纳米复合陶瓷材料的生物相容性研究
生物陶瓷材料的研究进展
收稿日期：２００７－ １１－ １３
包括生物环境在内的任何环境都呈现惰性及其优越 的耐磨损性和高的抗压强度。使氧化铝陶瓷材料成 为最早获得临床应用的生物惰性陶瓷材料。目前氧 化铝陶瓷材料已经应用于人造骨、人工关节及人造 齿根的制作方面。
氧化铝陶瓷植入人体后，体内软组织在其表面 生成极薄的纤维组织包膜，在体内可见纤维细胞增 生，界面无化学反应，多用于全臀复位修复术及股骨 和髋骨部连接［３］。单晶氧化铝陶瓷的机械性能更优于 多晶氧化铝，适用于负重大、耐磨要求高的部位。但 是由于 Ａｌ２Ｏ３ 属脆性材料，冲击韧性较低，且弹性模 量和人骨相差较大，可能引起骨组织的应力，从而引 起骨组织的萎缩和关节松动，在使用过程中，常出现 脆性破坏和骨损伤，且不能直接与骨结合。
４ 生物陶瓷发展趋势
综上，我们可以看出，生物陶瓷材料已得到了各 国的高度重视并取得了巨大的发展，但是在韧性以 及生物的相容性上仍存在不足，今后，生物陶瓷材料
发展方向主要有： （１）通过研究与人体组织结构具有相同有机和无
机成分的复合材料，提高现有生物陶瓷的可靠性、强 度，改善韧性，使之与人体内部组织具有相似的力学 性能。
焦永峰等：生物陶瓷材料的研究进展
综合评述 ９
维、陶瓷纤维等纤维增强体，另外还有氧化锆、磷酸 钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒增强体。Ｋｉｍ［１０］ 等人利用硅硼酸钠玻璃来增强 ＨＡｐ，当玻璃相为 ５９％，可使 ＨＡ 的机械强度增加到 ４７ＭＰａ。
纳米级二氧化锆增韧羟基磷灰石生物复合陶瓷对兔骨髓基质干细胞增殖、分化的影响
纳米级二氧化锆增韧羟基磷灰石生物复合陶瓷对兔骨髓基质干细胞增殖、分化的影响唐月军;王心玲;周中华;吕春堂【摘要】BACKGROUND:Research group has performed some preliminary studies pertaining to zirconia toughened nano-hydroxyapatite (HA-2rO2) bioceramics, mainly in the biomechanical compatibility, chemical stability, and biocompatibility. Among them, in vitro cell culture experiments are controllable and repeatable, can well reflect the material's biocompatibility.OBJECTIVE:To study the influence to the growth and differentiation of rabbit bone marrow stromal stem cells by HA-2rO2 or HA matenals.METHODS:The rabbit bone marrow stromal stem cells were cultured in beccos modified eagle's medium (DMEM) containing 20％fetal bovine serum, the subsequent cell passage was cultured in conditioned medium containing dexamethasone, beta-sodium glycerophosphate and ascorbic acid. The third passage osteoblasts were cultured in cell culture plate with materials at 1.0×108/L.The proliferation of all the cultured cells were observed at 1-10 days under inverted phase contrast microscope and the curve of cell-growth was plotted. The activity of alkaline phosphatase was detected. At 6 days