复合生物材料的研究进展
复合细菌纤维素材料的研究进展
复合细菌纤维素材料的研究进展摘要：细菌纤维素（BC）是一类由微生物合成的可降解环保型生物高分子材料。
近年来，国内外研究者致力于对BC进行生物和化学改性，研制出多种复合细菌纤维素材料。
复合细菌纤维素材料在一定程度上优化了BC的理化和生物学、材料学性能，拓宽了BC的应用范围和领域。
本文简要介绍细菌纤维素的性质和应用，并对发展前景进行展望。
关键词：细菌纤维素、复合、应用细菌纤维素（简称BC）是由微生物发酵合成的多孔性网状纳米级生物高分子聚合物，因其由细菌合成而命名为细菌纤维素。
目前已知的细菌纤维素生产菌属有醋杆菌属、无色杆菌属、假单胞菌属、根瘤菌属、八叠球菌属、气杆菌属、固氮菌属、土壤杆菌属和产碱杆菌属等，其中研究最多、合成能力最强、生产潜力最大的菌种是木醋杆菌。
BC的纤维直径在纳米范围内，其相互交错无序排列形成微纳米级的孔隙，为许多小分子进入提供了合适的空间。
以BC为模板，利用其纳米级的超细网络结构以及其表面大量的活泼羟基，通过化学修饰、材料复合等途径，可以赋予BC更多特殊性能。
一、细菌纤维素的特性1、1 纳米结构细菌纤维素具有独特的束状纤维，其宽度约100ｎｍ，厚度为3—8ｎｍ，单根细丝纤维直径为2—5nm，属于纳米级纤维，其大小为人工合成纤维的1/10，在纤维研究中是目前发现最细的天然纤维。
1、2 高持水性和高透气性细菌纤维素分子内有大量的亲水基团及很多孔道，因此具有良好的透气、透水和持水性能。
根据实验条件不同，细菌纤维素可吸收比自身干重大60—700倍的水分，细菌纤维素膜的持水性能为600%—1000%。
1、3 高抗张强度和弹性模量细菌纤维素因其分子内存在大量的氢键，而具有高杨氏模量，其经处理后，弹性模量可达1.5×109Pa，这一性能满足其作为医用敷料、医用组织器官及其他产品的要求。
细菌纤维素抗撕拉能力是同样厚度的聚乙烯和聚氯乙烯膜的6倍，证明了细菌纤维素膜比人类的动脉和静脉更有弹性。
聚合物基复合材料的发展现状和最新进展
聚合物基复合材料的发展现状和最新进展聚合物基复合材料是由聚合物基质中加入颗粒、纤维或薄片状增强材料制成的材料。
它具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性能，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
下面将介绍聚合物基复合材料的发展现状和最新进展。
1.纳米材料的应用：近年来，纳米材料成为聚合物基复合材料的研究热点。
纳米粒子的添加能够提高复合材料的力学性能、导电性能和热稳定性能。
例如，纳米粒子的添加可以提高聚合物基复合材料的强度和硬度，使其具有更好的抗冲击性能和热阻性能。
2.高性能增强材料的研发：为了提高聚合物基复合材料的力学性能，研究人员不断提出新的增强材料。
例如，石墨烯是一种具有优异力学性能和导电性能的二维纳米材料，已被广泛应用于聚合物基复合材料中。
同时，碳纳米管、纳米纤维和陶瓷纤维等增强材料也在不断研发中，并取得了较好的效果。
3.新型复合材料的研制：除了传统的增强材料外，研究人员还在努力研制新型复合材料。
例如，聚合物基复合材料中加入具有形状记忆功能的材料，可以使复合材料具有形状可逆调变的功能。
此外，聚合物基复合材料中加入具有光敏性能的材料，可以使复合材料具有光刻功能，从而实现微纳米加工和器件制备。
1.可持续性发展：随着环境问题的日益突出，研究人员开始关注聚合物基复合材料的可持续性发展。
他们试图将可持续材料（如生物基材料）应用于聚合物基复合材料中，以减少对环境的影响。
同时，研究人员还探索了聚合物基复合材料的循环利用和回收利用技术，以实现资源的有效利用。
2.多功能复合材料的研究：为了满足不同领域的需求，研究人员开始研究多功能复合材料。
多功能复合材料可以同时具有力学性能、光学性能、导电性能、热学性能等多种功能。
例如，研究人员研制出了具有自修复功能的聚合物基复合材料，可以在受损后自动修复，延长使用寿命。
