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聚乙烯纤维-聚乳酸复合材料修复兔跟腱的研究
目的以聚乙烯纤维-聚乳酸复合材料用于兔的肌肉植入和兔跟腱修复实验,了解其临床应用的可能性.方法用扫描电镜、X光电子能谱、万能材料试验机测定了复合材料超高相对分子量聚乙烯纤维增强聚乳酸(UHMW PE F/PLA)、聚丙烯腈基碳纤维增强聚乳酸(PAN CF/PLA)的特性,并进行了兔的肌肉植入实验和跟腱修复实验.按周期用肉眼和显微镜观察植入物,了解复合材料的生物相容性和肌腱修复的康复进程.结果经电镜观察和X光电子能谱分析,确定超高相对分子量聚乙烯纤维具有良好的表面形貌及显微、超显微结构.拉伸实验测知,聚乙烯纤维增强聚乳酸复合材料具有良好的生物功能和生物力学特性.观察肌肉植入90 d后,炎性细胞反应和囊壁形成均在Ⅰ级以下.兔跟腱修复6周后,功能恢复良好并形成了类腱组织.结论动物实验显示超高相对分子量聚乙烯纤维-聚乳酸复合材料具有良好的生物学特性,有望用于临床肌腱修复.
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生物复合材料聚乙烯醇/纳米羟基磷灰石+聚酰胺66的制备及力学性能评价
背景:普通聚乙烯醇水凝胶具有力学性能不足的缺陷,因此,作为替代关节软骨的聚乙烯醇水凝胶材料必须有良好的软骨下骨和松质骨的支撑.目的:制备新型生物复合材料聚乙烯醇/纳米羟基磷灰石+聚酰胺66(Polyviuyl alcohol nano-hydroxyapatite polyamide 66,PVA/n-HA+PA66)并评价其理化性能.设计、时间及地点:单一样本实验,于2006-01/2007-08在四川大学华西医院骨科组织工程实验室完成.材料:采用原位合成技术及冷冻-融化循环办法将聚乙烯醇与纳米羟基磷灰石+聚酰胺66有机结合起来,制备新型生物复合材料PVA/n-HA+PA66.方法:用扫描电子显微镜观察材料的形貌特征,并测定其孔径大小和孔隙率;以X射线衍射仪观察材料的结构;同时测定聚乙烯醇含水率;并通过体外力学测试仪检测复合材料PVA/n-HA+PA66的力学性能.主要观察指标:材料的表面和内部结构、含水率和力学性能.结果:PVA/n-HA+PA66为三维网状多孔结构,孔径为5-400 μm,上下层以嵌合形式结合,结合牢固紧密.上层材料聚乙烯醇含水率为71.6%,在100 mm/min状态下,抗拉强度为3.42 MPa;在3 mm/min的抗压强度下,抗压强度为3.12 MPa.下层材料n-HA+PA66为均一晶体结构,孔隙率为61.8%,在3 mm/min的抗压强度下,抗压强度为5.3 MPa.结论:应用原位合成技术及冷冻-融化循环方法可制备新型生物复合材料PVA/n-HA+PA66,并证实这种新型生物复合材料具有良好的力学性能,与骨基底牢固连接.
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纳米羟基磷灰石/聚酰胺66颈前路减压后前方骨缺损仿生髂骨的制备及性能
背景:在椎体和椎间盘切除以后,对于减压后前方骨缺损的修补长期以来以钛网和自身髂骨两种方式为主,但效果都不尽理想.目的:制备纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合材料,对其进行表征和生物力学性能检测.设计、时间及地点:重复性对比实验,于2008-01/12在南京航空航天大学材料科学与技术学院无机材料实验室完成.材料:利用水热反应法制备纳米羟基磷灰石晶体,通过液相混合、冷压烧结制备出纳米羟基磷灰石/聚酰胺66仿生骨块.方法:切除新鲜冰冻正常颈椎标本C_5椎体,植入不同材料,钢板螺钉内固定,进行生物力学测试.具体分组为:正常颈椎组、纳米羟基磷灰石/聚酰胺66仿生髂骨钢板螺钉内固定组、髂骨植骨钢板螺钉内固定组.加载时模拟人体颈椎生理运动,即中心位、前屈位、后伸位和侧屈位4种生理情况.主要观察指标:①通过X射线衍射仪对材料的物相进行表征.②红外图谱对材料的基团构成进行表征.③扫描电镜观察仿生骨的端口形貌.④正常颈椎、仿生髂骨、髂骨植骨进行生物力学检测.结果:①X射线衍射结果表明纳米羟基磷灰石和聚酰胺66的主要衍射峰在复合材料中存在,但纳米羟基磷灰石对聚酰胺66的13晶型衍射峰起到宽化、削弱的作用.②红外图谱表明两者之间存在氢键.③扫描电镜观察,两者结合密实,界面性能优异.④通过生物力学实验,对比得出,仿生髂骨在载荷-应变变化、载荷-位移变化、应力强度方面都优于髂骨植骨,仅次于正常颈椎骨.结论:所制备的纳米羟基磷灰石/聚酰胺66仿生骨力学性能优异,是一种理想的颈椎替代材料.
