
然而，由于不同的骨科疾病具有不同的临床特征和治疗需求，选择合适的骨科生物医用材料具有重要的意义。
口腔材料化学高考知识点
口腔材料化学高考知识点口腔材料化学是一门关注牙齿修复和矫正的学科，也是口腔医学的重要分支。
在高考化学考试中，口腔材料化学的知识点经常被提及。
本文将探讨口腔材料化学的几个重要知识点，帮助学生更好地应对高考。
一、金属材料的选择和应用口腔修复中常用的金属材料有黄金合金、银合金和钛合金。
黄金合金由金、银、铜和其他合金元素组成，具有良好的生物相容性和抗氧化性。
银合金主要由银、锡和铜组成，具有较高的强度和耐腐蚀性。
钛合金由钛、铝、锌等元素组成，具有优异的生物相容性、机械性能和抗腐蚀性能。
二、聚合物材料的特点和应用聚合物材料在口腔医学中得到了广泛的应用，如修复材料、矫正器和义齿基材。
聚合物材料具有轻量、良好的生物相容性和较低的成本等优点。
根据聚合物结构和性质的不同，可分为热固性聚合物和热塑性聚合物。
热固性聚合物通常在高温下固化，具有较高的热稳定性和力学强度；热塑性聚合物则具有良好的可加工性和可塑性。
三、无机非金属材料的应用无机非金属材料在口腔医学中主要用于修复材料和基材。
常见的无机非金属材料有玻璃离子水泥和氢氧化锆等。
玻璃离子水泥主要由玻璃粉、聚酸和粘接剂组成，具有良好的生物相容性和化学稳定性。
氢氧化锆是一种具有高强度、高硬度和优异的生物相容性的材料，常用于制作高强度的牙科修复体。
四、材料的降解和稳定性口腔材料在口腔环境中会受到唾液、食物和口腔酸碱条件的影响，从而发生降解。
了解材料的降解和稳定性对于选择合适的材料至关重要。
一般来说，金属材料的稳定性较好，而聚合物材料和无机非金属材料的降解较为复杂。
五、材料的生物相容性和毒性口腔材料的生物相容性是指材料与生物体接触后不会引起异常反应，如过敏、炎症等。
了解材料的生物相容性和毒性对于选择合适的材料和减少不良反应至关重要。
一些金属元素和化合物可能对人体有毒性，因此在选择材料时应避免使用这些有毒性的成分。
综上所述，口腔材料化学是口腔医学的重要组成部分，掌握相关知识对于高考化学考试至关重要。
浅析骨修复材料知识引入高中化学课堂的认识
2017年12月浅析骨修复材料知识引入高中化学课堂的认识刘铠铭（郑州外国语新枫杨学校，河南郑州450001）摘要：骨修复作为临床医学中的重要内容，在医学科研不断探索的过程中开始尝试用一些新型材料代替自体骨和异体骨进行移植治疗，效果比较理想。
而这也引发骨修复材料的新思考，借助高中化学知识做好骨修复材料的创新研发是本文探讨的重点内容。
关键词：骨修复；高中化学；课堂教学；研究分析骨骼作为人体的重要支架，具备造血、支撑等多种功能。
但是在临床中，因为肿瘤并发、外部创伤及感染引发的骨骼缺损很普遍。
在临床治疗中，我们建议选择自体骨移植或者异体骨移植，但是自体骨移植容易引发患者取骨部位的感染，而异体骨带来的则是患者的排异反应，也具有感染的潜在风险。
利用高中化学的相关知识，代替自体骨和异体骨制作骨修复材料，在临床应用上取得了一定成效。
1骨修复材料——羟基磷灰石探明天然骨的构成成分，才能基于仿生角度加强骨修复材料的研究。
目前认为纳米HA 和胶原质是天然骨的主要组成部分，并且含有纳米晶体双相复合材料。
在骨修复材料的研发过程中，我们选择可以讲解的有机高分子作为基体填充材料，加入HA ，起到骨修复材料性能融合的作用。
因此也获得了骨修复的理想型材料。
在这些理想型骨修复材料中，羟基磷灰石的骨修复应用价值得到普遍肯定。
其主要成分是天然骨无机盐，因此其自身的骨传导性和生物相容性都是其临床应用的天然优势，特别是近几年研发的纳米级羟基磷灰石，其成分越发接近天然骨，在临床骨修复治疗中应用优势明显，应用前景广阔。
羟基磷灰石属于典型的骨修复生物活性材料，涵盖人体骨骼的无机成分，当将其作为骨修复材料植入人体后，促使人体的纤维细胞及新生毛细血管自由填充在孔隙中并且开始生长，最终发育为人体骨修复的骨细胞及成骨细胞，实现骨组织结构的建构。
早在七十年代，人们就开始尝试将其作为骨修复材料，而八十年代问世的HA —聚乙烯复合材料使得羟基磷灰石组织相容性得以保留，同时抗脆，是骨修复临床应用的最佳选择。
骨折修复的生物材料应用
