纳米羟基磷灰石与聚乳酸复合材料的研究进展及发展前景

目录

摘要 (1)

引言 (1)

1、纳米羟基磷灰石与聚乳酸复合材料的发展及应用现状 (1)

1.1nHA-PLA复合材料性能 (1)

1.1.1nHA-PLA复合材料的生物相容性 (2)

1.1.2nHA-PLA复合材料的力学性能 (2)

1.2nHA-PLA复合材料国内外发展状况.... (2)

1.2.1nHA-PLA国外发展状况 (2)

1.2.2nHA-PLA国内发展状况 (3)

2、nHA-PLA复合材料制备工艺及发展前景的研究 (3)

2.1nHA-PLA复合材料的制备工艺 (3)

2.1.1热压成型法 (3)

2.1.2直接喷涂法 (3)

2.1.3原位聚合法 (3)

2.1.4微粒吸附法 (3)

2.1.5溶液共混法 (4)

2.2nHA-PLA复合材料的展望 (4)

结论 (4)

参考文献 (4)

[摘要]

聚乳酸是一类重要的生物降解聚合物,羟基磷灰石是人体骨骼的基本成分。以羟基磷灰石为增强材料、聚乳酸为基体制备的羟基磷灰石/聚乳酸复合材料,是无机/有机生物复合材料的典型代表,具有良好的力学性能与生物相容性,在很多领域有重要的应用。本文主要综述了纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的制备方法以及对纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的展望。

[关键词]聚乳酸；纳米羟基磷灰石；复合材料；制备方法；发展展望

引言

随着材料学和医学的发展，新型人工骨复合材料一直是生物材料领域的研究热点。人工骨复合材料的研究不仅要具有良好的随着材料学和医学的发展,新型人工骨复合材料一直以来都是生物材料领域的研究热点之一。人工骨复合材料的研究不仅要具有良好的生物相容性,而且能够与天然骨组织间形成骨性结合, 从而使植入生物体内人工骨复合材料能够长期发挥相应的生理功能[1]。纳米羟基磷灰石（nHA）是一种具有代表性的生物活性材料,是现在人工骨材料研究的一个热点,其具有良好的骨传导性能和生物活性,能与骨组织形成牢固的骨性结合促进骨骼生长, 并且相态比较稳定, 无毒性、无炎性,是公认的性能良好的骨修复替代材料。但也自身存在的一些不足,如抗疲劳性差,生物可吸收性差, 压缩强度较低,替代速度慢,植入体内后可能出现疏松、迁移、破坏等。聚乳酸（PLA）是一种具有良好生物相容性和生物降解特性的聚合物,[2]具有较好的机械强度、弹性模量和热成型性, 在骨组织和软骨组织的再生与修复等骨组织工程中基本能满足作为细胞生长载体材料的要求。聚乳酸最终降解产物是二氧化碳和水,中间产物乳酸是体内正常代谢物,因此,在生物体内降解后不会对生物体产生大的不良影响[3]。PLA材料的不足之处在于其机械强度较差,不具有骨传导性,在临床单独使用时,修复骨缺损的速度很慢,尤其是对于较大的骨缺损,难以达到完全修复,所以单纯的PLA人工骨材料不是理想的骨修复替代材料。目前,研究最多的是纳米羟基磷灰石与聚乳酸复合的人工骨材料,将这两种材料进行复合则有望使其相互取长补短,从而得到理想的骨替换材料[4]。

1、纳米羟基磷灰石与聚乳酸复合材料的发展及应用现状

nHA-PLA复合材料性能优异，在当今人工骨骼的应用中有着不可代替的重要作用。前期实验证实：当纳米羟基磷灰石含量为20%时，聚乳酸/羟基磷灰石纳米复合材料的抗弯强度为175 MPa，能很好地满足人体自然骨的生物力学要求[5]。人工骨进入人体后将与组织和细胞直接接触，因此，人工骨需要有很好的生物相容性，此外，还需为细胞长入提供足够的支架空间。发现聚乳酸/羟基磷灰石纳米复合材料有良好的生物相容性，对MC3T3-E1 细胞无毒副作用，同时可促进支架材料上细胞的成骨分化[6]。

1.1 nHA-PLA复合材料的性能

n HA-PLA复合材料具有良好的生物相容性与力学性能，充分满足了人造骨骼的生物及力学要求。

1.1.1 nHA-PLA复合材料的生物相容性

理想的移植材料修复骨损伤，应通过骨传导和骨诱导的生物学机制来实现。单纯支架材料移植主要通过骨传导方式来修复骨损伤，骨愈合从宿主骨与移植骨连接处开始，宿主骨骨膜中的成骨细胞想移植材料表面及内部生长，成骨细胞合成及分泌Ⅰ型胶原、碱性磷酸酶、骨形态发生蛋白（BMP）及骨钙素等多种成分，通过Ⅰ型胶原的矿化及生长因子的作用，新生骨组织逐渐形成；同时移植材料在不断降解，最终由血管化和新生骨组织替代[7]。蓝旭等[8]人利用实验观察组织工程化骨修复骨缺损后1h、7d、14d血流流变学指标与骨缺损修复区术后14d局部血流量变化，结果表明nHA-PLA构建的组织工程化骨可作为自体骨的替代材料修复节段性骨缺损，nHA-PLA复合材料构建的组织工程化骨组血液粘度低于PLA材料的植入对照组，骨折局部血流量高于对照组。成功诱导周围组织间充质干细胞大量向骨细胞转化，并趋使成骨细胞向支架材料内部移动，使得支架材料的骨修复能力得以明显增强。通过仿生学原理制备的nHA-PLA支架拥有微米级孔隙，具有良好的骨传导性、生物相容性及可降解性。

1.1.2 nHA-PLA复合材料的力学性能

性能良好的支架不仅应具有合适的孔径和孔隙率，还应拥有适宜的力学性能，这样才能保证支架在体内保持良好的形状和性质。Deng等[9]合成nHA-PLA复合支架的组织工程化骨修复节段性骨缺陷，根据动物桡骨缺损区植入不同材料，术后对照检查、组织学观察、计算机图像分析和生物力学测定，结果证实nHA-PLA复合支架可作为自体骨的替代材料修复节段性骨缺损。强小虎等[10]采用共混复合工艺制备不同nHA 质量分数的复合材料，其弯曲强度随着nHA体积分数的增肌而增大，nHA微粒质量分数为0.15时弯曲强度出现峰值。

1.2 nHA-PLA复合材料国内外发展状况

1.2.1 nHA-PLA复合材料国外发展状况

在国外, Marra K G等报道了羟基磷灰石增强的复合材料作为骨组织工程的支架材料在兔骨方面的应用,但复合材料的基体是聚己内酯( PCL) 与PLGA 的共混物[11]。Ma P X 等则深入观察HA/ PLLA 三维多孔骨组织工程支架材料中HA诱导骨的生长过程,他们发现:仅PLLA 时造骨细胞主要附着在聚合物表面,而复合时会渗透到支架材料内部,均一分布,且存活率高;在6周的体外培养中,虽然造骨细胞在两类支架材料中都可以增生扩散,常要多,mRNA的骨特殊标记也有更多显示；新组织不停地在复合材料中增加,但纯PLLA时新组织仅在靠近材料的表面形成[12]。

nHA-PLA复合材料在国外起步较早，取得了一些重大的研究成果。生产方式也在科技进步中取得了发展，大规模生产技术成熟，生产效率较高。