关键词： 纳米羟基磷灰石/聚酰胺66 生物复合材料 生物力学性能 髂骨植骨 颈前路手术 -
新型生物复合材料聚乙烯醇/纳米羟基磷灰石+聚己二酰己二胺修复关节软骨及软骨下骨缺损的生物力学研究
目的:探讨新型生物复合材料聚乙烯醇/纳米羟基磷灰石+聚己二酰己二胺(Polyvinyl alcohol hydrogel/ nano- hydroxyapatite+ polyamide66,PVA/n-HA+PA66)修复兔关节软骨及软骨下骨缺损的生物力学性能.方法:实验于2006-01/2007-05在四川大学华西医院骨科组织工程实验室完成.①通过原位合成技术及冷冻-融合循环方法制备PVA/n-HA+PA66,并检测材料体外力学性能.②在兔股骨关节面上打孔,包括关节表面软骨和软骨下骨,制成关节软骨缺损的模型.将PVA/n-HA+PA66复合材料植入兔膝关节,对侧肢体打孔作空白对照组或单纯PVA植入,分别于植入12,24周后行局部组织学切片观察,扫描电镜观察,生物材料体内力学性能测试.结果: 36只兔全部进入结果分析.①上层材料在100 mm/min拉力状态下,抗拉强度为3.42 MPa,下层材料的抗拉强度为6.33 MPa.上层材料在3 mm/min的压力强度下,抗压强度为3.12 MPa.下层材料的抗压强度为5.3 MPa.②生物复合材料植入动物体内12,24周,下层材料中有骨组织长入,上层材料与下层材料紧密连接;生物复合材料在5 mm/min的冲击强度下,其抗冲击强度在植入12周时已达正常松质骨抗冲击强度.结论:新型生物复合材料PVA/n-HA+PA66修复兔关节软骨及软骨下骨缺损具有良好的生物力学性能.
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新型生物复合材料聚乙烯醇/纳米羟基磷灰石+聚酰胺66修复关节软骨及软骨下骨缺损
背景:聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol hydrogel,PVA)水凝胶目前普遍被认为是关节软骨良好的替代材料,纳米羟基磷灰石(nano-hydroapatite,n-HA)修复骨缺损已取得公认,聚酰胺66(PA66)是一种具有高强度、高韧性和良好稳定性的聚合物,在工程和医学领域己获得广泛应用.目的:实验仿照关节软骨理化特性,制备新型生物复合材料PVA/n-HA+PA66,观察新型生物复合材料PVA/n-HA+PA66修复兔关节软骨及软骨下骨缺损的效果.设计、时间及地点:随机分组设计的动物对照实验,于2006-07/2007-07在四川大学华西医院骨科组织工程实验室完成.材料:成年健康新西兰大白兔72只,在兔股骨关节面上打孔(5 mm×5 mm×5 mm)制备兔关节软骨及软骨下骨缺损模型.PVA/n-HA+PA66生物复合材料由四川大学纳米分析测试中心提供,规格:直径5 mm,高5 mm,圆柱体,上层PVA高度为1.5 mm,乳白色,光滑,质韧,下层n-HA+PA66表面粗糙,质硬,高度为3.5 mm.PVA为多孔网状结构,孔径为5-40 μm,孔隙率为75.3%,含水率为71.6%,n-HA+PA66为多孔网状结构,孔径100～400 μm,孔隙率61.7%.方法:72只模型兔按随机数字表法分为3组,PVA/n-HA+PA66植入组、单纯PVA植入组、空白对照组,每组24只.PVA/n-HA+PA66植入组在兔关节软骨及软骨下骨缺损处植入PVA/n-HA+PA66材料,单纯PVA植入组在缺损处植入PVA材料、空白对照组不做任何处理.