天然HA与双相磷酸钙复合支架修复骨缺损对比研究

以真空冷冻干燥方法制备骨碎补-天然羟基磷灰石-壳聚糖和骨碎补-双相磷酸钙-壳聚糖两种复合多孔支架材料。通过对两种材料的组织结构、性能及观察不同时间兔颌骨骨缺损修复状态的研究,比较这两种支架材料的成骨性能。结果表明:骨碎补-天然羟基磷灰石-壳聚糖支架材料具有天然骨的结构及多孔形态,利于骨组织长入,骨密度值更高、骨修复速率高和骨吸收重建过程也优于双相磷酸钙的复合多孔支架材料,具有更好的成骨活性。     

纳米羟基磷灰石/壳聚糖-明胶复合支架材料缓释基因的研究

用冷冻干燥法制备不同比例的纳米羟基磷灰石/壳聚糖-明胶(n-HA/CS-Gel)三维多孔支架材料,加入含骨形态发生蛋白-2(BMP-2)基因的质粒后再次冷冻干燥,制成具有基因缓释功能的组织工程支架材料.对支架材料的形貌结构、力学性能、体外降解特性、质粒的体外释放特性及质粒完整性进行检测.结果显示:纳米羟基磷灰石均匀分散在支架材料中,随着其含量的增加,孔隙率减少,抗压强度提高,在体外降解速度减慢.质粒DNA在体外1～3d快速释放,并能够维持释放5周以上,随着纳米羟基磷灰石含量的增加,释放时间延长,释放出的质粒DNA能够保持完整性.具有基因缓释功能的n-HA/CS-Gel支架材料是一种有望用于临床的新型骨组织工程支架材料.     

多孔β-TCP骨支架材料孔壁表面纳米化研究

通过在多孔β-TCP骨支架材料的孔壁表面沉积类骨磷灰石层进行纳米化处理,结果表明,经模拟体液浸泡后可在多孔β-TCP材料孔壁表面形成具有纳米级精细结构的沉积层,晶粒形状为鳞片状;XRD、FTIR测试发现该沉积层为含有CO32-的磷灰石相,它具有与自然骨类似的化学组成和生物活性。另外,NaOH溶液预处理可有效促进类骨羟基磷灰石层的沉积速度,且沉积层趋于均匀化。     

生物活性多孔钽支架的构建及其初步生物学评价

表面生物活性涂层构建是提升金属内植物骨整合能力的有效途径,本研究利用电化学沉积技术在多孔钽支架表面构建生物活性羟基磷灰石(HA)涂层。通过接触角和比表面积测试发现,HA涂层的构建显著提升了多孔钽表面亲水性,并增加了其比表面积。利用模拟体液浸泡试验评估支架生物活性,发现仅浸泡3天后,多孔钽支架表面就已被类骨磷灰石沉积所覆盖。建成骨细胞培养模型,通过激光共聚焦观察及细胞增殖测试发现,所有支架均具有良好的细胞相容性。并且,细胞共培养5天后,HA涂层化多孔钽支架表面细胞的增殖率分别是未改性材料组和空白对照组的1.1和1.4倍,呈现了更大的促细胞增殖潜力。本研究中所制备的生物活性多孔钽支架具备快速诱导类骨磷灰石沉积能力,能够促进成骨细胞在其表面的贴附和增殖,在骨修复领域具有较大的临床应用前景。     

ChS/CSA/nHAP原位复合支架的研制及细胞学研究

制备一种新型的ChS/CSA/nHAP原位复合纳米骨修复支架,并对其进行细胞学研究。利用原位复合及冷冻干燥技术制备ChS/CSA/nHAP原位复合支架;采用乳鼠成骨细胞建立支架的体外评价模型,MTT法细胞增殖测定、细胞蛋白含量和碱性磷酸酶活性测定探究支架的细胞相容性及对成骨细胞功能的影响。结果表明:低结晶度的碳酸化nHAP均匀地分布在ChS/CSA有机基质中,支架具有类骨的微孔结构,可促进成骨细胞增殖、分化。因此ChS/CSA/nHAP原位复合支架具有良好的细胞相容性,有望成为一种新型骨组织修复材料。     