生新型生物材料的研发：随着科技的发展，越来越多的新型生 物材料被研发出来，它们在骨折修复中具有更好的性能和更大 的潜力。 2.生物材料与基因、药物等技术的结合：将生物材料与基因、 药物等技术相结合，可以进一步提高骨折修复的效果，为未来 的骨折治疗提供更多的选择和方法。
生物材料的表面改性
1.对生物材料进行表面改性可以改善其生物相容性和力学性能。 2.表面改性技术包括物理方法、化学方法和生物方法。 3.通过表面改性可以引入生物活性物质，促进骨组织的生长和修复。
生物材料与细胞的相互作用
▪ 3D打印技术在骨折修复中的应用
1.3D打印技术可以根据患者的具体需求定制个性化的生物材料支架。 2.3D打印技术可以精确控制生物材料的形状、结构和内部孔隙率，提高骨折修复的效果。 3.3D打印技术可以与细胞培养技术结合，实现骨组织的体外再生和修复。
1.生物材料降解过程中可能会引发机体的免疫反应，包括炎症反应和细胞毒性反应 等。 2.免疫反应的程度与生物材料的降解速率、降解产物的种类和性质等因素有关。 3.通过优化生物材料的设计和降解性能，可以降低免疫反应的发生，提高生物材料 在临床应用中的安全性和耐受性。
▪ 生物材料降解与临床应用
1.生物材料在骨折修复等临床应用中的疗效与其降解性能密切相关。 2.通过合理调控生物材料的降解速率和降解产物，可以促进骨折愈合和组织再生。 3.在临床应用中，需要根据具体需求和患者情况选择合适的生物材料，以确保其安 全性和有效性。
骨折修复的生物材料应用
生物材料的选择与设计
生物材料的选择与设计
▪ 生物相容性
1.生物材料应具有低毒性、无免疫排斥反应、能够促进细胞生长和增殖等特性。 2.通过表面改性技术可以提高生物材料的生物相容性。 3.选择具有良好生物相容性的材料，如钛合金、生物活性玻璃等，有利于提高骨折 修复的效果。
人工骨骼材料课程设计
人工骨骼材料课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握人工骨骼材料的基本知识，包括其定义、分类、性质和应用。
通过本课程的学习，学生应能够：1.描述人工骨骼材料的定义和作用。
2.列举常见的人工骨骼材料及其特点。
3.解释人工骨骼材料的应用领域和前景。
4.分析人工骨骼材料在医学和工程领域的重要性。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.人工骨骼材料的定义和分类。
2.常见人工骨骼材料的性质和制备方法。
3.人工骨骼材料的应用领域和前景。
4.人工骨骼材料在医学和工程领域的研究动态。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，包括：1.讲授法：讲解人工骨骼材料的基本概念、分类和性质。
2.案例分析法：分析具体的人工骨骼材料应用案例，让学生深入了解其作用和价值。
3.实验法：学生进行人工骨骼材料的相关实验，培养学生的实践操作能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威的人工骨骼材料教材，为学生提供系统性的知识体系。
2.参考书：推荐相关领域的参考书籍，拓展学生的知识视野。
3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等多媒体资料，提高学生的学习兴趣。
4.实验设备：准备人工骨骼材料的实验设备，让学生亲自动手操作，提高实践能力。
五、教学评估为了全面反映学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：通过课堂参与、提问和小组讨论等环节，评估学生的日常表现。
2.作业：布置相关的人工骨骼材料作业，评估学生的理解和应用能力。
3.考试：设置期末考试，全面测试学生对人工骨骼材料的掌握程度。
六、教学安排本课程的教学安排如下：1.教学进度：按照教材的章节顺序进行教学，确保系统性和连贯性。
2.教学时间：安排在每周的固定时间，保证学生有充分的时间学习和复习。
3.教学地点：选择适合进行人工骨骼材料教学的教室，配备必要的实验设备。
七、差异化教学为了满足不同学生的学习需求，我们将采取以下差异化教学措施：1.学习风格：根据学生的不同学习风格，采用多种教学方法，如讲授、讨论、实验等。
人工骨简述讲课教案
Thank you!!!