of the culture, cells and composite materials were fixed with paraformaldehyde and observed under scanning electron microscope.RESULTS AND CONCLUSION:MTT assay showed the growth curve of cells cultured in two materials had no significant difference. The combined cultu re of rabbit bone marrow stromal cells can maintainnormal fu nction of secreting alkaline phosphatase. Electron microscopy photographs also confirmed the cell adhesion on two kinds of materials. HA-2rO2 and HA show no adverse effect on the growth and differentiation of osteoblasts, with excellent compatibility.%背景:课题组拟对纳米级二氧化锆增韧的羟基磷灰石生物陶瓷进行一些初步研究,主要集中在生物力学匹配性,化学稳定性,以及生物相容性实验,其中体外细胞培养实验具有可控性,可重复性,能很好地反映材料的生物相容性.目的:比较纳米级二氧化锆增韧的羟基磷灰石、纯羟基磷灰石两种材料对兔骨髓基质干细胞增殖、分化的影响.方法:将骨髓基质干细胞置于含体积分数为20%胎牛血清的DMEM培养基中培养,传代后改用含β-甘油磷酸钠,地塞米松和维生素C的条件培养基培养.取传至第3代的成骨细胞,以1.0×108 L-1浓度接种于放有材料块的细胞培养板中,培养第1～10天倒置相差显微镜观察细胞生长情况,绘制细胞生长曲线,并进行碱性磷酸酶活性检测.培养第6天的细胞和材料复合物用多聚甲醛固定进行扫描电镜观察.结果与结论:MTT法测得两种材料培养的细胞生长曲线无显著差异.复合培养的兔骨髓基质干细胞能够保持正常分泌碱性磷酸酶的功能.电镜照片也同样证实了两种材料表面均有细胞的附着.说明纳米级二氧化锆增韧的羟基磷灰石、纯羟基磷灰石均不影响成骨细胞增长分化,具有优良的成骨细胞相容性.【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2011(015)003【总页数】3页(P450-452)【关键词】羟基磷灰石;二氧化锆增韧羟基磷灰石;成骨细胞;生物相容性;生物材料【作者】唐月军;王心玲;周中华;吕春堂【作者单位】苏州卫生职业技术学院附属口腔医院,江苏省苏州市,215006;解放军总后勤部机关第一门诊部口腔科,北京市,100842;解放军第二军医大学长海医院口腔科,上海市,200433;解放军第二军医大学长海医院口腔科,上海市,200433【正文语种】中文【中图分类】R3180 引言由于损伤，肿瘤等原因导致的颌面部骨缺损在临床非常常见。
生物相容性材料及其在医疗领域中的应用
生物相容性材料及其在医疗领域中的应用随着医疗技术的不断发展，人们对医疗设备和材料的要求也越来越高。
而生物相容性材料就是在这种需求下产生的一种新型材料。
它具有可降解性、生物可吸收性、生物活性等特点，逐渐成为医学材料研究的热点。
本文将介绍什么是生物相容性材料、其特点以及在医疗领域的应用。
1. 什么是生物相容性材料？生物相容性材料是指能与生物体接触而无损害、不引起免疫反应及其他不良反应的生物材料。
生物相容性材料具有生物医学性能，并优先考虑合成方法、结构和构成。
它可以包括有机和无机材料。
有机材料包括高分子材料、生物高分子材料以及低分子化合物等；无机材料包括金属材料、陶瓷材料和硅酸盐类材料等。
生物相容性材料的主要目的就是用于与生物体相接触、修补及恢复组织、器官，并且具有良好的生物相容性、生物透明性以及没有炎症、纤维化等情况出现。
它不会对人体组织造成损害，同时又能有效地实现细胞的生长和功能的表达，这种特点为生物相容性材料的应用提供了广阔的前景。
2. 生物相容性材料的特点(1) 可降解性：它可以自然降解或被生物组织吸收，在生物体内有较好的无害性和良好的生物透明性。
