1、第27卷第2期2009年6月膠體與聚合物Chinese Journal of Colloid&polymerJun.2009生物醫用材料(Biomedical Materials又稱生物材料(Biomaterials,是和生物系統接合以診斷、治療或替換機體中的組織、器官或增進其功能的材料1。目前可用作生物材料的高分子材料有天然高分子生物材料和人工合成高分子材料。天然高分子材料包括膠原蛋白、透明質酸、纖維素、甲殼素等。人工合成高分子材料主要為-聚酯類,其中以聚乳酸(PLA、聚乙醇酸(PGA及其共聚物(PLGA為代表的聚酯研究較多,其他還有聚原酸酯(POE、聚己內酯(PCL、聚羥丁酯(PH

2、B及其共聚物等。盡管高分子材料在組織工程中的應用研究已取得了很大的發展,然而在很多應用場合下,單一組分或單一結構的材料都無法很好滿足機體對材料性能多樣性的要求27。這時就需要綜合多種組分或結構的性能優勢,形成復合生物材料,更好地實現對人體受損組織的修復作用。其中,與磷酸鈣復合的高分子生物材料結合了有機組分的韌性和無機組分的剛性,充分利用了無機組分或部分有機組分的生物活性或降解性能,形成了具有綜合使用性能的骨修復材料。本文就幾類高分子復合生物材料的應用研究作了簡單討論。1磷酸鈣與人工合成高分子生物材料的復合在這一類復合材料中,高分子生物材料通常選用柔性材料來復合增韌,一般都是生物惰性材料(如聚乙

3、烯PE類,聚甲基丙烯酸甲酯類等或生物可降解吸收材料(如聚乳酸,聚甘醇酸等。在這類材料中,目前研究較多的是羥基磷灰石(HA與聚乳酸(PLA的復合材料。聚乳酸是一種生物降解吸收材料,在體內可分解成L-乳酸。它的力學性能與其分子量密切相關,一般說來,分子量越高的,其強度和剛性就越好,在體內被降解吸收所需的時間也越長。在早期的HA-PLA復合材料研究中,一般是采用低分子量的半流體狀的聚乳酸作為HA顆粒的賦形劑,將兩種材料在加熱加壓的條件下共混,復合體在5060變軟,具有良好的可塑性,降低至人體體溫時恢復成具有一定強度和剛度的固體材料。正如K.Groot所指出的,在這類復合材料中,復合的方法及原理、HA

4、顆粒的大小及形狀、聚乳酸的分子量、兩相物質的混合比、熱處理過程參數的控制,對復合物的性能有重要的影響8。目前,高分子量的聚乳酸與HA的復合也有長足的發展,然而,PLA在體內的降解比較快,例如對HA-PLA復合物的體外生理實驗和動物皮下移植實驗發現,三周后,復合物的抗撓強度下降即達到50%,并且只有在-20以下保存,強度才基本不下降9。因此,如何控制聚乳酸的降解速度,使復合材料自生強度的下降能為新骨沉積形成的強度所彌補,即成為HA-PLA復合材料研究中的關鍵。目前,主要是通過改變HA/PLA的混合比例,使用高分子量的PLA參與復合,以及在PLA中引入硬段結構來實現。HA/PLA復合后,HA顆粒的

5、存在高分子復合生物材料的研究進展楊春蓉(福建工程學院材料科學與工程系福州350108摘要本文綜述了近年來用于骨修復的各類高分子復合生物材料的研究狀況,并從力學性能的改善和降解速率的可調性等角度,總結了高分子復合生物材料與單一組分的材料相比在生物醫用領域應用中所表現出的綜合使用性能的優越性,提出將與人骨中磷灰石微晶類似的無機納米粒子與具有降解性能的有機生物材料進行復合,能夠得到具有優越骨修復性能的新型骨生物材料。關鍵詞高分子生物材料;復合;骨修復;納米粒子;仿生收稿日期:2009-04-03被認為會阻止聚合物的酸性端基在其水解過程中產生影響10。2磷酸鈣與天然高分子生物材料的復合磷酸鈣與天然高分

6、子生物材料的復合有兩種,一種是依據一些生物活性物質(如骨形成蛋白BMP、成骨因子、成骨細胞等在人體能促進骨生長的原理,將這些生物活性物作為骨誘導物質嵌入到多孔磷酸鈣陶瓷中;另一種是將膠原等物質與磷酸鈣形成兩相復合材料,以增強材料的強度和生物活性。2.1磷酸鈣與骨形成蛋白(BMP的復合BMP是一種存在于骨基質中的小分子量酸性多肽類物質,具有很強的無排斥反應和誘導成骨作用。由于BMP具有跨物種誘導成骨作用,對BMP 復合骨替代材料的研究發展很快。但BMP無法單獨制成骨的形狀,需要其它支撐材料成型方能使用;另外單獨的BMP在體內吸收較快,需要將其固定在載體上,才能緩慢釋放充分發揮其作用。多孔磷酸鈣燒

7、結體或珊瑚羥基磷灰石具有理想的孔隙結構,是一種良好的載體,植入人體后,其孔隙結構既容許骨細胞的長入,又避免了宿主在體內被很快吸收而降低其作用。這些復合材料一般通過多孔磷酸鈣在BMP的鹽酸胍溶液中浸泡完成吸附過程形成。因此將BMP與多孔塊型磷酸鈣陶瓷復合,就可以充分發揮兩者的優勢,得到骨誘導性能優于兩純組分的復合材料。Urist曾將BMP與多孔磷酸三鈣(TCP的復合材料植入小鼠肌肉內,觀察到該復合材料誘導的新骨量要比單純BMP誘導的新骨多12倍11。川村守男曾撰文指出,在HABMP復合材料中,BMP呈網狀分布在HA的孔隙壁上,當孔隙直徑為90 200m時,復合材料的誘導成骨作用最好11。2.2磷

