水热法合成羟基磷灰石晶须的工艺研究

纳米羟基磷灰石（HAP）增强聚合物基复合材料是替换硬组织的最理想材料，是植入材料的研究重点之一。为了制备与天然骨结构非常相似的复合材料，必须首先制备出性能优良的的纳米HAP粉体。对水热法制备HAP纳米晶须的工艺进行了研究，研究了反应时间、温度、起始反应物的浓度、钙磷比以及反应体系的pH值对合成HAP纳米晶须形貌的影响。用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和红外光谱（FT-IR）法，对制备的羟基磷灰石进行了表征和分析。结果表明：生成的HAP晶须的长度及长径比随反应时间的延长而增大。温度〈150℃时，得到HAP晶须；温度〉180℃，则得到细小HAP晶体的聚集产物。当反应物的pH=9时，得到的是缺钙型的HAP；当反应物的pH〈4时，产物中出现新相磷酸氢钙；当pH=2时，得到纯的磷酸氢钙。     

壳聚糖/羟基磷灰石骨修复材料的研究进展

首先概述了骨组织的成分、结构及功能,继而分别介绍了壳聚糖和羟基磷灰石的结构与性质,包括生物相容性、降解性、抗菌性、骨传导性等,综述了壳聚糖/羟基磷灰石复合材料的制备方法、力学性质、生物性能及研究现状,并对载药骨修复材料的研究作了简要介绍,最后展望了壳聚糖/羟基磷灰石骨修复材料在未来的发展前景.     

掺锶羟基磷灰石晶须的制备方法研究

HAP是良好的骨替代材料,锶的加入能够提高HAP的力学性能、降解性能。以磷酸氢二铵、硝酸钙、硝酸锶在94℃的恒温下制备几种含锶量不同的Sr-HAP。通过SEM、XRD和EDS对其进行分析,结果表明:锶可以掺入羟基磷灰石中形成掺锶羟基磷灰石晶须。     

聚己内酯/羟基磷灰石晶须复合多孔支架的研究

采用溶液浇铸法,以二氯甲烷作为溶剂,制备了聚己内酯/羟基磷灰石晶须(PCL/HAw)复合多孔支架,并进行了正交试验,综合分析了不同配方量的PCL和HAw对材料机械性能的影响。结果表明,可通过控制PCL的量来控制支架的力学性能,通过加入HAw提高支架的亲水性能,支架的接触角实验显示其接触角为81°;PCL的结晶度会随着HAw含量的增加而增强,复合多孔支架的抗拉强度为1.43M~9.21MPa,并在PCL与HAw的质量比为100∶3时达到最大;细胞毒性实验显示,PCL/HAw复合多孔支架细胞毒性为0,满足生物材料使用要求。     

有机—羟基磷灰石复合骨替代材料

本文对有机－羟基磷灰石复合生物材料的发展，研究近况作综述，对今后的发展方向也作描述。     

羟基磷灰石基多孔复合支架的制备及其表征

研究利用造孔剂法制备高度贯通的多孔羟基磷灰石(HA)支架,孔隙率约为78%,并利用聚己内酯(PCL)分别复合纳米HA(nHA)或微纳米生物玻璃(nBG)粉末对其进行涂覆改性,粉末的添加量均为10%~40%(质量分数)。4种类型支架分别记为HA、PCL/HA、nHA-PCL/HA和nBG-PCL/HA。实验结果发现,nHA-PCL/HA和nBG-PCL/HA复合支架最大抗压强度分别为1.41~1.98 MPa和1.35~1.78MPa。4类支架矿化实验显示,浸泡21d后nBG-PCL/HA表面促进生成较多的磷灰石矿化物;细胞实验结果显示细胞在4类支架上均生长良好,说明支架具有良好的生物相容性。支架在实验犬背部肌肉组织内植入2个月的组织学检测显示,4种支架内均有新骨形成,尤其是nHA-PCL/HA和nBG-PCL/HA孔内有更多的新生骨组织,说明这两种支架表面复合涂层中的生物活性纳米颗粒对诱导新骨生成具有积极的促进作用。     

原位水化法制备羟基磷灰石/壳聚糖复合支架材料

以含Ca2+和PO34-的溶液为无机相,壳聚糖(chitosan,CS)溶液为高分子相,采用原位水化法制备羟基磷灰石(hydroxyapatite,HAP)/CS复合多孔支架材料。XRD和IR的表征和分析表明水化24h后,复合支架中的钙磷盐从磷酸氢钙(dicalciumphos phate dehydrate,DCPD)转化为HAP。SEM和EDS显示15μm左右的棒状HAP颗粒均匀地分散在多孔支架的孔壁上,压缩强度的测试结果表明这种结构显著提高复合支架的力学性能。     

有机-羟基磷灰石复合骨替代材料

本文对有机－羟基磷灰石复合生物材料的发展、研究近况作综述,对今后的发展方向也作描述。     

羟基磷灰石纳米晶种原位增强磷酸钙骨水泥

将三种不同形貌的羟基磷灰石晶种添加到磷酸钙骨水泥中，研究了HA晶种形貌对CPC增强效果的影响。结果发现：晶种的形貌对CPC水化产物晶相没有明显影响；对CPC的抗压强度影响明显，具体为：大尺寸的HA晶种能更好地起到增强效果，添加3wt％时其抗压强度由初始的9．0MPa增加到36．9MPa，增幅达310％，最佳晶种添加量为2～4wt％。     