主要观察指标:植入4,8,12,24周后观察兔行为形态、兔膝关节局部组织形态学变化,免疫组织化学染色检测Ⅱ型胶原,扫描电镜观察生物材料与周边软骨及软骨下骨连接界面的反应.结果:72只兔全部进入结果分析.①术后大体形态观察伤口无感染,关节活动度好.②植入后24周,PVA/n-HA+PA66植入组下层材料与周边组织融为一体,周边软骨未见明显退行性变;单纯PVA植入组PVA与部分周边软骨间隙加大,周边软骨部分退行性变;空白对照组缺损部位大部分已钙化.③植入后24周,PVA/n-HA+PA66植入组PVA周边软骨Ⅱ型胶原阳性染色,PVA边缘及表面Ⅱ型胶原阳性染色增多;单纯PVA植入组PVA与周边组织间隙中Ⅱ型胶原阳性染色有少量增加,PVA表面阳性染色减弱,周边软骨阳性染色减弱;空白对照组缺损处表面组织中Ⅱ型胶原染色减低,周边关节软骨染色减低.④植入后24周,扫描电镜见PVA/n-HA+PA66植入组下层材料网孔中充满大量类骨质成分,上层材料PVA与下层材料嵌合紧密;单纯PVA植入组材料周边骨质有部分退缩,间隙加大;空白对照组缺损处下部由骨质充填,上部为纤维瘢痕样组织,组织结构排列紊乱.结论:双相生物复合材料PVA/n-HA+PA66具有良好的组织相容性及良好的替代关节软骨及软骨下骨的功能.
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体内实验评价新型关节软骨修复材料聚乙烯醇/纳米羟基磷灰石+聚酰胺66的生物相容性
目的:采用动物体内实验的方法评价新型修复关节软骨及软骨下骨的复合材料PVA/n-HA+PA66的生物相容性.方法: 实验于2006-09/2007-03 在四川大学华西医院组织工程实验室完成.制备PVA/n-HA+PA66浸提液,进行以下实验:①急性全身毒性实验:取SD大鼠随机分为2组,分别腹腔注射20%浸提液和生理盐水1 mL,观察动物行为学及体质量变化.②溶血实验:取抗凝兔血加入复合材料粉末后测溶血率.③皮内刺激实验:在新西兰大白兔背部皮内注射浸提液,观察注射浸提液后注射部位的红斑和水肿状况.④皮下植入实验及慢性毒性实验:在SD大鼠背部皮下植入材料,术后2,4,8周取材,观察材料植入皮下后与周围组织的反应情况.术后12周抽血行肝肾功能检测,评价材料对动物有无长期毒性.结果:①急性全身毒性实验小鼠活动正常,大鼠体质量均呈上升趋势,且两组体质量增加比较差异无显著性意义.②3 种浓度梯度的复合材料,溶血率均未超过5%,达到标准要求.③皮内刺激实验:实验侧及阴性对照侧各注射点均未见明显皮肤刺激症状. ④长期毒性实验:术后12周小鼠肝肾功能与正常对照组及术前比较无显著性差异(P > 0.05),组织学切片显示血管和纤维组织进入复合材料网孔中,与复合材料连为一体,未产生排斥反应.结论: 双相生物复合材料PVA/n-HA+PA66具有良好的生物相容性.
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纳米羟基磷灰石沉积层/钛酸钾薄层/钛合金生物复合材料体外培养成骨细胞的研究
在制备出具有表面活性的纳米羟基磷灰石沉积层/钛酸钾薄层/钛合金(HA/K2Ti6O13/β-Ti)生物复合材料的基础上,将体外培养的成骨细胞与HA/K2Ti6O13/β-Ti生物复合材料、未经处理β钛合金两种骨替代材料共同培养,在既定时间内观察两种骨替代材料对成骨细胞生长、附着的影响.结果表明两种骨替代材料对成骨细胞生长无明显抑制或促进作用,均具有良好的细胞相容性,它们皆能使成骨细胞附着于各自材料表面,分泌形成胶原纤维样基质.HA/K2Ti6O13/β-Ti生物复合材料较β钛合金具有更优异的的生物活性和成骨性能,是一种很好的生物植入材料.