微纳米生物活性玻璃的细胞基因激活性能研究

微纳米生物材料目前已成为生物医用材料领域一个研究热点和难点。大量研究表明具有微纳米结构特征的生物材料表现出了积极的生物学响应。生物活性玻璃（BG）具有较高的生物活性、生物相容性,是一类重要的骨修复材料。而微纳米生物活性玻璃（MNBG）因其具有特殊的形态结构和理化性能,引起众多研究者的关注。但是目前对MNBG的研究还主要集中在制备、表征以及其表面类骨羟基磷灰石矿物在SBF溶液中的形成活性等方面,关于MNBG的细胞相容性以及基因激活性能方面的研究还鲜有报道。通过溶胶一凝胶法结合模板仿生技术合成了具有特殊微纳米结构和形态的MNBG,并将其浸提液与MG-63细胞共培养,研究生物玻璃溶出物对细胞增殖,成骨相关基因和蛋白表达的影响,结果证明相比于传统的熔融法制备的生物玻璃（45S5）浸提液,MNBG浸提液能够明显促进细胞增殖,激活细胞成骨相关基因,上调相关蛋白的表达,为设计和制备具有基因介导作用的新型生物活性玻璃骨修复材料提供了理论依据。     

C_((f))/HA-CS复合骨折内固定生物材料在体液中的吸湿膨胀研究

以羟基磷灰石-壳聚糖(HA-CS)为基体,碳纤维(C_((f)))为增强相,采用原位杂化法制备短切碳纤维增强HA-CS基生物复合材料.对所制备的可吸收C_((f))/HA-CS复合骨折内固定材料的吸湿膨胀及生物活性进行评价.研究羟基磷灰石含量对复合材料吸水性的影响以及复合材料在模拟体液中浸泡不同时间后的质量变化和表面羟基磷灰石的微晶仿生生长情况.采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对模拟体液浸泡后材料的结构和形貌进行表征.结果表明:复合材料中羟基磷灰石的含量与吸水率成反比,通过控制HA的含量可以控制复合材料的膨胀度;复合材料在模拟体液浸泡的过程中,随着浸泡时间的延长,复合材料的质量呈现先减少后增加的变化规律,复合材料具有很好的生物活性,能诱导羟基磷灰石微晶的沉积.     

仿生纳米纤维支架促进骨组织再生

人口老龄化,疾病以及交通事故等造成大量的人体骨组织损伤和丢失。如何实现骨组织缺损的快速修复与再生成为临床医学研究的重要课题和目标,而生物医用材料在其中发挥着极其重要的作用。目前临床上常用的骨组织修复材料如自体骨、异体骨、合成材料（金属,陶瓷,高分子）等都存在各种各样的问题,无法实现大规模的应用和骨组织的快速有效再生。而骨组织工程学科研究多孔支架结合细胞和生长因子来实现骨组织再生,以鳃决骨科临床面临的问题为目的。最近十多年来,三维纳米纤维支架由于可以仿天然细胞外基质的结构和形态而显示出较强的促进细胞增殖、成骨分化以及骨组织修复再生的能力。主要综述具有仿生的纳米纤维及其复合支架材料的制备技术以及他们在增强细胞功能、干细胞成骨分化、及其骨组织再生中的应用。     

先驱体裂解HA/CaSiO3多孔材料及性能

采用先驱体裂解法以聚碳硅烷(PCS)和碳酸钙(CaCO3)作为硅灰石(CaSiO3)的前驱体于1200℃常压烧结制备了羟基磷灰石/硅灰石多孔支架材料.采用 XRD 对材料进行物相分析;SEM进行材料内部组织结构的观察;万能试验机测其压缩强度;阿基米得法测其气孔率;模拟体液试验评估其生物活性.结果表明:制备的材料主晶相为羟基磷灰石和硅灰石,气孔率介于70%～80%之间,当硅灰石质量分数为30%时,支架的压缩强度达到3,48 MPa,气孔率为78.2%,且材料具有良好的生物活性.研究表明了先驱体裂解法制备HA/CaSiO3细胞支架的可行性.     