3.智能复合材料的研制：智能复合材料是指能够根据环境和外界刺激自主调整性能的复合材料。
例如，研究人员设计了具有温度响应性能的聚合物基复合材料，可以根据温度的变化改变其形状和力学性能，实现智能控制。
生物材料研发的新进展
生物材料研发的新进展在当今科技不断发展的年代，生物材料研发成为了一个备受关注的领域。
生物材料的应用范围非常广泛，主要包括医疗、食品、农业和环境等领域。
随着人们对于健康和生活质量要求的不断提高，对于优质生物材料的需求也越来越大。
因此，生物材料研发的新进展是一个备受关注的话题。
一、生物可降解材料的发展生物可降解材料是指与自然环境相容的材料，能够被微生物降解变成二氧化碳和水。
生物可降解材料的应用范围非常广泛，主要是因为它具有良好的生物相容性、可降解性和可塑性等特点。
随着人们对于环境污染和可持续发展的要求越来越高，生物可降解材料的研究和应用也越来越重要。
目前，生物可降解材料的应用主要集中在医疗领域。
例如，可降解的生物材料可以被应用到骨修复、软组织修复和药物输送等方面。
随着生物可降解材料的发展和应用不断深入，其在农业、食品和环境等领域的应用也将越来越广泛。
二、仿生材料的研究仿生材料是指模仿生物体结构、功能和性能的材料。
仿生材料的研究是一项新兴的领域，它通过借鉴生物体的原理，设计出人造材料来模仿自然物体的结构和机能。
这种材料可以应用于各个领域，例如无人机的机翼，医疗领域的人工心脏瓣膜等。
在仿生材料的研究过程中，一个重要的问题是如何通过仿生材料来提高材料的可控性和性能。
目前，研究人员正在借助3D打印技术来制造仿生材料。
通过3D打印技术，科学家可以设计出各种形状和结构的材料，以满足不同的需求。
三、生物材料的纳米技术应用纳米技术是一种将物质加工成纳米尺度的新技术，它可以改变物质的性质和功能。
生物材料的纳米技术应用是一个新兴的领域，它主要是利用纳米技术来改进和设计生物材料的性能和功能。
生物材料的纳米技术应用主要包括以下几个方面：1. 纳米粒子在生物材料中的应用：纳米粒子可以通过极小的体积和表面积来提高生物材料的性能。
例如，可以利用纳米粒子来改善药物输送系统的性能，从而提高药物的疗效。
2. 纳米纤维材料：纳米纤维材料可以提供更大的表面积和更好的机械性能，从而可以作为优良的医用材料。
纳米羟基磷灰石及其复合材料的研究进展_李志宏
医疗卫生装备·２００７年第２８卷第４期ＣｈｉｎｅｓｅＭｅｄｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪｏｕｒｎａｌ·２００７Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．４纳米羟基磷灰石及其复合材料的研究进展李志宏武继民李瑞欣许媛媛张西正（军事医学科学院卫生装备研究所天津市３００１６１）摘要纳米羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，是较好的生物材料，被广泛应用于骨组织的修复与替代技术。
但是，由于材料本身力学性能较差制约了羟基磷灰石的进一步应用，因此，提高及制备综合性能优越的纳米羟基磷灰石复合生物材料是当今研究的重心和热点。
综述了纳米羟基磷灰石制备的主要方法及其复合生物材料的研究进展，并探讨了纳米羟基磷灰石骨修复材料的发展方向。
关键词纳米羟基磷灰石；复合材料；骨修复Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｎａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅａｎｄｉｔｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅＬＩＺｈｉ－ｈｏｎｇ，ＷＵＪｉ－ｍｉｎ，ＬＩＲｕｉ－ｘｉｎ，ＸＵＹｕａｎ－ｙｕａｎ，ＺＨＡＮＧＸｉ－ｚｈｅｎｇ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｄｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＡｃａｄｅｍｙｏｆＭｉｌｉｔａｒｙＭｅｄｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１６１，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＮａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄａｓｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅａｎｄｐｒｏｓｔｈｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｏｓｓｅｏｕｓｔｉｓｓｕｅ，ｏｗｉｎｇｔｏｉｔｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｉｓｓｕｅｂｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ．Ｂｕｔｔｈｅｐｏｏｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅｒｅｓｔｒｉｃｔｓｉｔｓｆｕｒｔｈｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｍａｎｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｄｉｃａｔｅｄｔｏｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｍａｉｎｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｎａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｉｔｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．Ｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｉｎｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｓｗｅｌｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｎａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ；ｂｏｎｅｒｅｐａｉｒ作者简介：李志宏，硕士，主要从事高分子材料和生物材料方面的研究；武继民，博士，硕士生导师，副研究员。
生物材料的研究进展
标题：生物材料的研究进展摘要：本文主要讨论了生物材料的研究进展，包括其定义、分类、应用以及当前的研究热点和未来可能的趋势。
我们还将讨论一些重要的研究成果，以及这些成果如何影响生物材料的发展和应用。
一、引言生物材料是一种用于替代、修复或增强人体组织的材料。
它们通常由生物兼容性材料制成，旨在模拟天然组织的结构和功能，以最小化免疫反应并促进组织愈合。
随着医疗技术的进步，生物材料的研究和应用已经取得了显著的进展。
二、生物材料的分类和当前研究热点1.天然生物材料：许多天然生物材料，如骨胶原、真皮脂肪等，已经被成功地用于组织工程和再生医学。
这些材料具有天然组织的结构和功能，可以促进细胞粘附和生长。
2.合成生物材料：合成生物材料，如聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）等，在组织工程和药物传递领域中得到了广泛应用。
这些材料可以通过生物降解和再利用，提供持续的药物释放，并促进组织再生。
