纳米复合材料

3.4.3纳米复合材料，包括三种形式：两种或多种纳米尺寸的颗粒复合；两层以上不同厚度的薄膜交替变化；纳米粒子与薄膜复合材料。无机/无机、无机/有机、有机/有机、生物活性/非生物活性纳米结构复合材料。纳米无机/有机生物医学复合材料的概念源于自然组织。纳米无机/有机生物医学复合材料的理念源于自然组织。事实上，绝大多数人体组织都可以视为复合材料，其中牙齿和骨骼是由纳米磷灰石晶体和聚合物组成的纳米复合材料，具有良好的力学性能。通过模仿天然硬组织，人们已经制备了一些纳米生物医用复合材料。纳米复合材料可以模拟与人体组织相似的细胞基质微环境。纳米羟基磷灰石复合材料，羟基磷灰石，羟基磷灰石)，是人体和动物骨骼和牙齿的主要无机成分(占人体骨骼重量的60%)，具有良好的生物活性和生物相容性，被认为是最有潜力的人体硬组织替代材料。生物活性能与骨形成牢固的化学结合，并具有良好的骨传导性。人体内的天然羟基磷灰石为65 80纳米针状晶体，均匀分布在胶原基质中，形成高韧性、高硬度的天然无机/有机纳米复合材料。该晶体的结构式为ca10 (po4) 6 (oh) 2，在不同的热处理温度下，颗粒大小不同，晶体连接紧密。300、500、700、900 ,纯hap具有差的抗弯性、抗扭性和高脆性，并且只能用于非承载区域或仅在纯压力环境下使用。医用高分子材料具有良好的生物相容性和力学性能，但缺乏生物活性。近年来，纳米羟基磷灰石/可生物降解聚合物复合材料因其良好的骨传导性、生物降解性和高力学性能而备受关注。在解决种植体松动、骨缺损修复、骨替代等方面取得了良好的效果。纳米羟基磷灰石与天然生物材料的复合天然生物材料主要从动物组织中提取，经过特殊处理后具有一定的活性或特殊物质，如胶原蛋白、骨形态发生蛋白、细胞因子、成骨细胞、自体红骨髓、纤维蛋白粘合剂等。菊池等人以纳米HAp和猪胶原纤维为基础材料合成复合材料。在200兆帕平衡压力下制备的自组装材料具有与骨相似的纳米结构，机械强度是天然骨的1/4。sketchesofthehierarchlecellevelsoftycalcorticalbone，例如在股骨中，Yellowe=钙原子红=氧深蓝色=磷四甲基蓝=羟基磷灰石，2)纳米羟基磷灰石和非天然生物材料的复合材料，(1)纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料Shikinami等将纳米羟基磷灰石均匀分散在聚-1-乳酸聚集体中以制备超高强度的生物可吸收复合材料。该复合材料具有良好的生物相容性、吸收性、生物活性和骨结合能力。在一定范围内，增加羟基磷灰石含量可以提高复合材料的弯曲强度和拉伸强度。2)纳米羟基磷灰石与非天然生物材料的结合，(2)纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料，(3)纳米羟基磷灰石/聚酰胺复合材料，(4)纳米羟基磷灰石/聚乙烯复合材料，(5)纳米羟基磷灰石假体涂层复合材料，(3)纳米羟基磷灰石与多种材料的结合，纳米羟基磷灰石具有优异的生物相容性，但降解速度慢。由纳米羟基磷灰石和不同含量的磷酸三钙组成的复合材料具有不同的降解速率。约翰逊等人在胶原蛋白中加入纳米羟基磷灰石和磷酸三钙制备复合材料，骨再生能力明显提高。Krylova等人在纳米羟基磷灰石/多糖复合物中添加了具有抗菌能力的抗微生物杀虫剂1号。(2)生物活性玻璃纳米复合材料。生物活性玻璃是除磷酸钙外广泛用于骨修复的无机活性材料。生物活性玻璃：SIo 2Caop2o 5mo(m=na、mg等。)生物活性玻璃/可降解聚合物复合材料是骨修复和替代以及骨组织工程的新材料。3.