羟基磷灰石纳米粒子表面修饰的研究进展

羟基磷灰石是人体骨骼和牙齿的主要无机成分,具有良好的生物相容性和生物活性,且能诱导骨组织的生长,促进组织缺损的修复,是性能优异的骨修复材料。近年来,纳米羟基磷灰石由于其独特的性能,在生物医学领域展现出新的应用功能。但是,为了发挥纳米羟基磷灰石独特的功能特性,常常需要对其进行表面修饰,以满足生物医学应用的条件和要求。从生物医学角度,针对羟基磷灰石纳米粒子在生物显影、DNA转染、药物递送、与高分子复合、促进成骨和抑菌等方面的应用,对羟基磷灰石纳米粒子的表面修饰研究进行论述,探讨相关表面修饰思路和技术及修饰应用效果。通过表面修饰,不仅可以提高羟基磷灰石纳米粒子的分散性和悬浮稳定性,提升药物装载能力和促进成骨能力,还可以赋予其生物显影能力、主动靶向功能和抑菌能力。总之,表面修饰是一种促进羟基磷灰石纳米粒子生物医学应用的有效手段。     

利用纳米钯的受热收缩性制备高洁净度多孔钯材料

采用纳米钯黑做造孔剂并与海绵钯混合进行等离子脉冲放电烧结(SPS)的方法制备多孔钯块体材料。结果表明,纳米钯黑材料在500~550℃受热后会产生明显的收缩,具有良好的造孔效果。由于采用该方法不引入任何杂质,故可在550℃时制备出洁净度与孔隙率(87.88%)高、力学性能好的多孔钯块体材料。该方法也可为其它高洁净度多孔金属材料的制备提供有价值的借鉴。     

热处理温度对钛表面微纳米分级多孔膜结构特征影响规律

采用碱液处理医用钛表面制备出微纳米分级多孔结构膜层,通过酸处理以及不同温度热处理对微纳米分级多孔膜改性以提高其生物活性。利用SEM、EDS和XRD分析钛表面微纳米分级多孔膜的形貌、化学组成和物相组成,探讨热处理温度对钛表面微纳米分级多孔膜结构特征的影响规律。结果表明,当热处理温度低于750℃时,样品表面的微纳米分级多孔膜层形貌特征保持不变;当热处理温度为550℃时,钛表面微纳米分级多孔膜物相主要是结晶良好的锐钛矿型二氧化钛,具有良好的生物活性。     

不同类型多孔结构生物材料支架制备及其性能优化

多孔支架是组织工程应用中的关键环节,类似细胞外基质的作用,支撑细胞的粘附和随后细胞向组织的衍化。虽然目前已采用多种制备技术研发出大量的多孔支架,但是多孔生物材料支架的制备和性能优化,仍然是组织工程支架领域的研究热点。结合实验室工作,综述了多种制备不同类型多孔结构生物材料支架的制备技术,主要包括颗粒和纤维堆积型支架、泡沫浸渍法支架和颗粒制孔支架等的制备技术,并阐述了这些制备技术对多孔结构支架的孔结构、贯通性和力学性能的改善效果。其目的旨在提供满足组织工程需求的多孔生物材料支架。     

多孔磷酸钙骨水泥与钛合金支架材料修复兔颅骨骨缺损的比较研究

通过采用结构可控的多孔磷酸钙骨水泥(calcium acid phosphate cement, CPC)和钛合金支架材料修复兔颅骨骨缺损,比较了两种修复材料骨环境下的成骨性能。结果显示,与多孔钛合金材料相比,多孔CPC材料表现出了更好的成骨活性。CPC材料的新生骨量、成骨速率均高于钛合金材料。而且骨吸收重建过程也早于钛合金材料。同时,三维贯通的孔隙结构有利于骨组织的长入,能够在一定程度上克服钛合金材料的应力屏蔽缺陷, 使植入体在早期获得良好的固位, 从而使界面骨性结合得以顺利进行。     