3.复合生物材料：复合生物材料是由两种或多种具有不同特性的材料组合而成。
例如，聚合物/生物活性物质的复合材料，可以同时提供机械性能和生物活性。
此外，纳米复合材料也被广泛研究，因为它们具有优异的力学性能和生物兼容性。
当前的研究热点包括开发新型生物材料以应对复杂的医疗需求，如组织修复、药物传递和疾病治疗等。
此外，如何优化生物材料的性能，减少免疫反应，提高组织愈合速度，也是当前研究的重点。
三、研究成果和未来趋势近年来，我们已经取得了许多重要的研究成果，包括开发出新型生物降解塑料、成功应用于组织工程的药物传递系统等。
未来，随着生物材料的进一步研究和开发，我们有望看到更多的创新性应用和治疗方法。
未来趋势包括更深入地了解生物材料的分子和细胞机制，以优化其性能；利用先进的制造技术，如3D打印，生产定制化的生物材料；以及探索新的应用领域，如生物医用塑料在创伤修复和器官再生医学中的应用。
四、结论生物材料的研究进展显著，它们在组织工程、药物传递和疾病治疗等领域中发挥了重要作用。
材料学中的生物纳米复合材料研究
材料学中的生物纳米复合材料研究在材料学领域，随着科技的不断发展，人们对于新型材料的研究兴趣不断增加。
其中，生物纳米复合材料成为了研究的热点之一。
生物纳米复合材料是利用纳米技术将生物材料与纳米材料相结合而形成的一种新型复合材料。
它具有许多优异的性能和广泛的应用前景。
本文将介绍生物纳米复合材料的研究进展和应用领域。
1. 生物纳米复合材料的制备方法生物纳米复合材料的制备方法多种多样，其中常见的方法包括化学合成法、物理合成法和生物合成法。
化学合成法是利用化学反应将纳米材料与生物材料进行复合，如溶液法和溶胶-凝胶法。
物理合成法是通过物理手段将纳米材料与生物材料进行复合，如热处理、电化学方法和机械处理等。
生物合成法则是利用生物体自身的特性合成纳米材料，并将其与生物材料进行复合，如细菌发酵法和植物提取法。
2. 生物纳米复合材料的性能特点生物纳米复合材料在性能上具有许多独特的特点。
首先，生物纳米复合材料具有较高的表面积与体积比，这使得材料具有更好的催化活性和吸附性能。
其次，生物纳米复合材料的生物相容性较好，不易引起免疫反应和毒性反应，因此在药物传输和组织工程等领域具有广阔的应用前景。
此外，生物纳米复合材料还具有较高的力学性能和耐热性能，可以满足不同领域的需求。
3. 生物纳米复合材料的应用领域由于其优异的性能，生物纳米复合材料在许多领域得到了广泛的应用。
首先，它在生物医学领域具有重要的应用前景。
生物纳米复合材料可以用于制备药物载体，用于控释药物，提高药物的疗效和降低药物的副作用。
其次，生物纳米复合材料还可以应用于环境保护领域，如用于废水处理、重金属离子吸附等。
除此之外，生物纳米复合材料还可以用于传感器、催化剂等领域。
4. 生物纳米复合材料的发展趋势随着科技的不断进步，生物纳米复合材料的研究将会取得更大的突破和进展。
首先，研究人员将继续改进制备方法，以实现更高效、可控的生物纳米复合材料的制备。
其次，研究人员将进一步探索材料的性能调控机制，以提高材料的性能和稳定性。
纤维素纳米晶体增强生物塑料复合材料的研究进展
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木质素复合水凝胶性能及应用的研究进展
木质素复合水凝胶性能及应用的研究进展一、本文概述木质素复合水凝胶作为一种新型的生物材料，近年来在科研领域引起了广泛关注。
其独特的结构和性能，使其在生物医药、农业、环保等多个领域具有广阔的应用前景。
本文旨在综述木质素复合水凝胶的性能及其在各领域的应用研究进展，以期为推动该材料的进一步发展提供参考。
本文将首先介绍木质素复合水凝胶的基本概念和制备方法，阐述其独特的结构和性能特点。
随后，将重点综述木质素复合水凝胶在生物医药、农业、环保等领域的应用研究进展，包括药物载体、组织工程、农业保水、重金属离子吸附等方面的应用。
还将对木质素复合水凝胶的改性方法和性能优化进行探讨，以期提高其在实际应用中的性能表现。