结束语
谢谢大家聆听！！！
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纳米级骨修复材料具有传统材料无可比拟的生物学性 能，已在组织工程和生物材料研究中显示出广阔的应用前 景，将不同生物材料复合加工，研制出类似人骨的材料，将是 今后骨修复材料的研究重点。当前用于骨科临床的纳米产 品不多，其性能、微观结构和生物学效应尚有待系统研究。 我们相信随着纳米技术、组织工程技术和生物技术的发展与 综合，必将研制出新一代性能优异的纳米骨材料，为治愈骨 缺损和骨折提供更好的选择
细胞与材料的黏附是基础，细胞必须与材料发生适当的黏附，才能
进行迁移、分化和增殖。因此，新材料的开发和应用要更有利于细胞的黏 附特别是提高成骨细胞黏附率，减少内皮细胞、成纤维细胞的黏附。寻找 理想的基质材料通过控释系统使其负载各种生长因子或激素，向种子细胞 定量、持续释放，将有利于细胞的生长和分化。如负载血管内皮生长因子 的聚合物基质材料可刺激组织的血管再生。
缺点：降解过程中局部酸性产物的积累可导致材料植入部位出现非感染 性炎症，从而影响了骨折的愈合过程。化学结构中因缺乏亲水基团而使 其材料表面产生了强疏水性，这影响了它与细胞的亲和性。PLG材料中 生长因子的突释也是一个需要解决的问题，释放初期的突释有可能导致 生长因子的局部浓度接近或超过中毒水平，产生明显的不良反应。
聚乳酸具有较好的热成型性，通过调整分子量和结构等可调节其降解速 度，以满足不同的临床要求，故在骨组织工程领域中能基本满足作为细胞生 长载体材料的要求。但其机械强度较差，且降解产物略呈酸性，易引 起体内炎症反应。
基于两种材料的缺陷研制羟基磷灰石聚乳酸复合材料，一方面可提高材 料的韧性，满足骨植入替代材料的机械强度要求；另一方面，聚乳酸的酸性 降解产物可被羟基磷灰石缓冲，同时羟基磷灰石的骨诱导性可提供良好的骨 细胞生长环境，多孔结构则为细胞生长、组织再生及血管化提供条件，从而 更加符合骨组织工程材料的生物学要求。虽然诸多研究表明该材料存在无机 微粒在聚合物相中的分散程度还不是太理想，界面结合力不够牢固，材料的 降解速率也还不能很好地控制等，但随着纳米羟基磷灰石的制备工艺及聚乳 酸合成工艺的不断改善和进步，该材料的生物学性能和力学性能将会得到更 好的完善。
骨修复相关生物学概念(总)
骨修复相关生物学概念1.骨膜：骨膜是骨表面除关节外所被覆的坚固的结缔组织包膜。
在骨端和肌腱附着部位，非常致密地附着在骨上。
其它部位的骨膜厚，容易从骨上剥离。
骨膜由两部分构成，外层由胶原纤维紧密结合而成，富有血管、神经，有营养和感觉作用。
内层也称形成层，胶原纤维较粗，并含有细胞。
生长中的骨膜，在其内面有成骨细胞整齐排列，具有造骨细胞的功能，参与骨的增粗生长，对骨的生长（长长，长粗）和增生（断裂愈合）有重要作用。
在老化的骨膜内细胞数减少，也不具备造骨细胞的机能，但在骨的再生过程中可恢复造骨能力，从骨膜向骨组织中进入的粗大纤维称为夏贝氏纤维（Sharpey's fiber）。
在肌肉、腱的附着部位纤维多，可以深入到骨组织中，但在其它部位，夏贝氏纤维数少。
代替骨的骨膜系由软骨膜变化而来。
2.骨髓：骨髓是存在于长骨（如肱骨、股骨）的骨髓腔，扁平骨（如髂骨、肋骨）和不规则骨（胸骨、脊椎骨等）的松质骨间网眼中的一种海绵状的组织，能产生血细胞的骨髓略呈红色，称为红骨髓。
成人的一些骨髓腔中的骨髓含有很多脂肪细胞，呈黄色，且不能产生血细胞，称为黄骨髓。
人出生时，全身骨髓腔内充满红骨髓，随着年龄增长，骨髓中脂肪细胞增多，相当部分红骨髓被黄骨髓取代，最后几乎只有扁平骨松质骨中有红骨髓。
此种变化可能是由于成人不需全部骨髓腔造血，部分骨髓腔造血已足够补充所需血细胞。
当机体严重缺血时，部分黄骨髓可转变为红骨髓，重新恢复造血的能力。
