（特种经济动物饲养专业论文）丝素蛋白碳酸钙复合支架材料的制备及其理化性能、生物相容性研究.pdf

d i s s e r t a t i o nf o rm a s t e r sd e g r e eo f s o u t h w e s tu n i v e r s i t y ，c h i n a t h e p r e p a r a t i o na n d t e s t so f l- 一 p h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e sa nd b i o c o m p a t i b i l i t yo f t h es i l kf i b r o i na n d c a l c i u mc a r b o n a t e c o m p o s i t es c a f f o l d m a j o r f i e l d r a i s i n go fs p e c i a le c o n o m i ca n i m a l b i o l o g i c a lm a t e r i a l ss c i e n c e a d v i s o rv i c ep r o f x us h u i c a n d i d a t eh o uc h u n c h u n c h o n g q i n g c h i n a m a y ，2 0 1 1 65川j12 8舢8miii删y 独创性声明 学位论文题目：丝盍蛋自逖酸鱼复佥玄袈挝粒鲍剑叠 区基理丝性自：生堑担空性盈究 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中己加了 特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁 在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者：签字日期：年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：蛴保密，口 保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：僚导师签名：么暑十 签字日期：沙i1 年朗弓。日签字日期： 加f1 年y 月孑口日 目录 缩略词表i 中文摘要 哪i m a b s t r a c t 第1 章文献综述1 1 1 生物材料概述1 1 1 1 生物材料的概念l 1 1 2 生物材料的发展历程l 1 1 3 生物材料的分类2 1 2 骨组织工程简介3 1 2 1 骨缺损修复的现状及研究进展3 1 2 2 组织工程支架制备方法概述4 1 3 丝素及其复合材料在骨组织中的应用及研究进展6 1 3 1 丝素作为骨组织工程修复材料的优越性能6 1 3 2 丝素在骨组织工程中的应用7 1 4 多孔碳酸钙在骨组织工程中的应用及研究进展11 第2 章引言 2 1 研究的目的与意义1 3 2 2 主要研究内容1 3 2 2 1 可溶性丝素蛋白的制备1 3 2 2 2 多孔碳酸钙的制备1 3 2 2 3 丝素蛋白碳酸钙复合支架的制备1 3 2 2 4 支架理化性能测试1 3 2 2 5 支架生物相容性检测13 2 3 技术路线1 4 第3 章可溶性丝素蛋白的制备 1 5 3 1 实验材料、仪器和药品1 5 3 1 1 实验材料1 5 3 1 2 仪器和药品。1 5 3 2 实验方法1 5 3 3 小结1 6 第4 章多孔碳酸钙的制备 1 7 4 1 实验材料、仪器和药品1 7 4 1 1 实验材料l7 4 1 2 实验仪器1 7 4 2 实验方法1 7 4 2 1 普通法17 4 2 2 滴定法17 4 3 结果和分析1 7 4 3 1 两种制备方法的分析比较1 7 4 3 2 不同p s s 添加量的分析比较1 9 4 3 3 不同反应温度的分析比较2 0 4 4 小结与讨论2 2 4 4 1 ，j 、l 砉2 2 4 4 2 讨论2 2 第5 章丝素蛋白碳酸钙复合支架的制备 5 1 实验材料、仪器和药品。2 3 5 1 1 实验材料。2 3 5 1 2 仪器和药品2 3 5 2 实验方法。2 3 5 3 结果与分析2 3 5 3 1 丝素浓度对支架制备的影响2 3 5 3 2 速冻方式对支架制备的影响2 4 5 3 3 丝素与碳酸钙的共混比例对支架制备的影响2 4 5 4 小结与讨论2 5 5 4 1 小结2 5 5 4 2 讨论2 5 第6 章支架理化性能测试2 7 6 1 实验材料、仪器和药品2 7 6 1 1 实验材料2 7 6 1 2 实验仪器和药品2 7 6 2 实验方法2 7 6 2 1 扫描电镜分析( s e m ) 。2 7 6 2 2 红外光谱( f t i r ) 2 7 6 2 3d s c 热分析检测2 7 6 2 4 孔隙率测试2 7 6 2 5 力学性能测试2 7 6 3 结果与分析2 8 6 3 1 支架的外貌形态2 8 6 3 2 红外光谱分析( f t 瓜) 一3 2 6 3 3d s c 热分析检测3 3 6 3 4 孔隙率测试3 3 6 3 5 力学性能测试3 4 6 4 小结与讨论3 5 6 4 1d 、l ； ；3 5 6 4 2 讨论3 5 第7 章支架生物相容性检测3 7 7 1 实验材料、仪器和药品3 7 7 1 1 实验材料3 7 7 1 2 实验仪器和药品3 7 7 2 实验方法3 7 7 2 1 急性全身毒性试验3 7 7 2 2 皮肤致敏试验3 8 7 2 3 皮内刺激试验3 9 7 2 4 热源试验4 0 7 2 5 溶血试验。