本文将总结木质素复合水凝胶的性能特点和应用前景，展望其未来的发展方向和潜在应用价值。
通过本文的综述，希望能够为木质素复合水凝胶的研究和应用提供有益的参考和指导。
二、木质素复合水凝胶的制备木质素复合水凝胶的制备是其在各种应用中使用的前提。
木质素因其独特的化学和物理性质，如良好的生物相容性、可再生性、环境友好性以及在多种溶剂中的溶解性等，成为了制备复合水凝胶的理想选择。
复合水凝胶的制备过程涉及多个步骤，包括原料的选取、预处理、混合、交联反应以及后续的成型和干燥等。
原料的选取是关键。
木质素来源广泛，可以从不同的植物或工业废弃物中提取，如木材、农作物废弃物等。
这些原料经过破碎、研磨和提取等预处理后，得到纯度较高的木质素。
将木质素与其他高分子材料或纳米材料进行混合。
这些材料可以是天然高分子，如壳聚糖、海藻酸钠等，也可以是合成高分子，如聚丙烯酰胺、聚乙二醇等。
混合过程可以通过溶液共混、熔融共混等方法进行。
接下来，通过交联反应使木质素与其他高分子之间形成化学键合。
这可以通过引入交联剂，如甲醛、戊二醛等，或者使用光引发、热引发等方法进行。
交联反应可以使木质素复合水凝胶具有更好的稳定性、机械性能和吸水性能。
通过成型和干燥等步骤得到最终的木质素复合水凝胶。
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综 述复合生物材料的研究进展郝建原3,邓先模(中国科学院成都有机化学研究所,成都 610041) 摘要:从力学性能的改善和降解速率的可调性等角度,总结了复合生物材料与单一组分的材料相比,在生物医用领域应用中所表现出的综合使用性能的优越性。
综述了复合生物材料,特别是用于骨修复的各类有机/无机复合材料近年来的研究进展状况。
提出将与人骨中磷灰石微晶类似的羟基磷灰石纳米粒子与可降解聚酯材料进行复合,能够得到具有优越骨诱导性能并且能够降解的新型骨修复材料。
这方面的研究代表了有机/无机复合生物材料领域新的发展方向。
关键词:复合生物材料;骨修复材料;羟基磷灰石纳米粒子生物材料也称为生物医学材料,是指以医疗为目的,用于与组织接触以形成功能的无生命的材料[1]。
生物医学材料发展和应用的高级阶段就是其在组织工程中的应用,通过构建具有一定活性的基体材料,制备具有生物相容性的器件或器官,实现对人体损害或缺损组织的修复或替代[2]。
由于人体功能的复杂性,随着生物材料在人体具体应用形式和场合的不同,对材料各项性能指标的要求也不尽相同;另外,即便是某一特定应用场合,对生物材料的性能要求也不是单一的,而是多样性能的综合平衡。
例如人体组织的修补材料,理想的组织修补材料随着人体新组织的长出,应逐渐被人体吸收,直至完全被新组织替代。
在这一替代过程中,修复材料的降解速度要适应于机体对材料机械力学性能的要求。
对于缺损的硬组织来说,修补材料要承受一定的载荷,因此必须有一定的起始强度和韧性,而且其强度随降解过程的衰减要与新组织的形成速度相匹配。
而对于受到损害的软组织来说,修复材料也需在一定的降解周期内保持适当的强度,从而可以将生物力学的刺激传递给活细胞,引导新组织在基体材料内定向生长[3]。
然而在很多应用场合下,单一组分或单一结构的材料都无法很好满足机体对材料性能多样性的要求。
这时就需要综合多种组分或结构的性能优势,形成所谓的复合生物材料,更好地实现对人体受损组织的修复作用。
1 复合生物材料的性能优势与单一组分或结构的生物材料相比,复合生物材料的性能具有可调性。
通过选择合适的复合组分或结构,改变组分之间的配比,可以得到降解特性和机械力学性能均可调,并相互匹配以适应实际应用场合的新材料。
复合生物材料的性能优势主要表现在以下两个方面。
111 降解模式和降解速率的可调性人体内除一些功能复杂的脏器器官发生损害或有大面积的组织发生创伤需要永久性替换外,作者简介:郝建原(1972-),男,山西省忻州市人。
1994年毕业于合肥工业大学化学工程系。