(2) 生物可吸收性：它发挥了有效的修复组织和缺陷的作用，并且具有较好的生物可吸收效果。
(3) 生物活性：在生物体内，生物活性能够促进其生物反应和透明性。
(4) 生物相容性：它可以在生物环境中保持其稳定性和生物相容性，不对生物组织造成有害作用。
3. 生物相容性材料在医疗领域的应用(1) 各种医用高分子材料的制备、加工和应用：高分子材料被广泛应用于医疗领域，包括人工坐垫、人工皮肤、医用纤维素及一些生物高分子材料等。
(2) 各种医用植入材料的制备、加工和应用：植入材料是指在人体内植入并长期存在的生体材料。
常见的物质包括生物陶瓷、金属和高分子材料等。
(3) 纳米技术的应用：纳米级别的生物活性材料在医疗领域中被用于生物组织的再生和工程，例如用于像骨头等组织的生长。
高熵纳米陶瓷
高熵纳米陶瓷全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：高熵纳米陶瓷是一种新型的陶瓷材料，具有优异的性能和广泛的应用前景。
它的独特之处在于其结构中存在多个元素，并且元素的比例并不固定，导致其具有高度的熵值。
高熵纳米陶瓷在材料科学领域备受关注，被认为是未来材料研究的一个重要方向。
高熵纳米陶瓷的制备方法主要有几种，包括机械合金法、溶胶-凝胶法、热处理法等。
机械合金法是一种常用的制备方法，通过不同元素的混合与合金化，得到高熵纳米陶瓷。
溶胶-凝胶法是利用溶胶和凝胶的性质，将多种元素混合制备成高熵纳米陶瓷。
热处理法则是通过高温热处理使元素在晶体结构中达到均匀分布，从而形成高熵纳米陶瓷。
高熵纳米陶瓷具有许多优良的性能，如高硬度、耐磨性、耐高温、耐腐蚀等。
由于其独特的结构和性能，高熵纳米陶瓷在航空航天、汽车制造、工程建筑等领域有着广泛的应用。
在航空发动机零部件中使用高熵纳米陶瓷可以提高其抗磨损和抗腐蚀性能，延长使用寿命；在汽车发动机零部件中使用高熵纳米陶瓷可以增加其耐高温性能，提高发动机的工作效率。
除了在传统工程领域的应用外，高熵纳米陶瓷还具有潜在的生物医学应用价值。
研究表明，高熵纳米陶瓷具有优异的生物相容性和生物活性，可以用于人体骨骼修复、人造骨骼等领域。
高熵纳米陶瓷材料可以作为人工骨骼植入材料，与骨骼组织具有良好的结合力，加速骨骼修复和生长。
目前高熵纳米陶瓷的研究仍处于起步阶段，尚需进一步深入研究其制备方法、性能调控和应用领域。
未来，随着材料科学技术的不断发展和突破，高熵纳米陶瓷将在更多领域展现出其潜力和价值，为人类社会带来更多的福祉和发展机遇。
第二篇示例：高熵合金是指具有较高熵值的特殊合金体系，其中熵值是指体系中无序程度的度量。
在传统的合金体系中，通常采取掺杂元素的方法来改变合金的性能，但是高熵合金采用了另一种策略，即将多种元素掺入到合金中形成具有高度复杂结构的固溶体。
由于高熵合金具有均匀的晶粒和均匀分布的掺杂元素，具有优异的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性，在航空航天、汽车制造和结构材料等领域发挥着重要作用。
纳米陶瓷
纳米陶瓷新材料产业调研（招商一部）陶瓷材料作为全球材料业的三大支柱之一，在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。
目前，国际陶瓷市场需求最大的建筑陶瓷年贸易额达50亿美元，并以每年12％～15％的速度增长。
由于存在脆性(裂纹)、均匀性差、可靠性低、韧性、强度较差等的缺陷，因而使其应用受到了一定的限制。
但随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生。
纳米陶瓷即将陶瓷材料微观几何尺寸加工到纳米级(1nm=10-9m)，使晶粒、晶界以及他们之间的结合都达到纳米水平。
尺寸效应将赋予材料新的特性，它克服了工程陶瓷的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁光学等性能产生重要影响，由此获得了全新的性能，如防腐、防火、耐高温等。
它克服了陶瓷材料的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁光学等性能产生重要影响，为陶瓷材料的应用开拓了新领域使陶瓷材料跨入了一个新的历史时期，所以纳米陶瓷被称为是21世纪陶瓷。