8、酸鈣與膠原的復合最為理想的生物材料就是機體自身的組織,天然生物材料經過億萬年的演變進化,形成具有結構復雜精巧、效能奇妙多彩的功能原理和作用機制。人體骨的基體材料主要由無機磷灰石微晶和有機膠原纖維組成,并且磷灰石微晶沿膠原纖維方向做定向排列。因此,參照自然規律,從材料科學的觀點對其進行觀察、測試、分析、計算、歸納和抽象,可找出有用的規律來指導復合材料的設計與研究,制備出成分、結構與天然骨組織相接近、具有良好生理效應和力學性能的人工骨替代材料。以膠原為基質,并含納米相HA的復合材料正是基于仿生的觀念制成的骨替代材料1217。N.Roveri等從馬的肌腱處抽取型膠原蛋白,經處理后得到均勻的膠原蛋白纖

9、維懸浮液。再通過向Ca(OH2懸浮液滴加H3PO4溶液和膠原蛋白纖維懸浮液,在自組裝的膠原蛋白纖維上沉積產生了納米HA晶體,再將產物凍結干燥,就得到了HA/COL納米復合材料。FT-IR光譜及熱重分析表明在HA晶體和膠原蛋白之間有很強的化學鍵合作用,HA納米晶體以c軸方向沿著膠原蛋白纖維定向排列,合成的HA納米晶體在片狀形態、晶化及碳化程度上都類似于自然骨。這些均表明由端肽自由的型膠原蛋白分子重新組裝的膠原蛋白纖維能夠模仿骨膠原蛋白的生物礦化調節作用,使HA與蛋白質之間發生化學作用,引起HA晶體成核并定向生長18。3結論和展望綜上所述,高分子復合生物材料確實具有單一組分或結構材料所無法比擬的性

10、能優勢。通過將不同降解特性或力學性能的材料進行復合,改變組分之間的配比,就有可能得到降解速率可調,力學性能有所改善的新材料。另外,高分子復合生物材料還可集中多種組分的性能優點,摒棄其各自不足之處,使材料具備綜合性能優勢,更好地實現其在人體內的輔助治療功能。因而,高分子復合生物材料的發展將會為組織工程提供性能更為優越的新材料。在多種高分子復合生物材料中,非生物降解的復合材料作為人體的異物,其長期存在會引發人體免疫反應或相關的免疫綜合癥,而可生物降解高分子與無機粒子形成的復合材料雖然能被降解,但由于無機粒子是經高溫燒結而后碾磨而成的,粒子無論在尺寸、組成還是結構上都與人骨中的磷灰石微晶有較大差別,

11、因而其最終被人體吸收利用的狀況和骨誘導性能不如自體骨或異體骨。相比較而言,生物模擬合成的復合材料骨誘導性能優越,力學性能較佳并且具有降解特性,是較為理想的骨修復材料。因而生物模擬合成高分子復合骨修復材料是生物材料領域值得深入研究的一個方向。42膠體與聚合物第27卷Preparation and swelling properties of sodiumpolyacrylate super-absorbent resinHu Guowen 1Tong Xiangyang 2(Deparment of Chemistry and Life Science Xianning College Hube

12、i Xianning 437000Abstract A super water absorbable resin,sodium polyacrylate was synthesized bysolution polymerization.Some influential factors such as monomer concentration,reacting temperature and amounts of crosslinking agent and initiator,were investigated and the swelling dynamic was studied.Th

13、e ratio of remaining water and urine at normal temperature and 40was tested.The experimental results indicates that the water absorption are the highest when the reacting temperature is 7075and monomer concentration,contents of crosslinking agent and initiator is about 17%,0.21%and 0.10%,respectivel

14、y.The highest water absorption and urine absorption are 620and 630times as itself.Key words Super water absorbable resin ;Sodium polyacrylate ;Swelling dynamics ;Swelling properties參考文獻1Nicholas A.P.,Robert L.Science,1994,263:17154Rafat M.,Li F.,Fagerholm P.,et al.Biomaterials,2008,29(29:39605Duan X

15、.,Sheardown H.,Biomaterials,2006,27(26:46086Shor L.,Guceri S.,Wen X.,et al.Biomaterials,2007,28(35:52917Duty A.O.,Oest M.E.,Guldberg R.E.,J Biomech Eng.,2007,129(4:53111Urist M.R.,Clin.Orthop,2002:18713Li-Juan Z.,Xu-Sheng F.,Hong-Guo L.,et al.Materials Letters,2004,58:71914Myung C.C.,Ching-Chang K.,

16、Willim H.Biomaterials,2003,24:285315Roveri N.,Falini G.,Sidoti M.C.Materials Science and Engineering C,2003,23:44116Masanori K.,Soichiro I.,Shizuko I.,et al.Biomaterials,2001,22:170517Chang M.C.,Tanaka J.Biomaterials ,2002,23(18:387918Chang M.C.,Tanaka J.Biomaterials,2002,23:4811Research progress of

17、 polymer composite biomaterialsYang Chunrong(Department of Materials Science and Engineering Fujian University of Technology Fuzhou 350108Abstract This paper summarized the research progress of all types of polymer composite biomaterials for bone repair in recent years.In the improvement of mechanic

18、al properties and the adjustable-rate of degradation,the complex polymer biomedical materials show the superiority of the integrated use of per formance compared with a single component of the material in the field of biomedical applications.This paper proposed joining inorganic nanoparticles similar to apatite c