翌年考入中科院成都有机化学研究所,从事生物医用材料方面的研究工作,并分别于1998年和2001年获得高分子化学与物理专业理学硕士学位,以及有机化学专业博士学位。
曾参加过多项国家自然科学基金项目和国家“863”高科技项目的研究,在国际“SCI”收录刊物上发表论文近10篇;3通讯联系人。
其它组织的损害都可在生物材料的帮助下自行愈合,重建功能。
因此用于这些场合的生物材料的降解性能就成了十分重要的性能之一。
要想获得具有合适降解速率的复合材料,就要对现有可降解材料的降解特性有所了解。
可生物降解的材料有天然高分子、生物合成高分子、人工合成高分子、生物活性玻璃、磷酸三钙等。
天然高分子均为亲水性材料,如胶原、明胶、甲壳素、淀粉、纤维素、透明质酸等,它们在人体内的降解速度与材料在人体生理环境下的溶解特性有关。
例如明胶分子能够溶于与体液相似pH值为714的生理盐水中,因而必须先进行交联才能作为材料在人体中使用[4～6],其交联产物在人体内降解2溶解的速度很快,几天内就可被人体完全吸收。
与此相对应,在正常生理环境下不溶解的天然高分子,如甲壳素(在酸性环境下溶解)[7],其降解速率就要慢得多。
生物合成高分子是一类由细菌发酵产生的聚酯高分子,其最具代表性的例子是聚(β2羟基丁酸酯)[8～9](PH B)。
该材料的降解速率与一种称为PH B降解酶的存在密切相关[10,11],在海洋,土壤等富含PH B降解酶的自然环境下,材料能够被较快地降解[12～14];在与体液相似的缓冲溶液中,因为缺乏PH B降解酶,而PH B又是一种高结晶度的材料,疏水性强,因而其降解速率就非常缓慢[15～17]。
与以上两类材料的降解行为相比,人工合成高分子的降解速率有较大的变化。
短的为一个月左右,长的可以达到几年;降解模式和特性也有着更为丰富的内容。
人工合成高分子主要有脂肪族聚酯包括聚乳酸(P LA)、聚乙醇酸(PG A)、聚己内酯(PC L)、聚酸酐以及它们之间的共聚物等。
在降解速率方面,聚酸酐的降解速率普遍高于聚酯[18];聚酯中,材料的降解速率随其亲水性的增加而增快,其中聚乙醇酸降解速率最快,约为一个月左右,聚乳酸次之,大约需要三到六个月,聚己内酯最慢,需要几年左右[19]。
在降解模式方面,聚酯与聚酸酐也明显不同。
聚酸酐的降解先从材料的表面进行,在表面部分材料被降解后,再逐渐深入到内层[20～24];聚酯则是本体降解行为,降解同时发生在材料的外部和内部[25～27]。
此外,就聚酯材料而言,线形分子和网状分子材料的降解特性也不一样。
线形材料的降解速率与重量损失不成线形关系,材料的机械强度在其失重很小时就发生大幅度的衰减;相比较而言,网状材料的降解行为更为理想一些,材料的机械强度的衰减与其重量损失成近似或良好的线形关系[28～32]。
生物活性玻璃(BG)是含硅、钠、钙、磷四种元素氧化物的无机活性材料,能够引导骨生长,并能与周围骨组织形成良好的键合作用[33～34]。
BG的降解是含硅和钠的离子逐渐被溶解,而含磷和钙的离子重新沉积的过程。
对于尺寸为300～350μm的活性粒子来说,含硅和钠的离子从外到内全部被置换完需要一年左右,而内层和外层磷和钙的含量逐渐趋近,并于人体骨组织相近时则需要两年左右[35]。
由以上对各类材料的降解特性的分析可以看出,不同材料的降解速率差别很大,降解模式也不同。
因而通过不同组分或结构之间的复合就可以得到降解特性更为细腻,降解速率可调的新材料,更好地满足实际使用。
不同降解速率的材料形成的复合材料,其降解速率不一定是两种组分各自降解速率的简单叠加,而是与组分之间的相容性、相态结构、结晶度的变化有关[36～39]。
另外对于有机/无机复合材料来说,可降解的无机组分还可影响到有机组分的降解速率,其溶解重沉积过程能够阻碍或抑制材料内部输水孔洞的形成,从而使材料的整体降解速率下降,减缓了材料的机械强度随降解过程的衰减[40]。
112 力学性能的增强和改善作为承受较大载荷的人体骨的骨折或缺损来说,用于骨内固定或骨修复的材料要具有相当的力学强度。
