生物医用材料-

生物响应性及再生材料,主要内容,2,智能生物材料生物响应性再生材料的应用前景和展望,智能高分子凝胶生物材料表面识别响应特性药物释放载体,生物响应性降解水凝胶高生物响应性的活性涂层,1.智能生物材料,3,智能生物材料的性能是组成、结构、形态与环境的函数，它具有环境响应性。生物体的最大特点是对环境的适应，从植物、动物到人类均如此。,智能高分子凝胶生物材料表面识别响应特性药物释放载体,1.智能生物材料,4,1智能高分子凝胶刺激响应性高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质可以随外界环境改变而变化的凝胶。当受到环境刺激时这种凝胶就会随之响应，发生突变，呈现相转变行为。这种响应体现了凝胶的智能性。根据所受的刺激信号不同，可以将高分子凝胶分为不同类型的刺激响应性凝胶。,1.智能生物材料,5,1.1pH响应性凝胶体积能随环境的pH值和离子强度变化的高分子凝胶。这类凝胶大分子网络中具有离子解离基团，其网络结构和电荷密度能随介质pH变化，并对凝胶的渗透压产生影响；另一方面，离子强度的变化也会引起体积变化。,1.2化学物质响应凝胶有些凝胶的溶胀行为会因特定化学物质(如糖类)的刺激而发生突变。例如对血糖浓度响应的胰岛素释放体系就是基于这个原理。,1.智能生物材料,6,1.3温敏性凝胶温敏性凝胶能响应温度变化而发生形变(溶胀和收缩)，是因为这类凝胶大分子链的构象能响应温度(刺激)而变化。温敏性凝胶分为高温收缩型凝胶和低温收缩型凝胶。,1.4光敏性凝胶光敏性凝胶是光辐照(光刺激)时发生体积相转变的凝胶。将光敏性分子引到聚合物分子链上，可得到光刺激响应聚合物凝胶。,1.智能生物材料,7,1.5磁场响应性凝胶包埋有磁性微粒子的高吸水性凝胶称为磁场响应性凝胶。当把铁磁性“种子”材料预埋在凝胶中并置于磁场时，铁磁材料被加热而使凝胶的局部温度上升，导致凝胶膨胀或收缩，撤掉磁场，凝胶冷却恢复至原来大小。,1.6响应内部刺激的凝胶,1.智能生物材料,8,2生物材料表面涂层响应特性生物材料/宿主相互作用对生物材料的研究、开发和用极为重要。例如蛋白质对生物材料与宿主识别作用的的选择吸附、涂层内微量元素对骨修复的引导作用等等。,1.智能生物材料,9,3药物释放载体,通过温度、光、超声波、微波和磁场等物理与pH、葡萄糖等化学刺激信号使材料的结构与功能发生变化，实施对药物释放的信号控制。,1.智能生物材料,10,生物材料的智能化发展很重要。再生组织工程正在寻求人工细胞外基质的智能化响应以及对目标细胞的各种响应等，其原理是对人体这个开放生物体系的分子识别过程。开放体系存在着能量、物质、信息传递，故怎样设计与修饰生物材料使之能够适应人体，是对生物材料的长期挑战。这方面进展有赖于材料科学工作者真正做到与生命科学交叉与融合。,2.实际应用,11,2.1生物响应性降解水凝胶,背景：组织修复材料的降解速率难以与体内组织的再生速率相匹配是生物材料面临的瓶颈问题。思路：借助体内微环境的变化作为触发开关,改变生物材料本身的性能,引起断链,导致降解发生，并调控降解速率成为构建响应性降解材料的新思路。有望实现材料与机体组织生长速度相匹配,达到自适应性降解。,12,2.实际应用,设计结果：设计具有氧化还原响应性的四臂聚乙二醇基水凝胶体系,研究其生物可降解性能；同时以其为载体，与重组人骨形态发生蛋白复合，制备用于骨组织修复的响应性凝胶体系。,13,2.实际应用,原理：氧化还原响应性在碱性条件下四臂聚乙二醇基水解生成具有活性的硫负离子,经H202氧化形成以二硫键交联的水凝胶体系。H202浓度和用量、pH值和温度影响其凝胶时间，凝胶化时间可调。同时,二硫键交联凝胶可对还原作用产生响应,切断凝胶网络中的二硫键从而发生降解。,14,2.2高生物响应性的活性涂层,背景：制备具有高生物学响应性的生物活性涂层是当前生物材料研究领域的热点之一。高生物响应性涂层应能从分子水平上调控生物材料与细胞间的相互作用,主动刺激成骨细胞活性,促进骨组织生长和修复。,2.实际应用,15,2.实际应用,思路：针对植入早期移植体表面羟基磷灰石(HA)涂层生物响应性不足、骨整合速率较慢以及涂层长期稳定性较差等问题,在钛金属基体表面设计并制备高生物响应性的生物活性涂层,达到加快植入人体骨组织整合速率的目的。含氟羟基磷灰石(FHA)与HA相比,具有相当的生物活性性和更好的抗溶解性。,16,2.实际应用,首先采用溶胶凝胶法在钛金属表面制备一层FHA薄涂层作为底层,保证涂层的长期稳定性。然后,结合微量元素锌促进成骨的药理学作用,构建具有促进移植体周围骨组织早期生长的生物活性功能层:可缓释锌离子的FHA涂层。最后,采用电化学沉积的方法组装磷酸钙/胶原多孔复合层。,设计结果：,17,2.实际应用,优点：FHA与HA具有相似的生物活性,但其晶体结构更紧密,性能更稳定。保证涂层的长期有效性。制备掺Zn的FHA涂层，刺激成骨细胞活性,促进植入体周围骨组织生长和结合,获得具有高生物响应性的生物活性涂层。多孔复合层具有仿细胞外基质的作用,有利于成骨细胞的粘附,又能作为生物活性因子如骨形态蛋白的理想载体。,18,3.前景与展望,随着研究工作