新型钇-羟基磷灰石骨水泥的制备及性能研究

利用高温固相法合成了掺钇的磷酸四钙,将其与无水磷酸氢钙以物质的量比1∶1混合制备了钇-羟基磷灰石骨水泥(Y-HAC)。结果表明:少量钇的掺入不会改变骨水泥的水化产物,骨水泥能正常水化,水化产物为弱结晶羟基磷灰石。与纯羟基磷灰石骨水泥(HAC)相比,Y-HAC的湿态抗压强度提高了120%,干态抗压强度提高了85%。同时,钇的掺入还提高了材料的孔隙率。Y-HAC的微观结构呈现紧密结合的片状羟基磷灰石结晶体。体外释放实验表明,钇的释放量极低,说明钇-羟基磷灰石骨水泥具有较好的稳定性。Y-HAC是一种很有前途的骨组织修复材料,并可用于载药材料和骨组织工程支架材料。     

3D打印HA微球支架的制备与表征

生物材料表面微结构对于成骨具有重要的影响,该研究以不同粒径(<60μm)的羟基磷灰石(HA)微球状粉体为原料,通过3D打印技术制备了一系列(HA0、HA10、HA30、HA50)生物陶瓷支架。不同支架具有相似的理化性能,由于微球粒径不同形成了不同的微结构,对其生物学性能造成不同的影响。相比传统非微球颗粒打印的支架(HA0), HA微球构成的支架能够提供更多细胞粘附和生长位点, 24 h的粘附实验显示HA30支架能显著促进骨髓间充质干细胞的伪足伸长;培养5 d的细胞增殖实验显示,微球支架上的细胞数量与HA0支架出现显著性差异,表面微球结构与细胞尺度相当的HA30支架具有最好的促增殖效果。因此,3D打印技术在可控制备HA支架宏观结构的同时,还可以通过控制生物陶瓷粉体的颗粒形貌,调控3D打印支架的表面微结构,从而优化其生物学效应,在骨组织工程领域具有良好的应用前景。     

Engineering 2D Mesoporous Silica@MXene‐Integrated 3D‐Printing Scaffolds for Combinatory Osteosarcoma Therapy and NO‐Augmented Bone Regeneration

The rising concerns of the recurrence and bone deficiency in surgical treatment of malignant bone tumors have raised an urgent need of the advance of multifunctional therapeutic platforms for efficient tumor therapy and bone regeneration. Herein, the construction of a multifunctional biomaterial system is reported by the integration of 2D Nb₂C MXene wrapped with S‐nitrosothiol (R? SNO)‐grafted mesoporous silica with 3D‐printing bioactive glass (BG) scaffolds (MBS). The near infrared (NIR)‐triggered photonic hyperthermia of MXene in the NIR‐II biowindow and precisely controlled nitric oxide (NO) release are coordinated for multitarget ablation of bone tumors to enhance localized osteosarcoma treatment. The in situ formed phosphorus and calcium components degraded from BG scaffold promote bone‐regeneration bioactivity, augmented by sufficient blood supply triggered by on‐demand NO release. The tunable NO generation plays a crucial role in sequential adjuvant tumor ablation, combinatory promotion of coupled vascularization, and bone regeneration. This study demonstrates a combinatory osteosarcoma ablation and a full osseous regeneration as enabled by the implantation of MBS. The design of multifunctional scaffolds with the specific features of controllable NO release, highly efficient photothermal conversion, and stimulatory bone regeneration provides an intriguing biomaterial platform for the diversified treatment of bone tumors.     

3D-Printed Piezoelectric Scaffolds with Shape Memory Polymer for Bone Regeneration

The application of piezoelectric nanoparticles with shape memory polymer (SMP) to 3D-printed piezoelectric scaffolds for bone defect repair is an attractive research direction. However, there is a significant difference in dielectric constants between the piezoelectric phase and polymer phase, limiting the piezoelectric property. Therefore, novel piezoelectric acrylate epoxidized soybean oil (AESO) scaffolds doped with piezoelectric Ag-TMSPM-pBT (ATP) nanoparticles (AESO-ATP scaffolds) are prepared via digital light procession 3D-printing. The Ag-TMSPM-pBT nanoparticles improve the piezoelectric properties of the AESO scaffolds by TMSPM covalent functionalization and conductive Ag nanoparticles. The AESO scaffolds doped with 10 wt% Ag-TMSPM-pBT nanoparticles (AESO-10ATP scaffolds) exhibit promising piezoelectrical properties, with a piezoelectric coefficient (d33) of 0.9 pC N⁻¹ and an output current of 146.4 nA, which are close to the piezoelectric constants of bone tissue. In addition, these scaffolds exhibit good shape memory function and can quickly recover their original shape under near-infrared (NIR) light irradiation. The results of osteogenesis capability evaluation indicate that the AESO-10ATP scaffolds can promote osteogenic differentiation of BMSCs in vitro and bone defect repair in vivo, indicating the 3D-printed AESO-10ATP piezoelectric scaffolds may have great application potential for bone regeneration.     

高分子3D打印材料和打印工艺

3D打印技术亦称为增材制造,是基于三维数学模型数据,通过连续的物理层叠加,逐层增加材料来生成三维实体的技术。3D打印技术与传统材料加工技术相比有许多突出的优势,吸引了国内外工业界、投资界、学术界、新闻媒体和社会公众的热切关注。目前制约3D打印技术发展的因素主要有两个:打印工艺和打印材料。高分子聚合物在3D打印材料中占据主要地位。介绍了当前3D打印常用的高分子材料(热塑性高分子和光敏树脂)和与之相适应的打印工艺(FDM、SLS、SLA、Polyjet等),并对它们的特性和优缺点进行了评述,讨论了这些3D打印材料和工艺的开发面临的问题和挑战。