纳米陶瓷材料是利用纳米粉体对现有陶瓷进行改性，通过在陶瓷中加入或生成纳米级颗粒、晶须、晶片纤维等，使材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高。
具有优良的室温和高温力学性能、抗弯强度、断裂韧性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性，在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等诸多方面都有广泛的应用，并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用，具有广阔的应用前景。
性能超塑性：超塑性纳米陶瓷具有类似金属的超塑性，这己成为纳米陶瓷领域最令人注目的焦点之一。
普通陶瓷材料在常温下几乎不产生塑性形变，只有在很高的温度下才有扩散蠕变，表现出塑性。
而纳米陶瓷在较低的温度下就能表现出超塑性，使其韧性大为提高，在900℃可发生无裂纹形变，同时断裂韧性提高了5％。
在1 550℃下延伸率可将近400％；室温下合成的TiO2 陶瓷，它可以弯曲，其塑性变形高达100％，韧性极好。
烧结性能：纳米陶瓷的的烧结温度大幅度降低，比传统的晶粒陶瓷低500～600℃ ，而烧结速率却增加了，使得烧结过程大大缩短，这对需高温烧结的陶瓷材料有利。
先进陶瓷材料研究进展试题
一篇课程综述（满分100分）（每题20分，满分100分）1.简述微纳米陶瓷材料增韧机理微米陶瓷增韧机理：（1）微裂纹增韧残余应变场与裂纹在分相周围发生反应，从而使主裂纹尖端产生微裂纹分支。
（2）相变增韧由分散相的相变产生应力场来阻止裂纹的扩展。
（3）裂纹扩展受阻裂纹尖端的韧性分散相发生塑性变形使裂纹进一步扩展受阻或裂尖钝化。
（4）裂纹偏转由于分散相和基体之间的TEC和E失匹而产生应力场，从而使裂纹沿分散相发生偏转。
（5）纤维拔出界面脱胶或纤维拔出。
纳米陶瓷材料增韧机理（1）“内晶型”结构效应弥散相引入有效的抑制基质晶粒的异常长大2 弥散相周围存在局部应力，使晶粒细化而强化了主晶界3 内晶周围的局部应力强化了主晶界而诱发穿晶断裂4 高温时阻止位错运动，提高陶瓷材料的高温力学性能，从而使材料得到韧化。
（2）铁弹性畴转换也是含有氧化锆的纳米复合陶瓷的增韧机制之一。
在应力作用下，铁弹性畴重新取向吸收能量，从而对增韧有贡献。
2.试述纳米固体材料结构特点纳米晶体材料由晶态纳米颗粒压制的纳米材料，每个小晶粒(1-100纳米)中的原子排列相同，且具有长程有序结构，而晶粒间的界面则是无序态结构。
具有巨大的颗粒间界面，界面部分占总体积的百分比很大(>50%)，缺陷结构极多(>70%)。
如5纳米颗粒所构成的固体每立方厘米将含1019个晶界.原子的扩散系数要比大块材料高1014～1016倍，从而使得纳米材料具有高韧性。
界面结构特征原子密度降低：界面部分的平均原子密度比同成分的晶体少10-30%最近邻原子配位数变化：由于晶界的原子间距差别也较大，导致最近邻原子配位数发生变化3.简述溶胶－凝胶法制备陶瓷粉体与无粉工艺溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。
生物医学工程中的陶瓷材料人工骨应用研究
生物医学工程中的陶瓷材料人工骨应用研究引言在医学领域，骨组织的再生和修复一直是一个重要的研究领域。
当人体出现骨骼组织受损、骨折等情况时，即使经过外科手术治疗，也可能引起一系列的骨质失调和继发性骨疾病。
钛、镁合金等材料作为传统的人工骨修复材料已经被广泛应用，但是它们也存在着自身的缺陷。
然而，陶瓷材料因为其良好的生物相容性和耐磨性能，使其得到越来越多的研究和应用。
本文将探究陶瓷材料在生物医学工程中的应用研究。
1. 陶瓷材料在生物医学工程中的应用概述不同于传统的金属和合金等人工骨材料，陶瓷材料在生物医学工程中得到广泛的应用。
目前主要应用于人工骨、人工关节和医疗器械等方面。
陶瓷材料具有良好的生物相容性、生物活性、硬度、耐磨性和耐腐蚀性等特点。
其中，氧化铝陶瓷具有良好的生物相容性和生物活性，可以促进骨组织和材料的结合。
还有氧化锆陶瓷，它不仅具有良好的生物相容性，而且具有高强度和高韧性，可以作为人工关节的材料。
此外，钙磷陶瓷因其与骨组织的相似性，现在被广泛应用于骨组织的再生和修复。