4 0 7 2 6 细胞毒性试验4l 7 2 7 体外降解率测定4 2 7 3 结果与分析4 2 7 3 1 急性全身毒性试验4 2 7 3 2 皮肤致敏试验4 3 7 3 3 皮内刺激试验4 4 7 3 4 热源试验4 4 7 3 5 溶血试验一4 4 7 3 6 细胞毒性试验4 5 7 3 7 体外降解率测定4 5 7 4 小结与讨论4 6 第8 章总结与展望 4 7 8 1 多孔碳酸钙的制备4 7 8 2 丝素蛋白：碳酸钙复合支架的制备4 7 8 3 支架的理化性能和生物相容性4 7 8 4 展望4 7 参考文献4 9 致谢。 在校期间发表论文及参研课题5 5 缩略词表 缩略词表 缩写英文全称中文全称 b m p 2b o n em o r p h o g e n e t i c - 2 骨形态发生蛋8 - 2 3 - t c pi b - u i c a l c i u mp h o s p h a t ep 一磷酸三钙 c a d c o m p u t e - a i d e dd e s i g n 计算机辅助设计 c p cc a l c i u mp h o s p h a t ec e m e m 磷酸钙骨水泥 c sc h i t o s a n 壳聚糖 c t c o m p u t e r i z e dt o m o g r a p h y 计算机断层扫描 d c pd i b a s i cc a l c i u mp h o s p h a t e 磷酸氢钙 d m e md u l b e c o sm o d i f i l de a g l em e d i u m 培养液 d m s o d i m e t h y ls u l p h o x i d e 二甲基亚砜 d s cd i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a b o r i m e t r y 差示扫描量热法 f t i r f o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o s c o p y 傅里叶红外光谱 h a h y d r o x y a p a t i t e s 羟基磷灰石 l b m s c sh u m a nb o n em e s e n c h y m a lc e l l s 人骨髓间充质干细胞 m c p mm o n o c a l c i u mp h o s p h a t em o n o h ) r & a t e 磷酸二氢钙 m r i m a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g 核磁共振成像 m s c s m e s e n c h y m a ic e l l s 间充质干细胞 m t t m e t h y lt h i a z o l y lt e t r a z o l i u m 甲基噻唑基四盐 o d o p t i c a ld e n s i t y 光密度 p b s p h o s p h a t e b u f f e r e ds a l i n e 磷酸盐缓冲液 p g a p o l y g l y c o l i ca c i d 聚羟基乙酸 p l a p o l y m e r ( l a c i d ) 聚乳酸 p s s p o l y ( s t y r e n es u l f o n i ca c i d ) s o d i u ms a l t 聚苯乙烯磺酸钠 r g rr e l a t i v eg r o w t hr a t e 相对增殖率 r p m r a p i dp r o t o t y p i n gm a n u f a c t u r i n g 快速成型技术 r t p c rr e v e r s et r a n s c r i p t i o np c r 逆转录p c r s e m s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e 扫描电镜 s fs i l kf i b r o i n 丝素蛋白 t g f p t r a n s f o r m a t i o ng r o w t hf a c t o r - i b 转化生长因子- p a 西南大学硕士学位论文 中文摘要 丝素蛋白碳酸钙复合支架材料的制备及其 理化性能、生物相容性研究 特种经济动物饲养专业硕士研究生侯春春 指导教师：徐水副教授 中文摘要 骨组织工程是基于种子细胞、生长因子和支架材料的概念，其中支架材料是骨组织工程 的关键因素，一方面作为种子细胞和生长因子的载体，另一方面给新生骨提供力学支撑作用。 因此，对于支架材料的研究成为骨组织工程的重要方面，研究者都致力于开发出更符合骨组 织工程要求的支架材料。 丝素蛋白具有良好的机械性能和理化性质，如良好的柔韧性和抗拉伸强度、透气吸湿性、 生物相容性【l l 、生物降解性、无毒、无刺激性等。其作为纯天然生物高分子材料应用于生物医 学领域已有很长历史，在组织工程领域的应用已成为丝素蛋白研究的热点，被广泛应用于人 工神经、皮肤、骨骼、血管、肌腱、韧带和角膜等领域【2 】。 早在9 0 年代初就有将碳酸钙应用于骨组织工程中的研究，人们将天然珊瑚【3 】( 主要成分是 碳酸钙) 制成细胞支架，用于多种细胞的体外培养。2 0 0 3 年，陈晓明等【4 】制备出一种多孔碳酸 钙陶瓷，并对其理化性能和生物相容性进行了较为全面的测试，结果表明其具有良好的生物 可降解和细胞相容性【5 】。因此，多孔碳酸钙陶瓷作为骨组织工程的支架材料日益受到人们的重 视。 基于此，本实验采用来源广泛、生物相容性良好的丝素蛋白和碳酸钙共混制备复合支架 材料，并对其理化性能和生物相容性进行相关测试，旨在为骨组织工程提供一种制备简便、 成本低廉、性能优异的人工骨材料。 本实验以碳酸钠和无水氯化钙为原料，分别采用普通法和滴定法制备碳酸钙，通过研究 分析发现，滴定法制备的碳酸钙是亚稳型的球霰石晶体，易于转变为更稳定的方解石或者文 石晶体，易于发生团聚现象；而普通法制各的碳酸钙为方解石和球霰石的混合晶体，呈现球 形的、中空多孔结构，粒径分布在1 - 3 p m ，并且在微粒表面存在大量的纳米碳酸钙和丰富的孔 道。