嵌段共聚物复合材料，嵌段共聚物是由两个或多个由不同单体通过化学键连接而成的特殊聚合物，具有独特的微相分离特性。嵌段共聚物或端基功能化聚合物包埋的纳米粒子表面可以引入许多新的性质和反应性，实现纳米粒子的表面改性。模拟生物矿化过程，嵌段共聚物：是一种共聚物，它是由相同类型：的链段或嵌段组成的硬链段(刚性、结晶)可以形成宏观相分离，具有微观相分离，并在超微米尺度5-100纳米范围内提供细胞定义的大小和形状的结构。Marentette等人使用两亲性水性嵌段共聚物PMAA-B-PEO在水性介质中诱导碳酸钙结晶，其中PMAA含有多个羧基，其可与无机矿物表面产生强相互作用，PEO可增强最初生成的矿化纳米晶体的亲水性。通过改变亲瓷链段的分子结构和官能团，得到不同的两亲性水基嵌段共聚物。(4)纳米聚乳酸复合生物材料。1997年Ogata首次报道了聚乳酸纳米复合材料，发现添加蒙脱土可以提高聚乳酸的结晶度和杨氏模量。聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料聚乳酸/羟基磷灰石纳米复合材料聚乳酸/二氧化硅纳米复合材料聚乳酸/碳纳米管复合材料复合后，聚乳酸材料的耐热性、结晶度、力学性能和阻气性能均有显著提高。纳米壳聚糖复合生物材料，壳聚糖纳米材料已成为近年来的研究热点。随着研究的深入，许多壳聚糖纳米复合材料应运而生。由于氨基和羟基的存在，壳聚糖可以通过静电作用、共价交联等与其他材料形成各种类型的复合材料。壳聚糖纳米复合材料是具有广阔应用前景的载体。它们在构建药物控释系统方面具有独特的优势，特别适合作为生物活性大分子药物如蛋白质、多肽、核酸和一些小分子药物的载体。通过复配提高了壳聚糖的性能，扩大了其应用范围。纳米复合方法也从溶液共混和熔融共混发展到原位聚合。3.3.4纳米组织工程材料，组织工程是近年来新兴的一门跨学科生命科学，目的是修复和再生受损组织或器官，帮助患者恢复受损组织的功能，提高生活质量，并解决器官短缺和免疫抑制问题。组织工程的定义：它利用工程和生命科学的基本原理来开发能够恢复、维持或改善受损组织或器官功能的生物替代品。它集细胞生物学、工程学、材料科学和临床医学于一体，用活细胞和细胞外基质或骨架构建新的功能性组织或器官。组织工程领域的研究包括新聚合物的合成、信号转导、培养细胞的基因调控以及与移植相关的免疫问题。3.3.4纳米组织工程材料，组织工程采用三种策略：1)仅使用植入体内的生物材料，通过生物过程和细胞整合，形成新的组织；2)作为细胞系统，细胞在手术后被扩增、纯化和/或移植到患者体内，并且该结构是通过生物工程开发的；3)细胞/生物材料混合系统是最常用的，即种子细胞种植在具有一定形状的可生物降解的多孔支架材料上。在生物反应器中，细胞和生物材料的混合系统被连续培养和扩展以形成，然后混合系统被植入患者体内。随着细胞的生长，支架材料逐渐降解。此时，支架还提供临时的机械支撑，其降解速率与组织形成速率相匹配，最终达到组织重建的目的。三大要素：细胞和生物支架材料的构建以及细胞-材料界面的相互作用。组织工程中使用的生物材料至少应符合以下要求：1)良好的生物相容性，对细胞和生物无毒副作用；2)细胞粘附并增殖在材料表面，诱导细胞以预制形式生长；3)生物降解性，降解速度与新组织的形成速度相匹配；4)三维结构，利用细胞营养的运输和血管化过程。生物材料表面的空间微结构，如粗糙度、孔径大小和分布，对细胞形态、粘附、铺展、定向生长和生物活性有很大影响。一般来说，它在三个尺度上控制细胞的生长和发育过程：毫厘米尺度决定工程组织的整体形状。微米尺度决定了材料的孔径大小以及细胞的迁移和生长。纳米尺度决定材料表面的物理和化学性质，并调节细胞粘附和基因表达。现有组织工程材料的主体是高分子材料。组织工程