2. 氧化铝陶瓷人工骨的研究进展氧化铝陶瓷是一种具有优异生物相容性和生物活性的陶瓷材料，已经广泛应用于人工骨领域。
相对于其它的陶瓷材料，氧化铝陶瓷因其众多的优点而倍受青睐：耐腐蚀性好、硬度以及磨损性能优异、生物相容性高等。
同时，氧化铝陶瓷还可以与人体骨组织形成化学键，从而起到增强骨组织与人工骨之间结合的作用。
近年来，氧化铝陶瓷人工骨材料的研究受到了广泛的关注。
研究人员通过改变氧化铝陶瓷的配比和制备工艺，以期探究一种更加适用的人工骨材料。
例如，为提高氧化铝的延展性及热稳定性，有学者采用了碳纳米管进行增强，使得氧化铝更具生物相容性，也提高了人工骨的生物医学性能。
3. 钙磷陶瓷人工骨的研究进展钙磷陶瓷以其组织工程学的特性，即能够在体内诱导细胞生成类似于骨组织的模型而成为研究热潮。
在人工骨的研究领域中，钙磷陶瓷因其与真实骨骼相近的成分、结构和微观形貌，成为一个很受欢迎的研究领域。
纳米羟基磷灰石的粘附性骨修复水凝胶的制备及其性能研究
纳米羟基磷灰石的粘附性骨修复水凝胶的制备及其性能研究
纳米羟基磷灰石（n-HA）是一种新型生物活性陶瓷材料，在医学领域应用广泛。
因其生物相容性好、能够与骨组织相互作用，所以在骨修复领域有着重要的应用价值。
而粘附性骨修复水凝胶是一种新型的骨修复材料，具有较好的黏附性和生物相容性。
本文旨在探讨纳米羟基磷灰石的粘附性骨修复水凝胶的制备及其性能研究。
一、材料与方法
1、准备粘附性水凝胶：
制备粘附性骨修复水凝胶所需的原材料包括明胶、甘露醇和聚丙烯酰胺等。
2、制备纳米羟基磷灰石：
制备纳米羟基磷灰石所需的原材料包括磷酸钙、明胶、聚乙二醇等。
3、制备粘附性骨修复水凝胶中添加纳米羟基磷灰石：
将制备好的纳米羟基磷灰石与粘附性水凝胶混合均匀。
二、性能研究
1、形态结构研究
通过扫描电镜观察纳米羟基磷灰石的形态结构，得出其颗粒大小分布均匀，并且粒径分布在50-100纳米之间，呈现出球形或椭圆形的形态。
2、表面性质研究
使用纳米粒子表面电位仪观察纳米羟基磷灰石的表面电位，并发现其表面电位越来越负，表明其表面存在负电荷，这对其在骨修复中的黏附性有着重要的作用。
3、黏附性能研究
通过黏附性实验发现，添加纳米羟基磷灰石的粘附性骨修复水凝胶在黏附性方面得到了显著提高。
4、细胞活性研究
将制备好的粘附性骨修复水凝胶与纳米羟基磷灰石去除细胞毒性后培养细胞，结果发现该复合水凝胶材料对细胞的存活率和增殖率都有一定的促进作用。
三、结论
通过上述实验，可以得出结论：添加纳米羟基磷灰石的粘附性骨修复水凝胶在黏附性和细胞活性方面都得到了显著提高，这样的材料具有在骨修复领域应用的良好前景。
功能性涂层的生物相容性研究
功能性涂层的生物相容性研究在现代医学和生物工程领域，功能性涂层的应用日益广泛。
从医疗器械到生物材料，功能性涂层在改善材料性能、增强生物相容性方面发挥着至关重要的作用。
然而，要确保这些涂层在与生物体接触时的安全性和有效性，对其生物相容性的深入研究是必不可少的。
功能性涂层是指在材料表面施加的一层具有特定功能的薄膜或涂层。
这些功能可以包括抗菌、抗凝血、促进细胞生长、增强组织整合等。
通过在材料表面施加功能性涂层，可以显著改善材料的性能，使其更适合在生物体内应用。
生物相容性是指材料在特定应用中引起适当的宿主反应的能力。
一个具有良好生物相容性的材料或涂层在与生物体接触时，不会引起毒性反应、免疫反应、炎症反应等不良影响，同时还能够支持细胞的正常生长和功能。
对于功能性涂层的生物相容性研究，首先需要考虑的是涂层材料的选择。
常见的涂层材料包括聚合物、金属、陶瓷以及生物活性分子等。
不同的材料具有不同的物理化学性质，这直接影响着它们与生物体的相互作用。
以聚合物涂层为例，聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）及其共聚物（PLGA）由于具有良好的生物可降解性和生物相容性，在药物输送和组织工程领域得到了广泛的应用。
然而，这些聚合物的性能也受到其分子量、结晶度等因素的影响。
因此，在选择聚合物涂层材料时，需要对这些因素进行综合考虑，以确保涂层具有良好的生物相容性。
金属涂层如钛、钽等，由于其良好的机械性能和耐腐蚀性，在骨科和牙科植入物中经常被使用。
然而，金属涂层在生物体内可能会释放金属离子，从而引起潜在的毒性反应。