因此本实验采用普通法制备碳酸钙以进行后续实验。 以丝素蛋白溶液和自制碳酸钙为原料，通过调节其共混质量比、采用不同的制备方法， 探索丝素蛋白碳酸钙复合支架的制备工艺，并对其理化性能和生物相容性进行了相关测试。 西南大学硕士学位论文 皇喜曼舅曼曼曼皇曼曼舅舅寡曼曼舅量皇皇曼皇曼皇皇曼皇鼍量曼量曼量曼曼曼曼曼曼曼曼量曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇鼍曼皇皇皇曼曼曼罾曼曼皇曼曼皇皇量量 支架理化性能测试的结果表明：各样品的横截面均蜂窝状结构，孔径介于2 0 3 0 0 9 m 之 间，孔与孔之间存在3 一l o g m 的微孔相互连通；孔隙率介于4 3 - 7 6 之间，当丝素蛋白与碳酸 钙比例为6 ：4 时孔隙率最高。力学性能测试结果表明，复合支架材料的弹性模量和压缩强度 成负相关，弹性模量介于2 3 - 1 8 0 2m p a ，压缩强度介于8 4 1 m p a 。f t m 谱显示，样品中同 时存在丝素和碳酸钙的吸收峰，并且存在峰的偏移、削弱和消失，由此推测丝素和碳酸钙之 间发生了一定的复合。o s c 测试表明，碳酸钙微粒的加入，促进了丝素蛋白由无规卷曲向b 折叠构象的转变，结晶度得到提高。 支架生物相容性测试结果表明，复合支架无毒性反应、致敏反应、刺激反应、热源反应 和溶血现象，有良好的生物相容性和体外降解性，具有临床应用的可能性。为了进一步奠定 其临床应用的基础，在后续研究中还应对其遗传毒性、致癌性、生殖毒性、植入后局部反应、 降解产物与可溶出物毒代动力学等进行深入研究。同时，还可探索将其与种子细胞、生长因 子相结合，制备出具有优异的骨诱导性和骨传导性的骨组织工程支架材料。 关键词：丝素蛋白，碳酸钙，复合材料，组织工程，理化性能，生物相容性 a b s t r a c t t h e p r e p a r a t i o na n d t e s t so f l - 1 d n v s l c o c n e m l c a ld r o d e r t i e sa n n b i o c o m p a t i b i l i t yo f t h es i l kf i b r o i na n d c a l c i u mc a r b o n a t e c o m p o s i t e s c a f f o l d a d v i s o r ：v i c ep r o f x us h u i c a n d i d a t e ：h o uc h u n c h u n a bs t r a c t b o n et i s s u ee n g i n e e r i n gi st h ec o n c e p tb a s e do no fs e e dc e l l ，g r o w t hf a c t o ra n ds c a f f o l d m a t e r i a l ，a n ds c a f f o l dm a t e r i a li st h ek e yf a c t o r o nt h eo n eh a n d ，s c a f f o l dm a t e r i a li sa st h ec a r r i e r o fs e e dc e l l sa n dg r o w t hf a c t o r s o nt h eo t h e rh a n d ，i tp r o v i d e sm e c h a n i c a ls u p p o r tt on e wb o n e t h e r e f o r e ，r e s e a r c h e so ns c a f f o l dm a t e r i a lb e c o m ea ni m p o r t a n ta s p e c to fb o n et i s s u ee n g i n e e r i n g ， r e s e a r c h e r sa r ew o r k i n gt od e v e l o ps c a f f o l dm a t e r i a l sm o r ea c c o r d i n gw i t hb o n et i s s u ee n g i n e e r i n g r e q u i r e m e n t s s i l kf i b r o i nh a sf i n em e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e s ，s u c ha sw e l l f l e x i b i l i t ya n dt e n s i l es t r e n g t h , p e r m e a b i l i t ya n dh y g r o s c o p i c i t y ，b i o c o m p a t i b i l i t y ，b i o d e g r a d a b i l i t y ， n o n - t o x i c n o n i r r i t a n t , e t c i th a sb e e nu s e di nb i o m e d i c a lf i e l d s 私an a t u r a lb i o l o g i c a lp o l y m e r m a t e r i a lf o ral o n gh i s t o r y ，a n di t sa p p l i c a t i o no nf i s s u r ee n g i n e e r i n gh a sb e c o m ear e s e a r c hh o t s p o t s i l