多孔Fe-Mn合金表面微纳形貌调控及其生物相容性评价

铁基可降解金属因其良好的生物相容性和优异的机械性能,在骨科植入物领域具有广阔的应用前景,但必须突破其降解速率过慢的瓶颈问题。本研究通过电化学技术对3D打印多孔铁锰合金(Fe-30Mn)支架表面进行去合金化处理。通过扫描电镜观察发现,以盐酸和氯化钠分别作为去合金化处理介质溶液,可以在支架表面形成多微孔网络结构和片状纳米结构。接触角和粗糙度测试显示,2种微纳结构的构建均显著改善了Fe-30Mn支架表面亲水性,并提升了其表面粗糙度,多微孔网络结构更加粗糙并且亲水性更好。利用静态浸泡法和电化学耐腐蚀实验评估合金化处理前后支架的腐蚀速率,发现表面微纳结构的形成可加速Fe-30Mn支架的降解。建立体外成骨细胞培养模型,通过激光共聚焦观察及细胞增殖测试发现,经合金化处理的2种支架均能支撑细胞的贴附和增殖,具有良好的细胞相容性。结果表明,经电化学去合金化处理后,Fe-30Mn支架的降解速度得以增强,同时保持了良好的生物相容性,有望在骨修复领域得到较好应用。     

多孔钛骨组织工程支架设计及孔结构表征

针对目前骨组织工程支架微孔结构难以准确设计制备的问题,提出了一种基于点云的参数化建模+3D打印新方法。通过提取cube(C)、diamond(D)、gyroid(G)3种结构的型面函数点云数据,完成对不同孔结构特征的参数化建模。通过对模型有限元力学分析,对不同孔结构特征的多孔钛骨组织支架进行力学设计与订制。借助激光选区熔融(SLM)3D打印技术,完成对不同孔特征的骨组织支架快速成型。对多孔钛骨组织支架进行了相关材料学表征,包括孔结构表征与力学性能测试。结果表明:参数化模型的快速成型制造,能够有效地设计制备钛合金骨组织工程支架的孔结构特性,且可有效设计订制支架的力学性能,从仿生的角度实现多孔钛合金骨组织工程支架生物学功能的设计优化。     

Co Filled Porous Anodic Alumina Film Fabricated on ECR-Al Film with Silicon Substrate

Magnetic Co nanodots embedded in the porous anodic alumina films(AAFs)on silicon substrate can be used as the magnetic recording material with high area recording density.For this purpose,pure aluminum films were deposited on Si substrate with the Electron Cyclotron Resonance(ECR)plasma sputtering technique,and AAFs with vertical nano holes were synthesized with the two-step anodization process in oxalic acid.Finally magnetic material Co was deposited into the nano holes with electrochemical method.The results showed that polycrystalline ECR-Al films are homogenous and fit for the synthesis of AAFs with uniform distributed nano holes when ion sheath formed in front of the substrate surface.The diameters of AAF nano holes were in the range from 30 to 70 nm,and the hole pitches were approximately 100 nm,the AAF on silicon substrate was about 100 nm thick after two-step anodization.Magnetic Co nanodots filled into the nano holes of AAF exhibited both fcc and hcp structures.     

Portable nano probe for micro/nano mechanical scratching and measuring

A nano probe system which can measure precise micro parts or optical parts in nanometer range resolution and scratch contact force in mN scale was demonstrated. The nano probe was originally designed for on-machine measuring applications and one kind of contact type measuring probes was designed for miniaturized or microfactory system. It ideally should be of small size and able to measure surface topography in nanometer scale. A commercial capacitive displacement sensor was proposed. It was a new concept in nano probe systems which can measure the displacement of shaft driven by the variation of surface topography. The nano probe mainly consisted of three parts: a capacitive displacement sensor, a porous type air slide and a contact probe part with various tip radiuses. The porous type air slide assured the shaft slided smoothly with controllable normal force in mN scale and had high positioning accuracy. The probe part which was directly in contact with target surface, can be applied to micro/nanoscale scratching as well as the measurement of sample topography by a simple tip change.     

新型多孔镁压缩性能的有限元分析

利用有限元方法建立了激光打孔制备的直孔型多孔镁样品的压缩模型,系统分析了孔隙率、孔径及孔的排布对多孔镁样品压缩性能的影响,初步探讨了多孔镁在压缩过程中的变形规律.模拟计算结果表明,随着孔隙率、孔径的增加和孔的排布角的减小,多孔镁压缩曲线下移,屈服强度和弹性模量随之下降;多孔镁的压缩变形规律符合金属的最小阻力定律.