因此，在使用金属涂层时，需要对其表面进行改性处理，如氧化、氮化等，以提高其生物相容性。
陶瓷涂层如羟基磷灰石（HA），由于其与骨组织的成分相似，在骨科植入物中具有良好的应用前景。
然而，陶瓷涂层的脆性较大，容易在使用过程中发生破裂，从而影响其生物相容性。
因此，在制备陶瓷涂层时，需要优化其制备工艺，以提高涂层的质量和性能。
除了涂层材料的选择，涂层的制备方法也对其生物相容性有着重要的影响。
生物陶瓷材料的生物力学性能
生物陶瓷材料的生物力学性能生物陶瓷材料是一种广泛应用于医疗领域的材料，它具有优异的生物力学性能。
在骨科、牙科和人工器官等领域，生物陶瓷材料都发挥着重要的作用，对人类的生活质量有着积极的影响。
首先，生物陶瓷材料具有良好的生物相容性。
生物陶瓷材料中常用的氧化锆、氧化铝等材料在人体内不会引发免疫反应，不会导致过敏或排异反应。
这是因为它们的化学成分与人体组织相似，能够与人体组织建立良好的黏附和生物活性。
生物陶瓷材料的生物相容性使得其在骨科领域中可以用于制作人工骨头和关节，以及在牙科领域中用于种植牙等，更好地满足了患者的需求。
其次，生物陶瓷材料具有良好的力学性能。
在骨科领域中，生物陶瓷材料可以作为骨替代品，用于修复骨折或缺损。
由于其强度高、硬度大，能够承受人体的负荷并提供必要的稳定性。
此外，生物陶瓷材料还具有较低的摩擦系数和良好的耐磨性，减少了与人体其他组织的摩擦，延长了使用寿命。
这些力学性能的优点使得生物陶瓷材料成为一种理想的骨修复材料。
另外，生物陶瓷材料还具有良好的生物附着力。
生物陶瓷材料表面的微观结构和化学特性可以促进骨细胞的附着和生长，有助于骨组织的再生和修复。
研究表明，生物陶瓷材料表面经过特殊处理后，能够吸附骨细胞所需的蛋白质和细胞因子，使其在材料表面附着和扩展。
这种生物附着力使得生物陶瓷材料在牙科种植、人工关节等领域中有着广泛的应用。
此外，生物陶瓷材料还具有较好的耐腐蚀性。
与金属材料相比，生物陶瓷材料不会受到酸碱等环境的侵蚀，不会产生氧化或腐蚀产物，使其在体内的稳定性极高。
这使得生物陶瓷材料能够长时间地与人体组织相互作用，不会对人体造成损害。
综上所述，生物陶瓷材料具有出色的生物力学性能，在医疗领域中发挥着重要的作用。
其生物相容性、力学性能、生物附着力和耐腐蚀性都赋予了生物陶瓷材料广泛的应用前景。
但值得注意的是，生物陶瓷材料的制备和应用仍然面临一些挑战，例如材料的韧性不足、生产成本较高等，这些问题需要进一步的研究和探索。
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纳米复合陶瓷材料的生物相容性研究 【摘要】 目的 通过体内、体外实验，对纳米羟基磷石复合40%二氧化锆材料进行早期生物相容性评价。 方法 按照国家标准GB/T16886医疗器械生物学评价标准的要求，同时报据纳米羟基磷灰石复合40%二氧化锆材料的特定用途，选取样本进行如下生物学实验：致敏试验，溶血试验，刺激试验，肌肉植入试验。 结论 经体内和体外试验结果显示：纳米羟基磷灰石复合40％二氧化锆材料无致敏、无刺激、无变形，具有良好的血液及生物相容性。 【关键词】 纳米羟基磷灰石 二氧化锆 生物相容性 【 abstract 】 objective, through the inside and outside experiments, the nano hydroxyl p composite 40% zirconium dioxide stone material for early biological compatibility evaluation. Methods according to the national standard GB/T16886 medical equipment biology evaluation standard requirements, but also report according to the nano hydroxyapatite composite 40% zirconium dioxide the specific use of materials, the sample as biology experiment: sensitization test, hemolytic test, stimulation test, muscle implant test. The conclusion, in vivo and in vitro test results show: nano hydroxyapatite composite 40% zirconium dioxide material without sensitization, no stimulation, no deformation, has the good blood and biological compatibility. 