kf i b r o i nh a sb e e nw i d e l ya p p l i e di nv a r i o u sa s p e c t s ，s u c h2 l st h ea r t i f i c i a ln e u r a l ，s k i n , b o n e s ， b l o o dv e s s e l s ，t e n d o n s ，l i g a m e n t sa n dc o r n e a , e r e c a l c i u mc a r b o n a t ew a sa p p l i e di nb o n et i s s u ee n g i n e e r i n gr e s e a r c h 髂e a r l y 豁19 9 0 s p e o p l e p r e p a r e dc e l ls c a f f o l db yn a t u r a lc o r a l ( m a i nc o m p o n e n ti sc a l c i u mc a r b o n a t e ) ，a n du s e df o rm a n y k i n d so fc e l l s c u l t u r ei nv i t r o i n2 0 0 3 ，c h e n x i a o m i n ge t c w o r k e do u tap o r o u sc a l c i u mc a r b o n a t e c e r a m i c ，a n dt e s t e di t sp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n db i o l o g i c a lp e r f o r m a n c e t h er e s u l t ss h o wt h a t i th a sf i n eb i o d e g r a d a b l ea n dc e l l u l a rc o m p a t i b i l i t y t h e r e f o r e ，p o r o u sc a l c i u mc a r b o n a t ec e r a m i c s g e ti n c r e a s i n g l ya t t e n t i o na sb o n et i s s u ee n g i n e e r i n gs c a f f o l d sm a t e r i a l s b a s e do nt h i s ，w eb l e n d e ds i l kf i b r o i na n dc a l c i u mc a r b o n a t et op r e p a r ec o m p o s i t es c a f f o l d m a t e r i a l ，a n dt e s t e di t sp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n db i o c o m p a t i b i l i t y ，a i m e da tp r o v i d i n ga n 西南大学硕士学位论文 曼毫量曼皇曼皇曼曼量曼曼邑曼曼曼曼曼曼曼皇舅曼曼鲁曼曼曼量置曼蔓置曼曼量窖曼曼曼曼量曼量曼曼量皇曼皇鼍曼寡曼鼍量皇鼍曼曼曼曼曼曼曼曼量舅量舅曼舅鼍曼量皇曼 a r t i f i c i a lb o n em a t e r i a lt ob o n et i s s u ee n g i n e e r i n gw i t hs i m p l ep r e p a r a t i o n , l o w - c o s t , e x c e l l e n t p e r f o r m a n c e s o d i u mc a r b o n a t ea n da n h y d r o u sc a l c i u mc h l o r i d ew e r eu s e da sr a wm a t e r i a l st op m p a r e c a l c i u mc a r b o n a t eb yc o m m o nm e t h o da n dt i t r a t i o nm e t h o d a c c o r d i n gt or e s e a r c ha n a l y s i s ，w ef i n d t h a tt h ec a l c i u mc a r b o n a t ep r e p a r e db yt i t r a t i o nm e t h o di sm e t a s t a b l ev a t e r i t ec d r s m la n de a s yt o t a m ei n t om o r es t a b l ec r y s t a l so fc a l c i t eo rp r o n e ，a n di t se a s yt or e u n i o n b u tt h ec a l c i u mc a r b o n a t e p r e p a r e db yc o m m o nm e t h o di st h em i x e dc r y s t a lo fc a l c i t ea n da r a g o n i t e ，w i t hs p h e r i c a l ，h o l l o w p o r o u ss t r u c t u r e s ，p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o ni n1 - 4 n e s p e c i a l l y ，t h e