3.密质骨：密质骨是骨骼的一种。
主要分布于长骨骨干，扁骨和不规则骨的表层。
密质骨看上去似很紧密，但其中含有许多相互连通的小管道，内有血管及神经，血管可供应骨组织营养和排出代谢产物。
4.松质骨：骨松质是由许多针状或片状的叫做骨小梁的骨质互相交织构成的。
骨松质分布于长骨的两端、短骨、扁骨及不规则骨的内部。
松质骨呈海绵状，由相互交织的骨小梁排列而成，配布于骨的内部。
骨小梁按照骨所承受的压力和张力的方向排列，因而骨能承受较大的重量。
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2011年第4期总第116期ISSN1672-1438CN11-4994/T骨修复材料知识引入高中化学王 桐 许烨馨 马 娜 王明召北京师范大学 北京 100875收稿日期：2010-10-25作者简介：王桐，在读本科生。
许烨馨，在读本科生。
马娜，在读本科生。
王明召，博士，副教授。
基金项目：教育部实验室共建项目,北京市教育委员会共建项目(编号:102-105834),北京师范大学教学建设与改革项目,北京师范大学本科生科研基金项目。
骨骼是人体的支架，担负着支持、承重、造血等功能。
由于创伤、肿瘤、感染所造成的骨缺损很普遍，临床上可采用自体骨或异体骨移植治疗。
但自体骨来源有限且取骨区可能产生并发症，而异体骨移植存在免疫排斥反应，并有感染H I V和肝炎病毒的可能。
现实要求人们找到一种材料代替天然骨骼，解决骨的修复问题。
经过漫长的探索，生物活性材料进入人们的视线。
一、羟基磷灰石羟基磷灰石(H A)是一种典型的骨修复生物活性材料，分子式为C a 10(P O 4)6(O H)2，是人骨的主要无机成分。
植入体内后，纤维细胞、新生毛细血管等结缔组织可在它的孔隙内逐步生成，进而生成骨细胞和成骨细胞等骨组织，因此自20世纪70年代人们即研究用它作为骨修复的植入体。
但是，在动的强度实验或急剧弯曲时，H A又表现出脆性。
20世纪80年代发现，H A–聚乙烯(P E)复合材料既保留了羟基磷灰石材料良好的组织相容性，又具有聚乙烯材料的良好力学特性。
实验表明，40%体积的H A均匀热压进入PE，获得的材料力学性能和生物学性能最佳。
二、生物活性玻璃生物活性玻璃是另一种骨修复生物活性材料。
普通玻璃的主要成分是硅酸盐，多为硅酸钠和硅酸钙，通常为无定形体。
生物活性玻璃的主要成分为C a O·2S i O 2·2P 2O 5，可以通过某些方法使体系中部分析出洁净的磷灰石和硅灰石晶体，得到的玻璃强度较高，称为微晶玻璃。
生物活性玻璃可与骨组织形成稳定的、高机械强度的界面结合。
它可以通过激活成骨细胞的一些基因来增强成骨细胞在其表面的分化和增殖能力，使骨再生的速率大于或等于自体骨。
一些生物活性玻璃或微晶玻璃已大量用于临床。
1968年，Hench提出生物活性玻璃是通过在其表面诱导生长出羟基磷灰石而体现骨修复功能的，即生物活性玻璃是促进骨的再生，而不是进行骨的替代来实现修复的。
大量体外实验和体内实验结果都支持这一猜想。
例如，将含80%SiO 2，17%CaO，3%P 2O 5的玻璃放入模拟体液(其成分与人血浆组成相近，见表1)中，7天后在玻璃表面形成一层球形颗粒，每个球体都是由数以千计的、50n m左右大小的晶体形成。
此层的钙磷比约为1.2，与生物体中磷灰石的钙磷比(约为1.67)接近。
又如，在透射电子显微镜下可观察到玻璃表面形成的磷灰石针状晶体与自然骨中的磷灰石晶体相似。
将生物活性玻璃植入兔子股骨的实验表明，骨在玻璃表面再生，同时表面玻璃发生降解。
如果植入多孔玻璃碎片，流体与玻璃的接触面积增大，这可以促进整体玻璃转化。
生物活2011年第4期总第116期ISSN1672-1438CN11-4994/T性玻璃的缺点是机械强度差，所以只用于小缺陷修补。