聚L2乳酸力学强度较高,能承受大载荷,但是材料具有的结晶性使其降解速度较慢,在人体内长期存在会造成炎症或肿胀等副作用。
与聚L2乳酸不同,聚D,L2乳酸是无定性材料,降解速度适中,但是其力学强度不如聚L2乳酸高。
因此,用聚L2乳酸增强聚D,L2乳酸则有可能得到强度较高,降解速率适中的复合材料[41～43]。
亲水性水凝胶是一种广泛用于软组织修复的材料,因为其在溶涨状态下的力学性能很差(比如由聚乙二醇或聚甲基丙烯酸羟乙基酯构成的网络),这就需要与另一组分复合以提高材料的力学强度[44～54]。
水凝较是一种网状结构的材料,如果所选用的增强组分是线形分子,则所形成的复合材料称为半互穿网络材料。
可用于增强的组分既可以是强度高的亲水性材料,也可以是亲水性的聚酯材料,它们都能显著提高水凝胶在溶涨状态下的力学强度。
对于模量高,脆性大的生物陶瓷材料来说,与高分子材料复合的目的在于赋予材料以韧性。
形成复合生物材料的意义除了可以调节可降解材料的降解速率和模式,以及改善材料的力学性能外,有时还具有提高材料的生物相容性,改善材料的机械加工性能,赋予材料以生物活性,以及避免生物陶瓷颗粒的移位等作用。
2 复合生物材料211 有机/有机复合生物材料该类复合材料的研究主要集中在可降解高分子材料之间的复合上,包括天然高分子材料,生物合成聚酯,以及人工合成聚酯和聚酸酐等。
通过对不同组分复合之后材料的相容性以及结构和性能的考察[41～43,55～64],筛选具有最佳综合性能的复合生物材料。
212 金属/无机复合生物材料用于人体硬组织修复的金属材料具有优良的力学性能,生物相容性较差。
通过一些物理或化学手段(等离子喷涂,电化学沉积法等)。
在金属材料表面形成一层磷酸钙盐,能大大改善金属材料表面的生物相容性,并与周围的骨组织形成良好的骨性结合[65]。
213 有机/无机复合生物材料与其它两类复合材料相比,有机/无机复合生物材料是应用研究最为广泛和深入的一类,其主要用途在于修复和重建人体的硬组织,作为骨修复或骨固定材料来使用。
有机/无机复合生物材料结合了有机组分的韧性和无机组分的刚性,充分利用了无机组分或部分有机组分的生物活性或降解性能,形成了具有综合使用性能的骨修补复合材料。
骨修复复合材料与周围组织的最终复合形式以及被利用的状况与材料组分的降解特性、材料的结构状况等密切相关。
一般来说,具有降解特性或贯通孔洞的复合材料能够被人体较好地利用,新生骨组织可以长入到材料内部,并与周围组织形成牢靠的结合。
下面就几类有机/无机复合生物材料的应用研究作一简单讨论。
3 基于磷酸钙的有机/无机复合材料磷酸钙主要包括羟基磷灰石(H AP)和磷酸三钙(T CP),它们具有良好的生物相容性并已广泛用于临床。
磷酸钙材料具有骨引导性,它不仅能引导新骨从宿主骨沿植入体界面或向植入体内部生长[66～68],而且能够与周围骨组织形成良好的骨性结合[69,70]。
近年来张兴栋教授等发现磷酸钙材料还具有骨诱导作用,即便在非骨部位区也能诱导骨组织的形成[71,72]。
然而纯粹的磷酸钙材料在具体应用的时候还存在着一些缺陷。
以块状材料为使用形式的羟基磷灰石脆性大,不易加工,与周围组织吻合不好,会引发伤口破裂和继发感染等问题;用于填充牙槽的粒状羟基磷灰石则伴有颗粒游走,移位而使充填高度降低以及压迫神经引发疼痛等不足之处。
为克服这些缺陷,进一步提高和改善材料的骨引导和骨诱导作用,以及形成可降解性的骨修复材料。
许多学者将磷酸钙材料与高分于材料进行了复合,形成了各种各样的基于磷酸钙的有机/无机复合材料。
311 磷酸钙材料与人工合成的可生物降解高分子材料的复合在这类复合材料中,经高温烧结并碾细的H AP或T CP微粒,以分散相的形式存在于聚合物形成的基体材料中[73～76]。
与有机组分相比,无机组分的存在能显著提高材料的弹性模量,亦即提高材料的硬度,而材料的拉伸强度或弯曲强度则有不同程度的下降。
在T CP和CP LA(L2乳酸和脂肪族聚酯的共聚物)形成的复合材料中,材料最大的弯曲强度可以达到54MPa。