r ea r el a r g ea m o u n t so f n a n o - c a c 0 3a n dr i c hp a s s a g e w a y so nt h ep a r t i c l e ss u r f a c e b a s e do na l lt h er e s u l t s ，w ec h o s e c o m m o nm e t h o dt op r e p a r ec a l c i u mc a r b o n a t ef o rt h ef o l l o w - u pe x p e r i m e n t s w eu s es i l kf i b r o i ns o l u t i o na n dh o m e m a d ec a l c i u mc a r b o n a t ea sr a wm a t e r i a l s ，b ym e a n so f a d j u s t i n gi t sd i f f e r e n tb l e n d i n gr a t i oa n da d o p t i n g d i f f e r e n tm e t h o d st oe x p l o r et h e f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g yo fs f c a c 0 3c o m p o s i t es c a f f o l d , a n dt e s t e ds c a f f o l d sp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n d b i o c o m p a t i b i l i t y s c a f f o l d sp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e st e s t sr e s u l t ss h o wt h a t ：( 1 ) e a c hs a m p l e s c r o s s s e c t i o n a l s a m p l ea r ep o r o u ss h a p e ，w i t hr i c hp a s s e sa n di n t e r - c o m m u n i c a t i n gp o r e s ，a p e r t u r eb e t w e e n 2 0 - 3 0 0 i t m ，a n d3 - 10 岬m i c r o p o r o u se x i s t sb e t w e e nh o l e sf o rm u t u a lc o n n e c t i o n p o r o s i t yi s b e t w e e n4 3 - 7 6 ，r e a c h i n gt h em a x i m u ma tt h er a t i oo f6 ：4 ( 2 ) m e c h a n i c a lp r o p e r t i e st e s tr e s u l t s s h o wt h a tc o m p o s i t es c a f f o l d s e l a s t i cm o d u l u st a k en e g a t i v ec o r r e l a t i o nt oc o m p r e s s i o ns t r e n g t h , e l a s t i cm o d u l u si sb e t w e e n2 3 18 0 2p a , c o m p r e s s i o ns t r e n g t hi sb e t w e e n8 _ 4lp a ( 3 ) f t i rs p e c t r a s h o wt h a tt h ea b s o r p t i o np e a k so fs i l kf i b r o i na n dc a l c i u mc a r b o n a t ee x i s t , a n dt h e r ea r ep e a k s o f f s e t , w e a k e na n dd i s a p p e a r ，h e n c ei n f e rc e r t a i nc o m p o s i t eo c c u rb e t w e e ns i l ka n dc a l c i u m c a r b o n a t e ( 4 ) d s ct e s t ss h o wt h 鸸c a l c i u mc a r b o n a t ep a r t i c l e sh a v ep r o m o t e dt h ec o n f o r m a t i o n a l c h a n g e so fs i l kf i b r o i nf r o mr a n d o mc o i lt o1 3 - f o l d i n gc o n f o r m a t i o n , a n di m p r o v e dt h ec r y s t a l l i n i t y s c a f f o l d sb i o c o m p a t i b i l i t yt e s t sr e s u l t ss h o wt h a ti th a st h ep o s s i b i l i t yo fc l i n i c a la p p l i c a t i o n , w i t hf i n eb i o c o m p a t i b i l i t ya n di nv i t r od e g r a d a t i o n , w i t h o