表1 模拟体液与人血浆的离子成分 mmol•L-1Na+K+Mg2+Ca2+Cl-HCO3-HPO42-SO42-模拟体液142.0 5.0 1.52.5147.8 4.2 1.00.5人血浆142.05.01.52.5103.027.0 1.00.5目前，人们对生物活性玻璃诱导羟基磷灰石生成的机理是这样解释的：与玻璃表面S i―O键上O原子成键的碱金属和碱土金属离子容易溶解出来，使玻璃中的硅酸盐对磷灰石的成核产生催化作用(如图1所示)。
在与水接触的玻璃表面，钠离子和钙离子等离子溶出，生成富含S i O2、厚度约为80～100n m的无定形表面凝胶层。
在凝胶层的自然骨一侧，成骨细胞通过胶原纤维铺置到层上，同时体液中的氢离子进入玻璃表面，形成大量的S i―O H键。
玻璃表面的硅离子为磷灰石提供成核位点，促进磷灰石晶核的形成。
体液在通常状态下对磷灰石是过饱和的，加之玻璃溶出了钙离子，因此形成的晶核诱使体液中的钙离子与磷酸离子在骨胶原纤维周围形成羟基磷灰石晶体。
生长的晶体在界面的凝胶层中将植入体和成熟骨桥联起来，使骨-生物活性玻璃牢固结合，从而实现骨的修复。
图1 生物活性玻璃表面磷灰石生成机理示意图三、有序硅基介孔材料由于骨修复材料的研究趋势从组织替代上升为组织再生，人们在这个领域中引入了介孔陶瓷材料。
介孔指直径在2～50n m之间的孔。
介孔材料本身可与体液反应，诱导与自然骨相近的纳米磷灰石在材料表面形成，因而具有骨组织再生功能。
由于它具有更开放和更大的表面积，因而表现出更强的生物活性。
它的大量孔隙还可以负载不同的分子，并可在活体内以可控制的方式释放这些负载物，因此具有独特的药物传递功能，如图2所示。
图2 有序硅基介孔材料释放药物和蛋白的可能性示意图近年，有序硅基介孔材料广受关注。
例如，经典的M41S系列硅基介孔材料的孔径在2～10n m范围，孔隙分布非常有序、均匀，这非常利于精细控制药物承载和释放。
它的孔容积非常高，大约1c m3•g-1，利于容纳所需量的药物；表面积在500～1000m2•g -1范围，可产生较高的药物表面吸收。
该系列的M C M–41表面积甚至高达1157m2•g-1，负载量可达到139m g•g-1。
有序硅基介孔材料表现出良好的生物活性，例如M C M–48浸泡在模拟体液中60天后，可观察到表面形成磷灰石层。
材料中磷的含量与其生物活性密切相关，例如M C M–41在模拟体液中2个月都没有磷灰石产生，而含磷介孔材料P–M C M–41在相同条件下仅13天就生成了磷灰石。
有序硅基介孔材料的一种重要改性方法是对孔内表面的硅醇键进行修饰，实现功能化，以控制药物的承载量和释放速率。
以二膦酸盐类药物为例，它具有帮助骨骼再生的功能，结构如图3所示：图3 二膦酸盐类药物结构图分子中的P―C―P键使得它不易水解，口服进入体内后表面吸收非常弱，通常少于1%。
把膦酸盐2011年第4期总第116期ISSN1672-1438CN11-4994/T负载在硅介孔材料的孔隙中后，可使药物吸收率增大至40%。
例如，如图4所示，将孔径为3.8n m的M C M–41孔壁表面的硅醇基上连接上胺基，吸收骨代谢调节剂阿仑膦酸盐的能力增大3倍。
图4 丙胺基修饰的有序硅基介孔材料吸附阿仑膦酸盐有序介孔材料能局部释放肽、蛋白质等生物分子，可作为骨修复过程中帮助骨细胞发挥生理功能的支架，这为植入促进骨形成的生物分子的设计开辟了一条新的途径，因而具有重要的科学意义。
人们设想，使用具有生物相容性和生物可吸收性的功能化有序硅基介孔材料，其表面可生成羟基磷灰石，同时通过释放肽、生长因子等生物分子帮助产生新的活组织(如图5所示)，即通过所谓组织工程技术，达到修复骨组织缺损的目的。