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人工肌腱材料在手外科中的应用
中以"人工肌腱,手外科,细胞支架"或"artificial tendon,hand surgery,cytoskeleton"为检索词进行检索.选择文章与检索关键词材料学特点、生物相容性及其应用效果相关,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章.共纳入15篇文献.结果:组织工程细胞支架材料是组织工程研究中的一个重点及难点.没有合适的支架,种子细胞就会流失死亡.组织工程支架材料应具有良好的生物相容性、生物降解性、三维立体结构及可塑性与相当的力学强度外,还要具有良好的表面活性,以利于种子细胞的黏附,并为细胞在其表面生长繁殖、分泌基质提供良好的微环境.人工肌腱成为有生命的新型肌腱缺损替代物,被机体同化成为机体的一部分,参与机体的更新.组织工程化肌腱的基础研究和临床应用已显出诱人的前景.结论:肌腱组织工程对支架材料的要求很高,复合材料的开发研究将继续成为今后研究的热点,在材料制备工艺、设计及性能优化组合方面将有待于进一步研究.
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气管支架及人工气管材料的应用
目的:对人工气管及气管支架材料的分类性质及其在气管及支气管狭窄治疗中的应用和并发症的处理进行归纳总结.方法:第一作者应用计算机检索PubMed数据库(http://www.ncbi.nim.nih.gov/PubMed)及CNKI数据库(www.cnki.net/index.htm),在标题中以"人工气管,气管支架,生物复合材料,镍钛合金支架"或"artificial trachea,tracheal stent"为检索词进行检索,选择文章内容与气管支架材料类型,材料特点适应证选择及应用疗效相关,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章,共纳入10篇文章.结果:高分子聚合物材料人工气管是一种生物型复合式结构,合理地整合了既往无孔型和有孔型人工气管的优点,在防止假体滑脱、移位、漏气、网管裸露塌陷学方面具有明显优势.镍钛合金支架,其独特的网状结构设计,允许金属丝做轴向及冠向运动,因此该支架适用于不规则或表面凸凹不平的气道病变,故广泛用于各种良、恶性气道狭窄的治疗.结论:近年来随着组织工程学的兴起和发展,在生物组织工程化气管的研究方面取得了一定的进展,目前已能够以软骨细胞或骨髓间质细胞为种子细胞构建出与自体气管相近的组织工程化气管,而且能够用软骨细胞及上皮细胞构建出带有气管黏膜上皮的复合组织工程化气管,但这些组织工程化气管移植到体内能否长期具有活性、能否发挥正常的生理功能等还需要进一步的实验验证.
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胫骨生物复合材料多级微纳米结构的韧性机理
目的 研究胫骨生物复合材料多级优良微纳米结构的韧性机理.方法 利用扫描电镜观察胫骨成骨的多级微纳米结构.通过多级微纳米结构模型分析揭示胫骨的韧性机理.结果 胫骨是一种由羟基磷灰石和胶原蛋白组成的、具有多级微纳米结构的生物复合材料.在不同尺度下的微纳米结构模型分析表明胫骨多层微纳米结构增加了胫骨的断裂能,而羟基磷灰石纤维片的交叉微结构以及羟基磷灰石纳米纤维片的长细形状尺寸增加了纤维片的拔出能.结论 胫骨多级优良微纳米结构赋予胫骨高的断裂韧性,可用于仿生复合材料设计.
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颅颌面植入材料(二)
5 复合骨植入材料在骨修复材料中,生物复合材料被认为是一类很有发展前景的人体硬组织替换材料,尽管HA与人体自然骨和牙齿等硬组织中的无机质在化学成分和结晶结构上很相似,植入体内后可与人体骨组织形成牢固的化学键合,但由于其强度低、韧性差(HA的断裂韧性仅为1.0MPa·m1/2左右),所以大大限制了它在承重部位骨替换中的应用.
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碳纳米管/羟基磷灰石生物复合材料的研究初探
目的本文主要对碳纳米管/羟基磷灰石生物复合材料进行了初步研究.力争初步找到一条制备CNTs/HAp复合材料的工艺路线,并对所得复合材料的微观结构进行初步研究.方法以球磨和超声分散两种工艺制备了CNTs/HAp复合粉体,并经等静压成型、真空无压烧结制备出了碳纳米管/羟基磷灰石复合材料.结果XRD、IR、TEM及SEM研究发现,所制备羟基磷灰石为纳米级,纯度高,所使用的原料碳纳米管纯度高,碳纳米管在复合粉体中分散均匀.碳纳米管有细化晶粒的作用,但随着烧结温度的升高碳纳米管分解加剧,因此烧结温度以低于1100℃为宜.结论初步找到了一条制备CNTs/HAp复合材料的工艺路线.随温度的升高,复合材料中CNTs的存留量逐渐减少.因此真空下该复合材料的烧结温度应低于1100℃.