【 key words 】, nano hydroxyapatite, zro2, biological compatibility 由于创伤、感染、肿瘤以及先天性缺损等原因所致骨缺损在临床十分常见，传统修复骨缺损的方法：如自体骨移植，同种异体骨移植。自体骨取骨量有限，同时取自体骨痛苦大、后遗症多、异体骨又有排异反应。而人工合成的骨移植材料在一定程度上可以达到自体骨和异体骨修复的效果，又可以避免疾病感染和骨源有限等弊端[1]。纳米羟基磷灰石与人体骨骼主要无机成分相似的化学组成和晶体结构，它具有良好的生物相容性，对人体无毒，又能够在植入人体后同骨表面形成很强的化学键结合，有利于骨的长入[2]。然而它的脆性大、韧性较差、容易发生断裂破坏，二氧化锆陶瓷是一种生物惰性陶瓷，具有良好的生物相容性、较高的弯曲强度、断裂韧性和较低的弹性模量。正是由于二氧化锆具有增韧补强的作用，有效的改善纳米羟基磷灰石的力学性能[3]。因此,纳米羟基磷灰石复合40%二氧化锆陶瓷材料,兼具材料生物活性、骨诱导性以及材料力学特性,成为用于承载部位骨缺损修复具有广泛前景的新兴材料。 一、实验方法 (一) 致敏试验 取豚鼠30只，雌雄各半，体重300—500g，随机分为三组，实验组、阴性对照组和阳性对照组各10只。实验样品的生理盐水浸提液，5%甲醛溶液作为阳性对照，生理盐水作为阴性对照[4]。 （二）刺激试验 选用新西兰白兔，每组3只,雌雄各半随机分3组，体重2.5kg-3.0kg。HA/40% ZrO2浸提液，阴性对照：生理盐水,阳性对照为3%甲醛溶液。在脊柱左侧取一去毛区，标记5个点，常规麻醉消毒用1ml注射器试验组于5个点每点注射0.1ml的浸提液，阴性对照组每点注射0.1ml的生理盐水，阳性对照组每点注射01.ml的甲醛溶液。 （三）溶血实验 穿刺抽取人静脉血10ml加入到含有抗凝肝素钠的试管中，混合抗凝。取抗凝人血8ml，加入10ml生理盐水，稀释备用。取24支干净玻璃试管每组8支。实验组每只试管加入材料浸提液10ml，阴性对照组每只试管加入10ml生理盐水，阳性对照组每只试管加入10ml蒸馏水，将全部试管在37℃恒温箱中恒温30分钟后，每只试管分别加入0.2ml稀释抗凝人血，轻轻混匀，继续保温60分钟后，离心5分钟，吸取上清液至比色皿中，用分光光度计在545nm波长处测定吸光度。 溶血率 =实验材料的吸光度—阴性对照的吸光度/阳性对照的吸光度—阴性对照的吸光度 结果评定：若材料的溶血率<5%，说明该材料符合国家标准；若>5%，则不符合生物医用材料溶血试验要求。 （四）肌肉内植入试验 选用Wister大鼠48只,雌雄各半,体重220±25g,随机分为术后第7、15、30、90天4组, 每组10只。对照组8只。常规麻醉消毒, 分离竖脊肌,于肌肉内植入消毒的HA/40% ZrO2材料块, 缝合肌膜和皮肤。术后每日予以青霉素20 万U 肌注, 连续3 d , 于术后第7、15、30、90 天取材，对照组手术操作如上, 但不放材料板。大体观察并制作标本切片，HE染色，光镜下观察。 二、结 果 (一)致敏试验 各实验组和生理盐水对照组皮肤均无红斑、水肿或疹块发生，致敏率为0。 但甲醛对照组动物出现显著的红斑和水肿，致敏率为100%，致敏作用强 (二)刺激试验 生理盐水对照组均未见任何刺激反应，试验组3号兔的第2点24h时可见淡红色边界清晰的红斑和边缘明显高于周围皮面的轻度水肿，48h时可见淡红色边界清晰的红斑刚可查出的极轻微的水肿，72h时可见此点极轻微的红斑无水肿。所以24h的平均原发性刺激指数为0.267，48h的平均原发性刺激指数为0.2，而72h的平均原发性刺激指数为0.067，均小于0.4，则说明材料对皮肤无刺激作用，而甲醛对照组各时间点可见严重的红斑和水肿，为强刺激。 (三)溶血试验： 实验组和阴性对照组各管离心后，上层均为清亮无色液体，下层为红细胞沉淀物，该材料的溶血率为3.17%，小于国家标准5%，说明该材料符合组织工程支架溶血试验要求。 经SPSS 10.0统计软件单因素方差分析和SNK-q检验：实验组与阴性对照组之间光吸收度值无统计学差异（P＞0.05），实验组与阳性对照组光吸收度值有显著性差异（P＜0.05）。 (四)肌肉植入试验 将各组实验动物包绕纳米羟基磷灰石-二氧化锆材料的组织切开, 植入后7天，试样周围可见以嗜中性粒细胞浸润为主的炎性反应，可见吞噬细胞，无囊壁形成。 植入15天后试样周围有少量嗜中性粒细胞，淋巴细胞浸润和巨细胞反应；试样周围可见小血管与纤维母细胞增生，开始形成疏松囊壁。 植入30天后，试样周围可见少量淋巴细胞，试样周围可见纤维母细胞与胶原纤维，并已形成纤维囊腔结构。 植入90天后试样周围未见或仅见极少量淋巴细胞，纤维化囊壁致密，壁的厚度比形成初期要薄。 三、讨 论 目前，生物医学材料安全性评价主要是采用医疗器械生物学评价体系，即世界标准化组织（ISO）制定的10993系列标准，国内转化为国家标准（GB/T）16886系列标准。参照以上标准，选择了（致敏试验、刺激试验、溶血试验、、肌肉植入试验），由于该生物医学材料在体内是不降解的，作为异物一定会对生物体产生作用，同时生物体也会对植入材料产生排斥反应，如果该材料最终被生物体接受，就认为该生物材料与组织之间相容，被称为具有好的生物相容性；反之，被称为生物不相容。 致敏反应属Ⅳ型变态反应，试验用完全弗氏佐剂和十二烷基硫酸钠石蜡液起到加强致敏作用的效果，又采取了最大剂量法，保证了试验结果的可靠性。况且豚鼠为T淋巴细胞敏感型动物，而结果显示试验组各注射点均无红斑和水肿，证明此材料无致敏反应。 刺激是不涉及免疫学机制的一次、多次或持续与试验组织工程支架材料接触引起的局部炎症反应。本文使用的是皮肤刺激试验。采用5点注射法，各时间点平均原发性刺激指数均小于0.4，则说明材料对皮肤无刺激作用，而甲醛对照组各时间点可见严重的红斑和水肿，为强刺激。 溶血试验是检测生物医用材料对血液红细胞的溶血作用，测定红细胞溶解和血红蛋白游离的程度。本实验采用直接接触法，该材料的溶血率为3.17%，小于国家标准表明该材料不引起溶血反应。此试验对吸光度数值先用单因素方差分析，结果为p〈0.05，说明三组之间存在统计学差异，多组间均数的两两比较采用q检验，结果为试验组与阴性对照组之间p〉0.05，说明与阴性对照组之间无差别，而与阳性对照组之间p〈0.05，说明试验组与阳性对照组之间有显著差别。 体内植入实验是为了评价活体组织与试验样品材料的相互反应。所有医疗器械和材料植入体内均会不同程度地产生组织反应。目前，常采用肌肉局部组织生物学反应评价是根据炎性细胞反应和纤维囊形成进行组织反应分级，然后在根据组织反应分级情况进行结果评定。本试验植入各个时期炎症细胞浸润和纤维囊形成分级符合国家标准。 本实验体内和体外试验结果表明纳米羟基磷灰石复合40%二氧化锆陶瓷材料是一种无致敏、无刺激、无溶血，具有良好的血液和组织相容性的材料，又因其材料本身具有良好的生物活性及力学特性，有望成为修复骨缺损十分重要的生物材料。 参 考 文 献 [1] MuruganR,RamakrishnaS.Development of nanocomposites for bonegrafting.Compos.Sci.Technol.,2005,65(15-16):2385-2406. [2] 胡江.组织工程研究进展.2000.生物医学工程学杂志，17(1):75-79 [3] 李世普.《生物医学材料导论》，武汉工业大学出版社，2000. [4] 郝和平.医疗器械生物学评价标准实施指南[M].北京:中国标准出版社，2002.81～135. 一、填空题。
1、蒸馏 2、蒸馏瓶、蒸馏头、毛细管、温度计、冷凝管、接受器、 3、固液两态在1个大气压下达成平衡时的温度、样品从初熔至全熔的温度范围、下降、增长 4、空气冷凝管 5、1-1.2 mm；70-80 mm；2-3 mm；均匀；结实 6、水份；分离净；水层。 7、干燥管，水分 二、选择题。 1、A 2、C 3、D 4、C 5、C 6、B 7、A 8、C
三、判断题。（每题1分，共10分） 1、√ 2、× 2、√ 3、× 4、√ 5、√ 6、√ 7、× 8、√ 7、× 10、× 四、简答题。（每题 分，共30分）