图5 经有序介孔材料实现组织工程的示意图参考文献[1]王乙迪．羟基磷灰石与聚乙烯复合材料的组织相容性和骨传导性实验研究[J].眼科，2008，17(6)：386～389[2]谈国强．生物陶瓷材料[M].北京：化学工业出版社，2006[3]Hench L L et al．激活基因的玻璃[J].无机材料学报，2002，5：897～909[4]Hench L L.Bioceramics[J].J Am Ceram Soc，1998，81(7)：1705～1728[5]Vallet –Reg Metal．Influence of P2O5 on crystallinity of apatite formed in vitro on surface of bioactive glasses[J].J Biomed Mater Res，1999，46，4：441～591[6]Vallet –Regí M．Evolution of bioceramics within the field of biomaterials[J].CR Chimie，2010，13：174～185[7]Kokubo T．Formation of biologically active bone-like apatite on metals and polymers by a biomimetic process[J].Thermochim Acta，1996，280～281[8]Vallet-Reg Metal．Ordered Mesoporous Materials in the Context of Drug DeliverySy stems and Bone Tissue Engineering[J].Chem Eur J，2006，12：5934～5943[9]V a l l e t-R e g M e t a l.B o n e-r e g e n e r a t i v e bioceramic implants with drug and protein controlled delivery capability[J].Prog Solid State Chem，2008，36：163～191[10]Vallet-Reg Metal.Drug Confinement and Delivery in Ceramic Implants[J].Drug Metab Lett，2007，1：37～40[11]Vallet-Reg Metal．Mesoporous Materials for Drug Delivery[J].Angew Chem Int Ed，2007，46：7548～7558[12]I z q u i e r d o –B a r b a I e t a l．T i s s u e regeneration：A new property of mesoporousmaterials[J].Solid State Sci，2005，7：983～989[13]Vallet-Regí Metal．Phosphorous –doped MCM –41 as bioactive material[J]．Solid State Sci，2005，7：233～237[14]Balas F et al.Confinement and Controlled Release of Bisphosphonates on Ordered Mesoporous Silica –Based Materials[J].J Am Chem Soc．2006，128：8116～8117[15]Vallet –Reg Metal．L –Trp adsorption into silica mesoporous materials to promote bone formation[J].Acta Biomater，2008，4：514～522。