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口腔生物医学材料的临床应用
生物材料在口腔医学领域的应用具有多样性和广泛性.根据材料的性质可以分为金属材料、生物合成材料、高分子等材料.不同的材料在临床实际应用中也具有自身显著的特性.本文就生物医学材料在口腔医学领域的实际临床应用作一综述.
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羟基磷灰石/环氧树脂复合材料的制备与性能
用硅烷偶联剂对羟基磷灰石(HA)粉末进行表面改性,用改性后的HA粉末制备了HA/环氧复合材料.结果表明:硅烷偶联剂使HA在环氧树脂中的分散性明显改善.HA含量为40wt%的复合材料具有良好的体外生物活性和生物相容性,并且其弯曲模量与生物骨接近,但强度低于生物骨,需要通过其它方式进行增强.
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两亲聚氨酯弹性体一羟基磷灰石生物复合材料(PUHA)的研究(Ⅰ)--PUHA的制备及力学功能
以聚己二酸乙二酯和聚乙二醇合成的两亲聚氨酯弹性体与羟基磷灰石通过凝胶法制备生物复合材料(PUHA).研究了HA含量、亲/疏水软段比例、合成条件等因素对PUHA力学性能的影响.结果表明:当HA含量为30%,亲疏水软段比例为40/60时,PUHA的综合力学性能好.
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PVA/n-HA+PA66 生物材料体内植入后机体免疫状态的初步研究
目的 探讨动物体内植入生物材料后机体免疫状态的改变.方法 将生物材料聚乙烯醇水凝胶(PVA)/纳米羟基磷灰石(n-HA)+聚酰胺66(PA66)植于大鼠皮下,分别于术后第2、4、6周行局部组织学切片观察,检测大鼠血液中CD3、CD4+、CD8+含量以及脾细胞中IL-1、IL-6、TNF-α的含量并与术前对比.结果 大鼠血液中CD3、CD4+、CD8+的含量和脾细胞中IL-1,IL-6,TNF-α的含量在第2、4、6周时与正常组对照差异无统计学意义.组织学切片显示血管和纤维组织进入复合材料网孔中,与复合材料连为一体,未产生排斥反应.结论 PVA/n-HA+PA66生物材料植入动物体内后未引起动物机体的免疫排斥反应,未干扰机体的免疫系统,是一种无毒、易被机体耐受的生物材料.
关键词： PVA/n-HA+PA66 生物复合材料 免疫反应 -
系列仿生高分子复合材料与小鼠成纤维细胞生物相容性体外实验研究
目的:对含有壳聚糖的4种新型仿生高分子复合材料进行细胞生物相容性评价.方法:采用小鼠NIH/3T3细胞的体外实验,通过四甲基偶氮唑盐(MTT)比色法和琼脂覆盖法评价CS/HA复合材料、添加碳酸钙离子的CS/CaCO3复合材料、添加铁离子的Fe3O4/CS复合材料和Fe3O4/HA/CS复合材料等4种材料的细胞增殖和细胞毒性.结果:这4种生物材料MTT试验中毒性级均为0级,琼脂覆盖法中材料周围及脱色区内细胞溶解评价(Z/L值)均为0/0.结论:这4种生物材料具有良好的细胞生物相容性,可以满足临床应用的需要.
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新型生物复合材料聚乙烯醇/纳米羟基磷灰石+聚酰胺66修复兔关节软骨缺损
关节软骨损伤是骨科较为常见的疾患,全层损伤往往并发软骨下骨损伤,对这种软骨合并软骨下骨损伤的治疗困难,效果欠佳.具有类似天然软骨组织的多孔性和良好组织相容件及高弹性的聚乙烯醇(polyvinyl alcohol hydmgel,PVA)水凝胶被认为是一种较理想的人工软骨替代材料,近年来受到重视.笔者将PVA与纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatie,n-HA)+聚酰胺66(poly-amide 66,PA66)有机结合,形成双相复合材料,探讨新型生物复合材料PVA/n-HA+PA66修复关节软骨及软骨下骨缺损的效果.
