武汉理工大学功能材料第五次作业

功能材料制备技术前沿作业

1、简述组织工程支架材料的制备方法有哪些？

答：除了可注射性材料以外，大多数组织工程支架必须预先制成三维、多孔支架。而三维支架制备的主要技术有纤维黏结、粒子沥滤、冷冻干燥、气体发泡法、三维打印及超临界流体技术。

其中可以细分为有机多孔材料的制备方法与无机多孔材料的制备方法。其中有机①多孔支架的制备方法可分为：

⑴将无纺织物中互不相连的PGA纤维黏接起来，可使相邻纤维间形成物理连结，从而使纤

维支架稳定、耐压，即纤维黏结法。

⑵利用无机盐溶于水而不溶于有机溶剂、聚合物溶于有机溶剂而不溶于水的特性，用溶剂

浇铸法将聚合物溶液/在玻璃培养皿中成膜，然后浸出粒子即得到多孔膜。将多孔膜用溶剂溶解在一起形成三维立体结构后，结合挤出技术，可知被出PLLA，PLGA多孔聚合物导管，即粒子沥滤法。

⑶将聚合物溶液、乳液或水凝胶在低温下冷冻，冷冻过程中发生相分离，形成富溶剂相和

富聚合物相，然后经冷冻干燥除去溶剂而形成多孔结构的方法称为相分离法，又称为冷冻干燥法。

⑷采用超临界气体技术制备多孔支架的物理发泡法及用碳酸盐类化合物制备多孔支架的化

学发泡法统称为气体发泡法。

⑸将可降解聚合物微球加入模具中，加热至玻璃化温度以上，保持一定时间后冷却、脱模

制得烧结微球支架的方法称之为烧结微球法。

⑹三维打印技术是先由软件设计出所需的三位多孔支架的计算机电子模型，再根据工艺要

求，将其按一定厚度进行分层，把原来的三维电子模型变成二维平面模型，再将分层后的数据进行一定处理输入计算机，数控系统便以平面加工方式有顺序地连续加工出每个薄层模型并使它们自动粘结成型。

⑺通过调节超临界流体的压力改变其溶胀作用，并在减压排气后得到空洞结构。

②无机多孔支架的制备方法可分为：

⑴煅烧天然骨法，一般采用健康成年牛的松质骨，经脱脂、脱蛋白、煅烧等工艺制成锻烧

骨载体，并用羟基磷灰石作为支架的主要成分来煅烧等一系列工艺制备。

⑵颗粒烧结法，由生物陶瓷颗粒堆积后烧结形成多孔结构制得无机多孔支架。

⑶有机泡沫浸渍法，将经过预处理的有机泡沫浸入HAP、水与粘结剂混合得到的浆料，烘

干并高温烧结得到多孔状的HAP支架。

⑷气体发泡法，在制备好的料浆中加入发泡剂，通过化学反应等能够产生大量细小的气泡，

以及烧结时通过在熔融体内发生放出气体的反应制得多孔结构。

③天然生物衍生材料支架的制备方法：

由胶原、珊瑚、脱钙骨基质等与经物理、化学反应及高温处理的动物骨均可

以作为支架。

2、简述纳米生物材料的制备方法有哪些？

答：①纳米生物材料中的纳米陶瓷材料可以用如下方法制备：

⑴化学沉淀法，向含有一种或多种离子的可溶性盐溶液中加入沉淀剂，或在一定温度下使

溶液发生水解，形成水不溶性的氢氧化物或盐类从溶液中析出，经热分解剂得到所需的纳米粒。

⑵微波烧结法，先单向施加压力将HA粉末压成圆片，再用冷等静压法压制一段时间，然

后用微波炉烧结

⑶喷雾烘干法，利用喷嘴将溶液以薄雾的形式喷向流动的热空气，溶液中的水蒸发后，用

静电沉淀剂收集纳米颗粒。

⑷溶胶凝胶法，先制备前驱体溶液，搅拌混合后制成溶胶，再水解得到凝胶，加热或者冷

冻干燥后得到纳米粒子。

⑸水热合成法，在高温高压下，在水（水溶液）或蒸汽等流体中进行有关化学反应。

②纳米生物材料中的纳米磁性医用材料可以用如下方法制备：

⑴共沉淀法，在铁和亚铁离子的混合溶液中加入碱，使得PH上升，伴随机械搅拌沉淀出

纳米颗粒。

⑵溶胶凝胶法，以有机或者无机铁盐为原料，在有机介质中进行水解、缩聚反应，使溶液

经溶胶-凝胶过程得到凝胶，凝胶经加热或冷冻干燥、煅烧得到颗粒。

⑶微乳剂法，水/油微乳剂系统中，水合相微滴截流在连续油相中的表面活性剂分子里，稳

定的表面活性剂分子的微孔可以限制颗粒的成核长大与团聚，因此得到纳米颗粒。

⑷电弧熔化法，通过电弧对块体材料激发得到纳米颗粒。

⑸机械化合金法，通过高能球磨得到纳米颗粒。

③纳米生物材料中的纳米高分子医用材料可以用如下方法制备：

⑴乳化蒸发法，将聚合物的有机溶剂加入到水溶液中进行乳化形成水包油体系，通过升温、

减压或不断搅拌以蒸发有机溶剂。

⑵凝聚法，先将聚合物溶解于适当的有机溶剂中，然后加入聚合物的不良溶剂，分理出的

高浓度聚合物相包裹在颗粒核心的周围。

⑶超临界流体技术，主要分为两种，超临界流体快速膨胀法与超临界反溶剂法，皆可制备。

⑷微乳液聚合法，将单体、引发剂与乳化剂混合成溶液进行聚合反应，再进行纯化和分离

使高分子纳米颗粒凝集析出。

⑸胶束化法，包括嵌段共聚物的胶束化法和非共价键的胶束化法。

3、简述组织工程支架材料和纳米生物材料在生物医学上的应用？

答：①组织工程支架材料在生物医学上的应用：

⑴可以应用于骨科临床中，将支架材料可以与成骨细胞、生长因子共同培养后植入缺损的

部位，通过信号分子诱导成骨细胞的分化，进而形成新骨。

⑵可以应用于肝组织临床中，支架材料有足够的表面积利于细胞贴附、扩展与增殖，另外，

支架能同时生长血管内皮细胞和肝细胞，且支架具有可降解性与好的生物相容性，使得移植至体内的肝细胞最终能形成肝小叶，并生长分化成功能肝脏。

⑶同样，组织工程支架材料在皮肤、血管、神经、胰腺、肌腱、肌肉和心脏瓣膜等生物医

学领域的研究也是如火如荼的进行着。

②纳米生物材料在生物医学上的应用：

⑴纳米陶瓷生物材料比如纳米羟基磷灰石的生物医学研究主要为硬组织修复材料、药物载

体和抗肿瘤活性等方面。

⑵磁性纳米生物材料在生物医药上的应用主要是磁靶向制剂、细胞分离、肿瘤细胞的过热

治疗和MRI造影等。

⑶高分子纳米生物材料在生物医药上的应用主要是可生物降解的高分子纳米粒作为药物载

体和脂质纳米粒药物载体。