u tc y t o t o x i c i t y ，s e n s i t i z a t i o n ，i r r i t a t i o n , p y r o g e n i c c h a r a c t e r i s t i c sa n dh e m o l y s i sp h e n o m e n o n i no r d e rt of u r t h e rl a yi t sf o u n d a t i o no f c l i n i c a la p p l i c a t i o n , m o r er e s e a r c hs u c ha sg e n o t o x i c i t y ，c a r c i n o g e n i c i t y ，r e p r o d u c t i v et o x i c i t y ，l o c a l e f f e c t sa f t e ri m p l a n t a t i o n , t o x i c o k i n e t i cs t u d yd e s i g nf o rd e g r a d a t i o np r o d u c t sa n dl e a c h a b l e s e t c s h o u l db es t u d i e dd e e p l y i nt h em e a n t i m e ，w ec a ne x p l o r et op r e p a r eb o n et i s s u ee n g i n e e r i n g s c a f f o l d sm a t e r i a l sw i t he x c e l l e n to s t e o i n d u c t i o na n do s t e o c o n d u c t i o nb yc o m b i n i n gi tw i t ht h es e e d c e l l s ，g r o w t hf a c t o r s a b s t r a c t k e y w o r d s ：s i l kp r o t e i n , c a l c i u mc a r b o n a t e ，c o m p o s i t em a t e r i a l s ，t i s s u ee n g i n e e r i n g ，p p h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e s ，b i o c o m p a t i b i l i t y v 第1 章文献综述 第1 章文献综述 1 1 生物材料概述1 6 1 1 1 生物材料的概念 生物材料又称为生物医用材料，是长期与生物系统接触的、对机体起修复、取代或再生 作用的天然或人造材料，也可以是有生命的活体细胞或天然组织与无生命的材料结合而成的 复合材料，其作用是药物不可替代的。生物材料最基本的特征是与生物系统直接接触，因此， 其区别于其他功能材料最重要的特征就是在满足一定的理化性能要求的基础上，还必须满足 生物相容性要求。 在人类文明发展的历史长河中，生物材料的发展也经历了几个世纪，其开发和研究已逐 渐向智能型、复合杂化型和功能型等方向发展。从材料本身来看，从单一材料到复合材料， 从智能材料到仿生材料，小到纳米材料，大到人工器官，品种繁多、作用各异。从临床应用 上看，人体从头到脚，五脏六腑，都有生物材料的使用记录。经初步统计，迄今所进行研究 的生物材料已超过1 0 0 0 种，医学临床上广泛使用的也有几十种。产品在临床使用中要求其多 样化和多形化，就更增加了生物材料开发的复杂性。目前生物材料的研究重点是在保证力学 性能和安全性的前提下寻找生物相容性和持久性更好的多用途生物材料。 1 1 2 生物材料的发展历程 人类自出现以来，就不断地与疾病作斗争，而生物材料则是人类同疾病作斗争的有效工 具之一。早在远古时代就有人类利用天然材料修复人体创伤的记载。例如，公元前3 5 0 0 年， 古埃及人和中国人等就利用马鬃和棉花纤维做缝合线，用象牙修复失牙。1 6 世纪开始，人们 开始尝试用黄金板修复颚骨，用金属做内骨板以固定骨折，用陶瓷或金属做齿根。2 0 世纪3 0 年代，随着新型高分子材料的研制和开发，为生物材料的研究与应用提供了极大的发展机会 和空间。自1 9 3 6 年有机玻璃问世后，很快被制成假牙、牙齿填补材料以及人工骨并应用于临 床；1 9 4 3 年赛璐珞作为透析膜制作成人工肾应用于临床并获得成功；随后有机硅聚合物在医 学上的应用，大大促进了生物材料和人工器官的发展，相继出现了人工器官、人工骨等；2 0 世纪5 0 年代又研制出人工血管、人工食道、人工肝、人工心肺、人工关节、心脏起搏器等。 2 0 世纪中后期，高分子工业的快速发展极大地推动了生物材料的更新，高分子材料、新 型金属、陶瓷材料等得到广泛的关注与研究。2 0 世纪7 0 年代，研究者发现了生物活性陶瓷， 如羟基磷灰石、p 磷酸三钙、珊瑚等。这类材料具有与人类骨组织中的无机成分相类似的化学 组成和结构，具有良好的生物相容性和较强的抗压强度；在体内可被降解吸收，并诱导成骨 细胞的长入，使得材料在使用过程中逐渐实现生物化，免去二次手术取出材料的痛苦。2 0 世 纪8 0 年代，w o t e r 等7 1 提出了组织工程的概念，并由美国国家科学基金委员会于1 9 8 7 年正式 l 是生物医用材料领域中最为活跃的领域，通常所指的高分子材料是橡胶、塑料、纤维三大类。 ( 3 ) 生物金属材料是人类最早利用的生物医用材料之一，如各种钛合金制品等，通常用 作人体硬组织如牙齿、关节、骨等。 ( 4 ) 生物无机非金属材料是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称，主要 2 第1 章文献综述 ( 2 ) 软组织材料例如人工